氯氣中氫氣和氧氣含量分析方法的改進

鮑麗娟

（寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏 石嘴山753202）

氯堿行業對氯氣純度、水分和含氧的分析采用傳統的吸收法，對氯氣中氫氣含量的分析采用爆炸法或燃燒法。其分析步驟繁瑣、周期長、誤差大，不能很好地指導工業生產。因此，研究對氯氣中氫氣和氧氣含量高效、安全、快捷的分析測定方法，具有重要意義。

1 氯氣中各項指標的分析方法現狀

1.1 氯氣純度測定方法

氯氣純度測定方法依據《GB 5138-2006工業用液氯》標準，其原理是利用氯氣能被還原性試劑（如硫代硫酸鈉、碘化鉀）和堿性試劑選擇吸收的性質，將氣體混合物依次通過各吸收劑，根據吸收前后體積的變化，由減少的體積可以計算出混合物的組成，其化學反應方程式如下。

1.2 氯氣中含氧的測定方法

在堿性溶液中，焦性沒食子酸鉀吸收氧氣，吸收后氣體體積減少，由減少的體積可以讀出氯中含氧量，反應式如下。

測定步驟：用氣體取樣管取氯氣100 mL，灌入雙球吸收器用硫代硫酸鈉吸收后，將剩余氣體灌入裝有焦性沒食子酸鉀的雙球吸收器待氣體全部被吸收后，讀取氣體量管的讀數，兩次吸收體積之差即為氯氣含氧量。

1.3 使用爆炸法分析氯氣中含氫

先用100 mL氣體量管使用吸收法測定濕氯氣純度，再測剩余氣體中氫氣含量。氫氣和氧氣在適當比例（爆炸極限內）下，借助于電火花的作用發生爆炸反應生成水，同時氣體體積按比例減少，減少的體積等于參加反應氣體體積之和，其中2/3是氫氣，由此計算樣品中的氫氣含量。

2 采用氣相色譜法分析氯氣中氧氣、氫氣的含量

2.1 氣相色譜分析的基本原理

氣相色譜的分析原理是利用不同物質在兩相間不同的分配系數，當兩相作相對運動時，試樣的各組分就在兩相中經反復多次地分配，使得原來分配系數只有微小差別的各組分產生很大的分離效果，從而達到分離各組分的目的，再進入檢測器對各組分進行鑒定[1]。

氣相色譜是一種新的分離、分析技術，一般以惰性氣體作流動相，以表面積大且具有一定活性的吸附劑作為固定相。利用試樣中各組分在色譜柱中的流動相和固定相間的分配系數不同來實現混合物的分離。當氣體試樣被載氣帶入色譜柱中時，由于各組分的沸點、極性或吸附性能不同，每種組分都會在流動相和固定相之間形成分配/吸附平衡，由于載氣的流動性，使各組分在運動中反復多次（10～100）進行分配／吸附，使得各組分在色譜柱中的運行速度有差異，經過一定的柱長后，在流動相中分配濃度大的組分先流出色譜柱，在固定相中分配濃度大的后流出。組分流出色譜柱后隨即進入檢測器，檢測器將各組分轉換成與該組分濃度大小成正比例的電信號，并在記錄器上描繪出各組分的色譜峰。

2.2 氣相色譜儀的基本構造組成

氣相色譜儀由以下5大系統組成，即氣路系統、進樣系統、分離系統、溫控系統和檢測記錄系統。組分能否分開，關鍵在于色譜柱，分離后組分能否鑒定出來則在于檢測器，所以分離系統和檢測系統是儀器的核心。

2.3 氣相色譜的特點

色譜柱的分離效率高，在正常情況下，一根正常的1 m色譜柱就可以分離成幾千個理論搭板。長色譜柱的理論搭板分離效率更高；分析速度快，隨著色譜分析技術的不斷改進和完善，色譜分析的速度逐漸加快。通常分析一個試樣在10 min之內就能完成，有的甚至幾秒鐘就能完成；具有較高的靈敏度和出色的檢測能力；操作非常簡單，只需明確操作規范，嚴格按照操作流程使用即可；使用范圍廣，能夠運用到石化、醫藥研究、環境監測、食品檢測、水質監測和自然科學等研究領域[2]。

2.4 氯氣中各組分使用色譜的分析方法

氣相色譜儀在線檢測濕氯氣中的氫氣時，濕氯氣與其他雜質氣體一起進入氣相色譜儀，氯氣在經過色譜柱時被反吹掉，其他組分通過閥被切換在不同的柱子上進行分離，以熱導檢測器（帶EPC）檢測各組分的含量，然后用各組分含量乘雜質氣體總體積的分數，即得到各組分在濕氯氣中的含量。

在使用此方法時，由于氯氣具有較強的氧化性和腐蝕性，不適合長時間進入色譜TCD檢測器，否則會造成TCD熱絲的加速消耗，降低TCD的使用壽命。目前，普遍采用十通閥反吹的辦法消除氯氣進入TCD檢測器。另外需注意氯氣遇水有強腐蝕性，所以實驗中用到的管線為哈氏合金管線，氣體的樣品閥需要做鈍化處理。另外，實驗中最好在管線的端口處添加一個孔徑2μm的過濾裝置，防止氣體顆粒進入到分析系統。

氯氣是一種有毒氣體，它主要通過呼吸道侵入，故在取樣及檢驗操作時一定要做好安全防護。并且氯氣分析后的尾氣一般采用氫氧化鈉溶液吸收或者通過強風排出尾氣處理，避免對實驗人員造成傷害[3]。

3 氣相色譜分析方法的改進

3.1 測定方法的改進

英力特化工選用SP-3420A型氣相色譜儀對氯氣中各雜質氣體進行分析，該型號氣相色譜儀主要特點是：采用微機控制，全鍵盤操作；具有自診斷功能，可連續監測儀器的自身狀態，一旦檢測到故障立即顯示信息，并提示故障區域和排除方法；可進行檢測器量程和衰減時間編程；具有閥的自動切換和兩個檢測信號自動切換功能，實現自動分析。

為了避免氯氣大量進入儀器而腐蝕色譜柱及檢測器等部位。因此結合化學吸收法，先利用吸收液（碘化鉀或硫代硫酸鈉）選擇性吸收氯氣，并測定氯氣純度，再將吸收氯氣后的尾氣注入色譜儀進行分析其他雜質氣體。

3.2 色譜柱材料接口的改進

由于氯氣對色譜柱及接口強烈腐蝕，把原來采用的不銹鋼色譜柱改為玻璃柱，并對玻璃柱接口進行改進，選用聚四氟乙烯材質制作一套連接裝置。

4 結語

采用改進的分析方法后，用氣相色譜法分析氯氣中雜質氣體含量的方法操作簡單，分析用時比以前縮短至少一半，速度快、準確度高，分析數據更具代表性。氯氣是強腐蝕性氣體，具有較強的氧化能力，因為色譜屬于精密儀器，價格較高，一旦腐蝕損壞，損失較大，采用改進的色譜分析方法后，可避免氯氣對檢測器的腐蝕，延長設備使用壽命。