气相色谱仪在氢气纯度分析中的应用

    1前言

    我公司动力部制氧车间6000m³ /h制氧机的氢气纯度分析仪器，只有一台在线的氢中微量氧分析仪。而氢气纯度的分析，不只分析氢中微量氧含量，还要测量氢气中的其它杂质含量，然后以100%减去杂质量来得到其纯度。氢气中主要含氢、氧、氮等杂质，纯氢(99.99%)及高纯氢(99.999%以上)的国家标准，见表1.

    由表1可以看出，只分析氢中微量氧含量，还不能确定氢气质量是否合格或氢气产品能达到什么级别。特别是氢、氧、氮三种杂质的含量，在制氢操作中均需进行调节控制。因此，我们选用气相色谱仪来测定氢气产品中的微量氢、氧、氮的含量。

    2  GC-8800H型气相色谱仪介绍

    经过对全国几大分析仪器厂家的调查和筛选，我们购买了上海科技大学研制的GC一8800H型气相色谱仪产品，此仪器具有高灵敏度微型热导池检测器，是较新的科研成果。一般的热导池池孔体积为250 - 350μd，而我们选用的TC-4 H型微型热导池池孔体积为30μl，检测灵敏度:进样量为1μl空气，氮峰高≥250mm。最小检测限分别为:H₂≤0.2 x 10^-6 ,   0₂ ≤0.4 x 10^-6 ,  N₂≤ 0.4 x 10^-6，一次进样就能检测出样品中习H₂ , O₂ , N₂杂质含量，能满足我们测量纯氢和高纯氢的要求。仪器采用N5级(99.999% )气作载气，它的气路流程见图1.

    载气经稳压阀稳压，再经净化管净化后分为两路，都先经过稳流阀，一路直接去热导池检测器的参比臂，作为参比气;另一路通过平面六通阀吹扫色谱柱(取样过程)，或携带样气(进样过程)流经色谱柱进行分离，再通过检测器的测量臂，作为测量气，进行检测。这两路气最后经过浮子流量计放空。

    3最佳操作条件的选择

    氢气中的微量杂质分离度，一般与载气性质、载气流速、固定相性质和粒度、色谱柱室温度、热导池温度、恒流源的电流、进样时间及进样量有关。由于GC一8800H色谱仪采用平面六通阀及定量管(定量管的体积为1.03m1)，进样时间及进样量就一定。色谱柱固定相为13 X-5 A分子筛，80一100目，色谱柱为Φ3 x 0.5 x 1000mm。此色谱仪用来分析氢中杂质含量时，我们选定高纯氢作为载气，这样，最佳操作条件就由载气流速、柱温、热导池温度及恒流源电流等四个方面来确定。恒流源电流越大，检测器的灵敏度越高，但电流的大小与载气性质有关，也与热导池工作温度有关。我们参照热导池桥电流给定曲线(见图2)，确定恒流源电流为85mA。

    我们通过多次组合试验，最终找出了最佳操作条件:载气流速为6.7m1/min，柱温为50 ℃，热导池温度为85 ℃，恒流源电流为85mA。通过用标准气对色谱仪进行标定后，重测标气，色谱图见图3。载气为99.999%的高纯氢，标准气为H2 5.5 x 10^-6,  0₂ 9.0x 10^-6 ,  N₂ 14.98 x 10^-6，都是国家标准物质研究中心提供的，且多次测试标准气，重复性较好，测试结果与标气数值很接近，见图4,