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1、气体分析中的气相色谱仪原作者:崔熙钟 出处:北京赛思瑞泰科技有限公司【论文摘要】近几年来我国气体制造工业发展迅速，这种飞速发展有诸多因素，重要之一是分析检测仪器仪表的应用，保证了工艺的运行和气体产品质量。在气体分析检测中应用最多的方法是气相色谱法，使用最多的仪器仍是气相色谱仪。1 气相色谱分析在气体分析中的重要作用 近几年来我国气体制造工业发展迅速，这种飞速发展有诸多因素，重要之一是分析检测仪器仪表的应用，保证了工艺的运行和气体产品质量。在气体分析检测中应用最多的方法是气相色谱法，使用最多的仪器仍是气相色谱仪。 按照国家标准，在气体标准中不仅规定了产品质量标准指标，而且规定了产品相应的检验方法
2、，气体标准分析方法中，对气体杂质的检测除了氧、水单项检测之外，其余均为气相色谱完成。如高纯气体和纯气体氢、氧、氮、氩、氦、氖、氪、氙等气体中的永久性气体H2、02(Ar)，N2、CH4，CO，C02及碳氢化物C1C4等成分分析，也都采用气相色谱仪来检测。在国家标准及行业标准分析方法中，气相色谱法占相当大的比例，超过60。 气体行业质量标准对口采标(采用国际标准和国外先进标准)是国际标准ISOTC158和SEMI标准，这些标准方法中也都以气相色谱分析为主要检测方法。 气相色谱法以气体做为流动相，具有高的选择性、高的灵敏度和分析迅速等优点。在气体分析中，色谱法比起其它分析方法具有很大的优势。气相色
3、谱仪在气体分析中获得重要地位。 COWMAC公司的DID检测器气相色谱仪，比起其它通用性气相色谱仪在气体分析中更独居领先。高灵敏，功能全为世界各大气体工业公司如BOC，APCI等生产与研究机构中首选的气体分析仪器。国内气体行业重点企业和研究部门也都看好其性能。已经应用或正在考虑选购。2 现代气体分析中的气相色谱仪 1色谱分离柱色谱仪之心脏 色谱分离柱强大的分离功能，使气相色谱仪成为气体分析最适用的多组分分析仪。在一定的色谱条件下，运用适合色谱分离柱能将不同成分的多种混合物中的组分逐个分离开来。高到百分含量，低至10-6级甚至10-9级杂质，只要有蒸气压就可以分离，这是其它分析方法所不能达到的。
4、根据被分析物的性质选择相应的色谱柱系统及色谱条件，高纯气体中10-9级的永久性气体和低烃类碳氢化合物可以完全分离。 吸附剂分子筛和经处理的新型多孔聚合物HAYESEP常用于做气体分析的柱填料，分子筛对H2，02，N2，CH4，CO分离最佳，C02为不可逆吸附。多孔聚合物以增加柱长提高柱效，可使N2的保留时间提至Ar前，做到10-9级氮与氩的分离(图1)。同样柱长也可使10-6级和10-9级的02，CH4，C02，N20，C2H4，C2H2，C2H6，C3H8分离(图2)。 毛细管色谱柱分离效果最佳，PLOT柱分离10-6级02，Ar(图3)和AL203PLOT柱分离液氧中C1C3烃类。 气体分
5、析厂商看准了在气相色谱中占分数不多,而在气体中确占重要地位的气固色谱分离技术,而研制气体分析专用色谱仪器。 2. 检测器 气相色谱检测器一直是人们研究的热点，也有专著。已有几十种可用于气体分析的检测器表1中示出。 氦离子检测器和氦放电检测器灵敏度高，经常被同时提起，这是由于60年代中期，不同的研究者根据LOVELOCK电离检测器的叙述而进行研究。早期氦离子检测器取得较好效果，后逐渐研制成功，由意大利CARLOERBA公司定型生产2700型气相色谱仪。70年代末我国开始引进仪器。氦放电离子化检测器的研究者们也一直不懈努力，于80年代末由GOWMAC公司研制成氦放电检测器及相应的气相色谱仪，虽然诞
6、生滞后几年，但是检测器的设计独特，分上下两室，使放电室与电离室完全分开，减少被测气体污染，以保证检测器高度稳定， (图4)。DID放电检测器低浓度时线性关系很好(图5)，可检测包括Ne在内的所有无机及有机气体成分。是现代气相色谱中用于气体分析的最佳检测器。表1 适用于气体分析的气相色谱检测器 检测器类型检测对象载气选择性检测限线性范围热传导检测揣 TCD通用永久性气体， 特种气体He，H2,N2，Ar无10-5105超声波检测揣 USD通用02，N2，CO，C02， SF6，CHF3He，H2，Ar， 02，N2，Air无10-6106氦离子检测揣 HID通用H2，Ar，N2，02，CO， C
7、2H6，SF6，C02He无10-7106氦放电检测揣 DID通用H2，Ar，N2，C02，02， CO，CH4，Ne，Kr，Xe， SiH4，等特气He无10-8106氢焰离子检测揣 HD选择有机气体 C2-C4He，H2， N2，Ar烃类10-710-8106还原性检测器 RGD选择还原性气体H2 CO，不饱和烃N2，Ar， HeH2，CO10-8103光离子检测器 PID选择特种气体N2，Ar,HePH3，H2S， ASH310-6106氧化锆检测器 ZOD选择氧化，还原性气体N2，Ar, He02，CO， CH4，H210-6105质谱检测揣 MSD选择-He质量数低 气体10-510
8、5氩离子检测揣 AID选择有机气体Ar有机气体10-6104敏化氩离子检测器 MD (SMD)选择永久性气体ArH2，02， N2，CH4， CO，C0210-6103氩放电检测器 ADD通用永久性气体ArH2，02， CO，C02， N2，CH410-71021033多维气路结构 具有信息结构的二维和多维色谱使分离效率再度提高，分析速度加快。完成一般气相色谱仪所不能实现的难题。在气体和高纯 气体分析中更具有优势。CM公司的590 (2)系列和816系列气相色谱仪，在多维色 谱设计原理、方法应用和仪器制造方面都已 成熟。这就使不同底气中痕量被测成分按人 们意愿要求组合气路，消除主成分的干扰，
9、同时保护色谱分离柱及检测免于过载，使之 能稳定运行，准确检测气体中痕量成分。 按气路行径，以阀、柱、管、阱灵活配 置组合成不同切换方式，具有中心切割、反吹、前切等功能。GM公司的590(2)系列 气相色谱仪有近30种多维气路结构，现已 定型生产，应用广泛。 系统1，双分离柱切换，应用于氦气和 氩气中H2，02，N2，CH4，CO，C02(Ar中02除外)低于10-6及杂质分析。 系统2，中心切割气路，带有TCD，分 析背景气H2，02，N2，Ar等中的10-9级的 痕量成分。 系统3，予柱反吹出口，双分离柱，适 用于电子气体SiH4，PH3，ASH3中10-9级杂 质检测。 系统4，予柱反吹，
10、DID检测器，双分 离柱，分析C2H6中的H2，02，N2痕量成分 及C02中H2，02，N2，CH4，CO等。 系统5，双检测器DID与FPD，双分离 柱切换，适用于痕量永久性气体及含硫气体 分析。 系统6和系统2、5同样可以用于氧中 杂质成分分析，脱氧阱，双定量管，三路载 气前切后切吹，可实现氧中还原性气体H2， CO及C02与Ar，N2，CH4同时分析。 816型气路系统也同样采用多维气路配 置。10只色谱分离柱同时工作。 GM公司的590(2)型和816多维气相 色谱仪其功能涵盖了各种背景气中不同多种 杂质的分析。满足了超高纯气体分析要求。 4载气净化 用于超高纯分析的气相色谱仪对载气
11、要 求十分严格。超高纯的载气必须具备，否则10-9级杂质的检测难以实现，GM公司的放 电检测器气相色谱仪配置75802净化器， 确保氦载气之纯度。正确使用与氦气源纯度 要求是保证超高纯载气供给和关系到净化器 的使用寿命。 5自动控制与通讯 随着自动化技术的不断发展，计算机技 术的飞速进步。气相气谱也随之发生变化， 从传统的气相色谱仪的手工操作向自动控制 发展。 GM公司的590(2)型气相色谱仪与相 应配置，可实现定时自动进取样。设定阀切 割开关时间、数据处理、自动校验、方法计 算、误差统计、结果报告、打印与贮存等均 可程序设定无人看管下自动进行，大大提高 工效。如EZChrom色谱工作站和S
12、p4400 积分仪等可实现回控等功能。 GM816型气相色谱仪控制程度更加高 超，电子压力控制系统，应用于气相色谱过 程，包括载气，放电气，附助气，进样口分 流气，检测器之尾吹气及外部进样可达多 路，完全自动控制压力与流量。自动监测故 障并予以排除。网络通讯便于用户与厂商交 流沟通。3 展望 目前气相色谱仪多用于实验室分析检 测，今后气相色谱仪与过程控制系统之间的 数据连续将随着通讯事业的发展得到迅速发 展。使用先进的数字信息处理，测量与调节 过程完全自动化，即开发未来的超速气相色 谱仪将是人们努力的方向。 全二维气相色谱GCXGC是90年代出现 的新方法，热解析调制器处在两色谱柱之 间，这一新技术以峰容量大，分析迅速，信 息量大，灵敏度高颇受石油化工，环境科学 领域重视。不久将会有适用于各领域的全二 维气相色谱仪出现。