高纯氢中痕量杂质变温浓缩装置及方法

　　0　引言

　　近几年来，随着氢能源工业和半导体工业的迅猛发展，市场上对高纯氢的需求日益增加。无论在高纯氢的生产质控环节，还是其他诸如贸易、应用等各个方面都存在很大的检测需求。因此开展高纯氢气中杂质含量的分析方法研究意义重大。由于高纯氢中要求的杂质含量都非常低[1]，普通热导检测器的检测限根本无法满足分析要求。而配备如DID 等高灵敏度检测器的设备需要从国外进口，且价格昂贵，不能够很好地推广使用。因此，必须研究杂质的预浓缩方法，通过增加样品进样量的方式，使氢中的痕量杂质在普通的色谱仪器上也能被检测，在降低分析方法检出限的同时提高检测结果的准确度。

　　本项目在前人的基础上[2]，通过优化气路结构、精选材料部件等手段，研制了一套仪器化的变温浓缩装置，并对该装置的操作条件进行了研究，以高纯氢中杂质为例，确定了如浓缩介质、浓缩柱长、浓缩时间、浓缩体积、样品气流速、解吸温度等条件，给出了一套相对完善的变温浓缩检测方法。也可为其他种类高纯气体杂质的变温浓缩分析提供技术参考。

　　1　变温浓缩装置

　　1.1　工作原理

　　在液氮温度(-196℃)下，一定体积样品气体中的杂质组分被浓缩柱内的填料定量吸附，随后通过适当的温度条件，使柱内的杂质组分在短时间内脱附，进入色谱系统进行分离和测定。由于杂质组分在浓缩柱内被预先提浓，相当于增加了样品气的进样量，从而使那些原先由于色谱检测限的原因而不能被检测出来的杂质组分能够得到定量测定。

　　1.2　气路结构的设计

　　常规的浓缩装置的气路设置被设计成气相色谱装置的一个组成部分[3]，这样的设计需对气相色谱仪的气路进行改造，而且浓缩装置只能与该台色谱仪联用，装置无法作为一台单独的设备与其他色彩谱仪配套使用。

　　针对以上缺点，首先对浓缩装置的气路流程做了重新设计，目的是使其能作为一台独立的仪器设备，可以与任何带有气体进样阀的气相色谱相连接，并且尽可能减少切换阀的使用，简化装置的操作步骤。在一个阀上即可进行样品进样，又可实现装置与色谱的对接。图 1 为浓缩装置与带气体进样阀的气相色谱串联后的气路流程图，图 2 为装置本身的气路流程图。如图 1 所示，只需将装置上的载气进口与色谱仪六通进样阀载气出口串联，原与色谱仪六通阀载气出口相连的管线与浓缩装置上的载气出口相连，便可实现浓缩装置与色谱的对接。转动装置上的六通阀即可实现气路的切换，将浓缩柱串联入色谱气路或脱开。浓缩和进样的切换只需转动一次六通阀即可。同时仍可继续使用色谱仪上的六通进样阀实现标准气体或其他样品的进样。