直接进样的热导检测器(TCD)色谱法测定高纯氦中Ne、O2、N2

　　氦气是除氢以外最轻的气体,也是贵重的稀有气体之一,并且没有可燃和爆炸的危险,安全性较好,所以,其用途十分广泛:可以代替氢气填充气球、飞船、飞艇、潜水服等;液态氦可获得接近绝对零度(-237·15℃)的超低温,所以可用于低温超导、冷却剂、制冷剂,是低温工程中最理想的致冷剂;氦气可用于压力容器和真空系统的检漏指示剂;还可用作高级合金的焊接、切割和冶炼钛、铑、硅等时的保护气体,在气冷或原子反应堆中用氦作载热体,在火箭和导弹发射中作为燃料的压送剂;其他如气相色谱分析、色谱/质谱联用分析中作载气,在电光源、等离子工业、气体激光器等技术领域中也都必须应用。

　　原国家标准GB 4844·2—1995《纯氦》和GB4844·3—1995《高纯氦》至今已有15年了, 2008年10月的报批修订稿氦气第2部分:纯氦、高纯氦和超纯氦,至今尚未正式批准和实施,然而,对于高纯氦中主要要控制检测的杂质组分(Ne、O2、N2等)的技术指标是相同的:氖(Ne)≤4×10-6(V/V)、氧(O2/Ar)≤1×10-6(V/V)、氮(N2)≤2×10-6(V/V)。修订后的标准采用氦离子化检测器HID或DID气相色谱法直接进样测定Ne、H2、O2(Ar)、N2,采用FID串接Ni转化炉色谱法直接测定CO、CH4、CO2。

　　然而,在高纯氦分析中始终存在的一个难题是氖(Ne)的测定,氖(Ne)的电离电位高达21电子伏特(eV)。所以,只能提供19·8 eV电离能的HID或DID是不可能使氖(Ne)电离的,一般只给出了一个负的响应信号,此氖(Ne)的负信号是不能精准定量的,所以,国外进口HID色谱仪对He中微量杂质测定的性能中,都没有测定氖(Ne)的数据。20世纪80年代初期,国内有关研究院曾采用在超纯气He中应用钯管掺杂技术,使氖(Ne)峰变为正峰,并试制过两套样机,曾供国内一家液氢生产厂使用过,但没有商品化。HID或DID目前国内还没有完全国产化产品,都是将进口的HID检测器装在国产仪器上来应用,由于检测器及其仪器都较贵,相当多的气体公司购用不起。

　　热导检测器TCD对Ne、O2(Ar)、N2、H2是都有响应信号的,然而,热导检测器的灵敏度是所有气相色谱仪中灵敏度最低的,所以,以往都采用变温浓缩法来分析微量气体组分,但其浓缩法因操作麻烦,重复性较差,往往不受欢迎。

　　本文工作就是要通过精心设计各种条件来提高热导检测器的检测灵敏度,实现直接进样测定高纯氦中小于4×10-6的Ne、1×10-6的O2、2×10-6的N2。这项工作具有技术上的突破,并有实用、可推广的现实意义。

　　1　仪器和实验条件

　　1·1　仪器

　　气相色谱仪:科创GC9800 (N)高灵敏度热导检测器气相色谱仪(三箱式);