气体分析

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，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C ~C4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1

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ISO—TC／158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。气相色谱仪在气体分析中获得重要地位。

COW—MAC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1 0-9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。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C1~C3烃类。

气体分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L OVELOCK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GOW—MAC公司研制成氦放电检测器及相应的气相色谱仪，虽然诞生滞后几年，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，

CHF3

He，H2，Ar，

02，N2，Air

无10-6106

氦离子检测揣HID通用H2，Ar，N2，02，CO，C2H6，

SF6，C02

He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

3．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，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。G M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，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，N ，CH4，CO等。

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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