高纯氦气中杂质检测方案(气相色谱仪)

SSL-CA22-249Excellence in Science Excellence in ScienceSYS-GC-012 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co.， LTD.-Analytical Applications CenterTel：86(21)34193996Email： sshzyan@shimadzu.com.cnhttp：//www.shimadzu.com.cn 气相色谱 (BID 检测器)测定高纯氦气中 杂质 SYS-GC-012 摘要：本文利用岛津 GC-2010 Pro气相色谱仪，结合高灵敏度、通用型BID 检测器建立了分析高纯氦气中杂质的方法。该方法采用带隔垫吹扫的六通阀进样，分析高纯氦气中微量 H2、02、N2、CH4、CO、CO2、CzH4、C2H6、CzH2，具有灵敏度高、稳定性强的特点。使用 BID 检测器方法检出限H2<1.0ppm，其他组分<0.5 ppm；重复性好， RSD%≤2.0%；使用在线开关阀，连接好标气或者催化反应气，设定方法后，可实现无人值守，快速分析。 氦气是主要的工业气体品种之一，被广泛应用于军工、科研、石化、制冷、医疗、半导体、管道检漏金属制造等领域。在航空航天、 飞机制造业、太空飞行作业中用作氦气净化氢气系统；地面和飞行流体系统将其用作增压剂。 高纯氦气的制备通常有空分法、冷凝法及氢液化法等。氦气中的杂质一般有Ne、H2、02、N2、CH4、CO，和水。在 GB/T 4844-2011《纯氦、高纯氦和超纯氦》中均给出了明确的限定。 按 GB/T 4844-2011 的要求，，高纯氦气中Ne、H2、02、N2、CH4、CO，的指标均在5 ppm 以下，对于常规的 TCD 检测器，显然很难满足分析需求。岛津 实验部分 特有的 BID检测器(介质阻挡放电等离子体检测器)主要通过介质阻挡放电产生的氦等离子体进行电离(离子化)，可以离子化并测定除Ne 和载气 He外的全部化合物，是一种灵敏度极高的通用型检测器。对于有机化合物， BID 检测器的灵敏度是 FID 的两倍以上，对于无机气体， BID检测器的灵敏度是 TCD 的几十倍以上。 本文采用岛津 GC-2010 Pro系统气相，结合BID检测器，建立了针对高纯氦气中杂质分析的系统，具有灵敏度高，重复性好的特点。 需要注意的是，由于 Ne 的离子化能量高于 He 的离子化能量，因此该 BID 检测器方案无法对 Ne 的含量进行分析。 1.2催化反应装置 本系统由一个PB阀，两个六通阀，三根色谱分析柱，、一个 BID检测器组成。同时配置在线开关阀(P.BValve)，耐压0-0.9 mPa，可设置批处理，可自动连续进样，快速完成标准曲制作。 连接好标准钢瓶气(标气)后，打开PB阀，样品进入定量环，充分冲洗后，关闭PB阀。依次打开阀2，阀1，通过切换阀进样，载气把定量环中的样品带到分析柱分离， H2、02、N2、CH4、CO 在5A色谱柱上分离，CO，、C2H4、CzH6、CzHz 在Q-Plot色谱柱上分离，由 BID 检出。最后将六通阀复位。各组分出峰谱图如下图1所示。 1.3分析条件 进样方式：：气体吹扫六通阀 BID温度：200℃ ( BID Make up： 100 mL/min ) ( 阀箱温度：50C ) ( 色谱柱： Rt-Q PLOT 60 m x 0 .53 mm x 2 0 um ) ( Rt-Msieve 5A 30 m x 0.53 mm x 50 um ) 档样品前处理 2.1标准品的制备 标准气体由大连大特气体有限公司提供。标气组分浓度分别如表1。 表1 高纯氦气中各组分含量表(uL/L) 序号 组分 浓度 序号 组分 浓度 1 H， 1.98 6 CO2 1.93 2 1.54 7 CH4 2.02 3 N2 2.0 8 CH6 2.16 4 CHa 2.05 9 CH2 1.95 5 CO 2.0 10 He 平衡 2.2样品制备 标准钢瓶气通过专用减压阀后，通过1/16不锈钢管与PB阀连接，置换管路中残留气体后进样分析。 结果与讨论 3.1标气的色谱图 待测标准气体钢瓶连接好后置换管路和定量环，按照上述条件分析，02、N2、CH4、CO、COz在 BID检测器上依次出峰。样品组分及出峰保留时间如表2所示。谱谱如图1。 图1 高纯氦气中各组分色谱图 表2高纯氦气中各组分名称、CAS号以及保留时间 No. 组分名称 CAS 保留时间 (min) H 1333-74-0 1.091 2 0， 7782-44-7 1.411 3 7727-37-9 2.412 4 74-82-8 3.180 5 630-08-0 8.291 6 128231-55-0 11.253 CH 74-85-1 14.142 8 C2H6 74-84-0 14.668 9 C2H2 74-86-2 16.807 3.2实验重复性和检出限 标样连续进样3次，考察仪器的重复性。实验测定结果见表2。根据标准品数据，计算气体组分的检出限(S/N=3)，如表2所示。 表3 高纯氦气中各组分的峰面积重复性 RSD%((n=3)及检出限(uL/L) No. 组分名称 面积RSD% 检出限 1 H2 1.816 0.61 2 02 0.654 0.06 3 N2 0.701 0.14 4 CHa 0.136 0.06 5 CO 1.209 0.27 6 CO2 0.840 0.32 7 CH4 0.980 0.23 8 C2H6 1.593 0.41 19 C，H， 0.425 0.22 结论 本文利用岛津GC-2010 Pro 机型， 结合 BID检测器， 实现对高纯氦气中微量H2、02、N2、CH4、CO、CO2、C2H4、C2H6、CzHz含量的分析，和常规的TCD+FID 多阀多柱系统相比，几个指标在一个检测器上实现检测，降低了设备成本和操作维护难度，同时具有配置简单、灵敏度高、重复性好的特点。 岛津应用云 本文利用岛津GC-2010 Pro机型，结合BID检测器，实现对高纯氦气中微量H2、O2、N2、CH4、CO、CO2、C2H4、C2H6、C2H2含量的分析，和常规的TCD+FID多阀多柱系统相比，几个指标在一个检测器上实现检测，降低了设备成本和操作维护难度，同时具有配置简单、灵敏度高、重复性好的特点。