GM592 DID型氣相色譜儀檢測高純氬氣體雜質組分的改進

屈小榮，李輝林，吳澤培，王微芝

(1.國家鹽湖資源綜合利用工程技術研究中心，青海格爾木 816000;2.國家鹽化工產品監督檢驗中心青海省鹽化工產品監督檢驗中心，青海格爾木 816000)

青海100萬t鉀肥產品綜合利用項目2萬Nm3/h空分裝置順利投入運行，生產出大量高純氬氣和高純氮氣體產品，為了保證外銷產品質量和生產的正常運行，必須對其雜質進行全分析。當前高純氬氣在許多高技術領域廣泛使用，分析工作者高度重視，對高純氬中雜質的測定，在準確度方面提出了更高的要求。現運用GM592 DID型氣相色譜儀檢測精液氬、氬儲槽液氬和外銷裝罐車液氬雜質含量，采用氦離子化檢測器能夠將氬氣中的雜質種類準確地檢測出來，但時間為32 min，為了縮短分析時間，通過色譜柱中心切割技術進行了改進，分析時間縮短了8.5 min，具有分析結果準確度高、分離效果好、檢出限低、穩定性強的特點，使用效果較好。

1 GM592 DID型氣相色譜儀工作原理

該檢測器為氦放電離子化原理檢測器(Discharge Ionization Detector，簡稱DID)，由電離室和放電室兩部分組成，兩室之間有狹路相通。當經過純化的超純氦氣時，放電室內的兩個高壓電極上加以適量高壓電后，兩電極之間就會產生放電，從而得到一束高能量的紫外光輻射(400～500 nm)。超高能紫外光狹縫被引入電離室，在這過程中，高能光子直接照射樣品成分中被測雜質分子，將超高純載氣帶入的樣品氣中各組分電離，同時高能光子首先將載氣氦離子激發至亞穩態(He*)，然后，具有較高能量的He*再與樣品中雜質分子發生非彈性碰撞并使其電離。此時在集電極上加以適當電壓收集被電離的雜質分子，并將其信號放大記錄即得到被測成分的譜峰。

圖1 GM592 DID型氣相色譜儀工作原理示意圖Fig.1 GM592 DID gas chromatograph working principle diagram

2 改進前的色譜條件和譜圖

2.1 儀器的氣路系統

調節前面板的載氣及放電氣流量調節閥，觀察與各出口相對應的流量計所指示的流量，見表1。

表1 流量調節Table1 Flow adjusting

完成氣路連接之后，非常重要的問題是進行檢漏。氣路漏氣會引起基線漂移和噪聲，也將影響DID的最高靈敏度。檢漏范圍如下:

1.柱連接處，檢查VCR螺母的小孔處。

2.載氣和吹掃氣在氣相色譜儀后面的連接處。

3.樣氣在氣相色譜儀前面的連接處。

4.氣瓶所有連接處。

注:用檢漏儀或檢漏液進行檢漏，不得用皂液進行試漏。

2.2 氣相色譜測定條件

柱箱溫度:80℃;檢測器溫度:60℃;載氣流速:30 mL/min;放電氣流速:30 mL/min;驅動器壓力:0.3 MPa;放電電壓:525 V;Range:10 ～11;電流:5.93 mA;分離柱兩根:一根為5A分子篩，8 m，用于CO2等分析，另一根分離柱為hayesep DB，8 m，用于 H2，CO，CH4，Ar/O2等分析。

2.3 操作步驟

2.3.1 儀器開機前準備

1.打開氣源，色譜室內壓力設定為0.6 MPa，檢查氣源氣密性，確認無漏氣，吹掃4 h后，打開純化器電源開關，設置溫度為350℃。

2.12 h后，打開色譜儀主機電源，柱箱和檢測器自動升溫，檢測器會在10 min內放電，電流值有顯示，電流值在4～7 mA屬于正常范圍。

3.連接樣品氣，流量80 mL/min，吹掃5 min后準備進樣測試。

2.3.2 儀器操作

1.雙擊桌面上的軟件圖標chrom perfect.ink，在跳出的窗口，點擊“Acquisition”，進入采樣控制界面，然后單擊“Control”下面的“Claim”。之后點擊右側的“Status”，再點擊“Control”下的操作框，操作框出現后，點擊“Download”，在出現的界面中，“methodfile”中選中你需要的方法，在“Sample name”和“Base name”中輸入樣品名，點擊“Ok”即可。

2.點擊“Start”，采樣開始。

3.采樣結束后，點擊“Analysis”，打開譜圖，處理譜圖，讀取數據。

2.3.3 數據分析

樣品運行結束后，如果保留時間對不上，可在方法中雙擊第三個圖標中的第二個圖，再點擊CAL/Ar/CAL，把峰寬換成 0.16 ～0.300。如需填加和刪除峰時，先點擊 fdx，選擇 Delpeak為刪除峰，add peak為加峰，split peak為峰分離進行處理。

2.3.4 關機和待用時

當載氣壓力小于200 psi(1 psi=6.89 kPa)時，必須更換載氣。首先把純化器和色譜儀主機的電源關掉，3 h后溫度降下來，將載氣瓶關上，卸下減壓器，更換一瓶新的高純氦，安裝上減壓器，將壓力調節為 0.6 MPa。

較長時間停機待用，應保持氣路系統正壓，即為20 ～30 psig(1 psi=6.89 kPa)壓力，小流量通氣，并在間歇一個月之中啟動一次儀器試機，檢查儀器運行情況，以備隨時啟動運行。

2.3.5 進樣時間間隔

兩次進樣間隔時間大約15 min，以峰出完為準，若樣氣或標氣底氣純度欠佳，間隔時間要增加。

2.4 改進前的譜圖

改進前的譜圖見圖2。

樣品氣設計值組分含量為:H27.81×10－6、N28.50 ×10－6、CH48.51 × 10－6、CO 7.57 × 10－6、CO28.16 ×10－6，測定結果見表2。

圖2 改進前高純氬標準氣譜圖Fig.2 High purity argon standard gas chromatogram before improvement

表2 測定結果Table2 Testing result

改進前的結論:此方法載氣為氦氣，方法為外標法，先檢測出高純氬/高純氮氣中的雜質組分含量，用百分含量減去總量得到的高純氬氣含量為99.999%，樣品的平行樣較好，標準偏差不大，分析結果準確，分析時間為32 min，消耗時間較長。

3 改進后的色譜條件和譜圖

3.1 改進原因及改進參數

1.為了提高工作效率，縮短工作時間，特對分析儀器進行改進。

2.通過分析改進前的色譜峰圖，發現在CH4出峰后有7 min的時間可以通過氣體在色譜柱內的存留時間進行更改，從而達到縮短CO的出峰時間，CO2也會提前放出，實現22.93 min將氣體全部檢出的目的。

3.2 改進后的譜圖

改進后的譜圖見圖3。

標準氣設計值組分含量為:H27.81×10－6、N28.50 ×10－6、CH48.51 × 10－6、CO 7.57 × 10－6、CO28.16 ×10－6，測定結果見表3。

圖3 改進后高純氬標準氣譜圖Fig.3 High purity argon standard gas chromatogram after improvement

改進后結論:儀器改進后經多次進標樣實驗對照，分析結果平行、準確，效果極佳，這種改進方法是在不增加任何儀器元件的情況下最合適的方法。

改進前后樣品氣組分保留時間見表4。

從表4中數據可以看出，改進前后峰出完的保留時間縮短了8.5 min，提高了工作效率，縮短了分析時間。

表4 改進前后樣品氣組分保留時間Table4 Sample gas retention time table improved before and after

4 載氣純化器定期純化

儀器采用可再生性純化器，使用一段時間后需升溫至450℃活化1 h再返回400℃使用。較長時間停機，即使小流量氦氣流通，也有濕氣存留系統內，再次開機也需在450℃活化1 h再返回400℃使用。初次開機或切斷氣源后再次開機時GM75-800凈化器要在80 psig(1 psi=6.89 kPa)壓力下通氣4 h以后再開電源，逐漸升溫到450℃繼續吹掃1～2 h后返回400℃再啟動主機。凈化器停電后(停止加熱)，溫度降至室溫再斷開氣路，以保證純化器的凈化效果。純化器出口的載氣純度≥99.99999% 。

5 系統及色譜柱老化

1.多通閥的最高使用溫度為150℃，因此柱溫及檢測器溫度不得超過130℃，否則損壞閥體。

2.當基線噪音大或分離效果欠佳時應活化柱子。一般情況下將柱溫升到105℃，檢測器溫度升至110℃活化2～3 h。如果柱子被污染得比較嚴重，必須將柱子取下來在單獨的恒溫箱氦氣保護下200℃時活化4 h。

3.換柱時和移動柱時要小心，將溫度降到室溫后再進行操作。操作時避免觸動其它部件，換柱后要立即對所有柱箱內的柱子進行檢漏。

6 放電電壓與放電電流

放電電壓一般維持原機參數525 V，當載氣放電氣純度較好，系統干凈時，放電電壓在525 V時電流可升至6 mA以上，一般在放電電壓525 V時放電電流在≥5 mA時可為正常。完成10－6級雜質分析可以實現。當放電電壓為525 V時，放電電流＜4.8 mA系統被污染，需采取吹除升溫老化色譜柱和檢測器，或激活凈化器等方式純化系統。用過相當長時間或維護欠佳，電極出現鈍化可以提高放電電壓以增加放電電流，提高靈敏度。

7 注意事項

1.及時更換載氣瓶，避免干燒對色譜儀造成損壞。

2.保證載氣的純度和管路的潔凈，否則會影響色譜儀正常運行。

3.盡量避免突然停電和不正常開關機，電源的波動會損壞色譜儀的元器件。

4.本儀器主要測量 10－6～10－9級，不能經常測試雜質含量高的樣品氣，否則會對檢測器和色譜柱造成污染，造成無法繼續分析微痕量雜質的結果。

5.樣品氣的壓力在0.5～1 MPa即可。

8 對分析儀器選擇的總體要求

1.先進性。分析儀器所采用的方法必須是世界上較先進的且廣泛采用的方法。

2.適用性。所選擇儀器的種類及型號必須完全適合工藝技術條件的要求，尤其必須考慮到各種因素對測定的影響。

3.可靠性。儀器必須保證長期穩定連續正常運行，并且使用方便且易維護。

4.完整性。儀器(在線及離線兩類)都必須配套齊全，完全滿足使用需要。

9 結束語

氣相色譜經改進后操作更簡單、快速、準確，效果較好，真正起到了把關產品質量和指導生產的作用。