劉正啟

(愛爾蘭AGC儀器公司 北京代表處，北京 100076)

·分析與測(cè)試·

氬放電檢測(cè)器氣相色譜儀在高純氬氣檢測(cè)中的應(yīng)用

劉正啟

(愛爾蘭AGC儀器公司 北京代表處，北京 100076)

氬放電檢測(cè)器(Argon Discharge Detector)是一種用氬氣做載氣的氣相色譜儀專用檢測(cè)器，因其具有獨(dú)特的檢測(cè)能力，在氬氣檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。采用AGC儀器公司生產(chǎn)的NovaCHROM2000搭載氬放電檢測(cè)器(ADD)氣相色譜儀，對(duì)該檢測(cè)器的檢測(cè)能力進(jìn)行評(píng)測(cè)。

氬放電檢測(cè)器；高純氬；檢測(cè)

1 緒論

氬氣是一種惰性非常好的氣體，正是由于這種非常好的惰性，在現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛。比如：鋁、鎂、銅及其合金以及不銹鋼的焊接；不銹鋼的冶煉，以及鈦、鋯、鍺等稀有金屬的冶煉；電子元器件的制造等都會(huì)用到氬氣，氬氣往往是用作保護(hù)氣；氬氣和其它不同濃度的氣體組成的混合氣在焊接、光源填充方面應(yīng)用廣泛；氬氣也是等離子體的一種氣源，比如ICP等等。不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)鍤庵须s質(zhì)的限量要求也不同，根據(jù)電子工業(yè)用氣體《氬》的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)氬氣的質(zhì)量控制技術(shù)指標(biāo)要求見表1。

目前，在氬氣檢測(cè)領(lǐng)域使用的儀器類型較多，有條件的廠家用氦放電離子化檢測(cè)器的氣相色譜儀(氦氣作為載氣)，利用中心切割的方法檢測(cè)氬氣中的H2、N2、CH4、CO和CO2，其中的氧再用微量氧分析儀檢測(cè)；有的客戶用離子遷移氣相色譜儀(氬氣作為載氣)；也有的客戶用Ni63源的氬離子化檢測(cè)器的氣相色譜儀(氬氣作為載氣)；氬放電檢測(cè)器的氣相色譜儀(以氬氣作為載氣)的在該檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，因該儀器除了能同時(shí)滿足國(guó)標(biāo)中對(duì)氬氣中痕量的H2、O2、N2、CH4、CO和CO26組分的檢測(cè)之外，不需要再用氧分析儀分析氬氣中的氧，這一點(diǎn)與離子遷移檢測(cè)器和Ni63源的氬離子化檢測(cè)器相同，但是其檢測(cè)下限遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于以上兩種檢測(cè)器，根據(jù)該檢測(cè)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，還可以滿足國(guó)標(biāo)中分析氬氣中有機(jī)物(總烴)的分析，該檢測(cè)器對(duì)有機(jī)物的響應(yīng)也很高，有條件的用戶可以嘗試這種實(shí)驗(yàn)。

表1 GB/T 16945—2009 電子工業(yè)用氣體氬

2 氬放電檢測(cè)器的原理

來自于被色譜柱分析的組分進(jìn)入檢測(cè)器，在檢測(cè)器高能電磁場(chǎng)的作用下被電離，形成等離子體，各個(gè)組分在等離子的狀態(tài)會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的光，光的強(qiáng)度與組分的濃度成正比，光信號(hào)由高靈敏度的光電二極管轉(zhuǎn)變?yōu)楹练盘?hào)，該毫伏信號(hào)被工作站采集生成譜圖。

圖1是氬放電檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)圖。廠家給出的該檢測(cè)器的靈敏度見表2。

圖1 氬放電檢測(cè)器結(jié)構(gòu)圖

表2 檢測(cè)器靈敏度

3 實(shí)驗(yàn)條件

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器

AGC NovaCHROM 2000氣相色譜儀；搭載氬放電檢測(cè)器(ADD)，3 m的1/8″5A分子篩填充柱和3 m的1/8″Hayesep Q填充柱；十通進(jìn)樣閥(帶2個(gè)定量管)；六通柱切換閥；AGC雙級(jí)純化器，TrendVision色譜工作站，EPC電子壓力載氣控制。

3.2 氣路系統(tǒng)

十通閥為進(jìn)樣閥；六通閥為柱切換閥；5A分子篩色譜柱用于分離氬氣中微量的H2、O2、N2、CH4、CO；Hayesep Q用于分離氬氣中的微量CO2、N2O以及烴類雜質(zhì)。

3.3 儀器條件

分子篩柱箱溫度：80℃；Hayesep Q柱箱溫度：80℃；檢測(cè)器溫度：40℃；載氣(Ar≥99.999%)流量：38 mL/min。

4 實(shí)驗(yàn)部分

4.1 標(biāo)氣

標(biāo)氣是采用北京氦普北分氣體工業(yè)有限公司生產(chǎn)的以氬氣為平衡氣的6組分標(biāo)氣和以氬氣為平衡氣的乙烯、乙烷2組分的標(biāo)氣，標(biāo)氣濃度見表3。

表3 標(biāo)氣

圖2 氣路圖

4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)表4可以看出，各組分的峰高和峰面積相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差大多<1%，H2、O2、N2、CH4、CO和CO2的檢測(cè)下限分別為3×10-9、5×10-9、17×10-9、4×10-9、31×10-9和8×10-9，接近或超過廠家給出的檢測(cè)下限值，該檢測(cè)器性能穩(wěn)定，檢測(cè)能力優(yōu)越。

標(biāo)氣譜圖見圖3。

圖3 標(biāo)氣譜圖

表5 氬氣中C2H4、C2H6的分析數(shù)據(jù)

圖4 氬氣中乙烯、乙烷的譜圖

氬氣中乙烯、乙烷的譜圖見圖4。

從以上譜圖及檢測(cè)數(shù)據(jù)來看，氬放電檢測(cè)除了用于檢測(cè)常規(guī)雜質(zhì)之外，還可以檢測(cè)氬氣中的有機(jī)物，比如乙烯、乙烷等，其檢測(cè)下限約在10×10-9左右，這是AGC儀器公司氬放電檢測(cè)的獨(dú)特設(shè)計(jì)。

4.3 氬氣樣品氣的檢測(cè)

氬氣為北京氦普北分氣體工業(yè)有限公司生產(chǎn)的鋼瓶氣(40 L)。

在相同的色譜條件下，以100 mL/min的流量，充分置換進(jìn)樣管線及定量管，工作站自動(dòng)啟動(dòng)采集數(shù)據(jù)。樣品氣的譜圖見圖5。

圖5 樣品氣的譜圖

5 討論

1. 載氣：載氣的純度對(duì)該儀器有著至關(guān)重要的影響，該儀器要求載氣是≥99.999%高純氬氣，并且需要純化器將載氣進(jìn)一步純化

2. 穩(wěn)定時(shí)間：雖說儀器經(jīng)過24 h開機(jī)之后可以標(biāo)定，然后分析樣品，但是，由于該檢測(cè)器屬于光譜類檢測(cè)器，系統(tǒng)的潔凈度對(duì)Plasma的影響很大，隨著吹掃的時(shí)間越長(zhǎng)，系統(tǒng)的潔凈度越高，Plasma會(huì)越來越穩(wěn)定，大約儀器開機(jī)96 h之后，Plasma才會(huì)趨向于穩(wěn)定，這個(gè)時(shí)間取決于氣路系統(tǒng)的密封性和潔凈度。所以，建議在儀器開機(jī)的前一周內(nèi)，在分析樣品之前需要校準(zhǔn)儀器，然后再分析樣品，以減少因儀器不穩(wěn)定帶來的系統(tǒng)誤差。

3. 對(duì)烴類的響應(yīng)：該儀器一般用來檢測(cè)氬氣中的H2、O2、N2、CH4、CO和CO2，根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，配備合適的色譜柱，還可以檢測(cè)氬氣中的除了甲烷之外的有機(jī)物，免去了烴類雜質(zhì)再用其它儀器檢測(cè)的麻煩。

4. 靈敏度和線性：該檢測(cè)器的靈敏度很高，在某些組分的靈敏度幾乎可以和氦放電離子化檢測(cè)器相媲美，如果說這個(gè)儀器作為分析高純氬氣的專用儀器，運(yùn)行成本低遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氦放電離子化檢測(cè)器的氣相色譜儀，同時(shí)還能檢測(cè)氬氣中的微量氧，不受氬氣的干擾。

由于該檢測(cè)器屬于光譜類檢測(cè)器，線性范圍較窄，僅103，所以該檢測(cè)器只適合于純度高于99.99%的氬氣中的雜質(zhì)檢測(cè)。當(dāng)然，用戶也可以根據(jù)自己的需求更改定量管的大小，以滿足檢測(cè)的需求。

[1] 黃建彬. 工業(yè)氣體手冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2] 宮曉峰. 氬放電檢測(cè)器氣相色譜儀在氬氣分析中的應(yīng)用, 分析儀器, 2005(3): 52-55.

[3] 王婧. 氬放電檢測(cè)器氣相色譜儀在氬氣分析中的應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息，2012(7): 65-66.

[4] 諶永華，韓橋，張國(guó)賢，等. 高氬放電電離檢測(cè)法分析氬中氮標(biāo)準(zhǔn)氣的研究[J]. 測(cè)量與設(shè)備，2002(1): 27-28.

Application of Gas Chromatograph with Argon Discharge Detector in Detecting High Purity Argon

LIU Zhengqi

(AGC China, Beijing 100076, China)

Argon Discharge Detector (ADD) is a detector of gas chromatography with Argon as carrier gas, This detector is widely used in test impurities in Argon ，because of its unique ability to detect. This article is the use of AGC Instruments produced NovaCHROM2000 equipped with Argon Discharge Detector (ADD) gas chromatograph, the detection capability of the detector was evaluated.

argon discharge detector; high purity argon; detection

2017-03-01

TQ117

A

1007-7804(2017)02-0034-05

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.02.009

劉正啟(1969)，男，工程師，現(xiàn)在在愛爾蘭AGC儀器公司北京代表處從事色譜應(yīng)用工程師的工作。E-mail：Lucas@agc-china.com。