氖气和氦气都是无色、无嗅、无味的惰性气 体, 广泛应用于军工、科研、半导体、管道检漏、 超导实验、光电子产品生产等。 2010年元月, 武钢氧气公司和德国林德公司 签订了粗氖氦原料气的销售合同, 用于高纯氖气的 生产, 对粗氖氦气中氖气的含量提出了大于45% 的重要指标。通过空分生产的粗氖氦气中除了含有 氖气和氦气以外, 还存在氮气、氧气、氩气和氢气 等物质。按照现有的分析方法不能对粗氖氦气体中 的氖气含量做出准确的测定, 需要建立快速准确的 测量方法对其进行检测, 以保证对粗氖氦气产品进 行充装过程和产品结果的监控。 用现有测定混合气的方法测定其氖气含量, 存 在氖气和氢气出现合峰、氖气和氦气出现合峰等物 质干扰的问题; 用现有高纯气体的测定方法, 又存 在组分杂质含量太高, 超过测量量程的问题。针对 这些问题, 我们需探索一种新的检测方法对粗氖氦 气中氖气、氦气和氢气等物质进行测定。1.1 仪器选用 我们选择了美国瓦里安( Varian) 仪器公司的 CP4900气相色谱仪, 检测器选用热导检测器 ( TCD ), 色谱柱选用口径为
3 mm、3m5A 分子 筛柱, 自动六通阀进样。 基于不同组分和载气有不同的热导系数, 当通 过热导池体的组分及其浓度发生改变时, 会引起热 敏元件上温度的变化, 导致电阻值随之变化, 从而 改变了惠斯顿电桥的平衡, 通过电子放大系统, 测 出其信号大小, 即可衡量组分的含量。 1.为了准确测定混合气中的氖气含量, 必须 解决氦气、氢气等物质对于测量氖气的影响。因为用热导分析仪对混合气中的氖气进行测定时, 氖 气、氦气、氢气三者的出峰时间相近, 加上氖气的 含量偏大, 导致氖气的色谱峰将氦气、氢气的色谱 峰掩盖。为了减少杂质组分对需检测物质的影响, 选用氦气为载气, 可以避免氦气对氖气测量的影响。 2. 准确测量氖气的含量, 还需解决氢气对于 氖气测定的影响。测定氖气含量时氢气的色谱峰对 其含量有叠加的现象, 导致不能准确定量, 所以必 须测定出氢气的含量, 进行多次测定做出校正曲线 后, 才能准确定量氖气的含量。 (1) 根据需要, 配制7瓶校准气, 组分和含 量为: 校准气1: 氖气45% , 氢气110% , 平衡气 氦气; 校准气2: 氖气45% , 氢气115% , 平衡气 氦气; 校准气3: 氖气45% , 氢气210% , 平衡气 氦气; 校准气4: 氖气45% , 氢气215% , 平衡气 氦气; 校准气5: 氖气45% , 氢气310% , 平衡气 氦气; 校准气 7: 氦气12%, 氢气2%, 氮气33%, 平衡气氖气 (模仿生产粗氖氦混合气的含量)。 ( 2) 首先用校准气6, 测定出45%的氖气含量 所对应的峰高H 6 (如图1)。工作条件: 载气氦 气, 压力0.15MPa; 色谱柱5AMS 3m; 控制气压 力0.3MPa; 柱温: 80℃。( 3) 再用同样的工作条件分别测定校准气1、 2、3、4和5。测定出的氖气峰高为h1、h2、h3、 h4 和h5, 与校准气6的氖气峰高H 6 的差做出校正 曲线, 见图2, 即氢气含量对氖气峰高影响的校正 曲线, 图中所表示的峰高差值= 实际峰高差值x20; 由曲线可查出氢气含量影响氖气峰高的值H
。3. 为判断各组分的分离度和标样中氢气的峰 高, 用氖气作载气, 测定校准气7 (如图3)。工 作条件: 载气氖气, 压力0.2MPa; 色谱柱5A MS 3m; 控制气压力0.3MPa; 柱温80 ℃ 。
4. 用氦气作为载气测定粗氖氦产品中氖气+氢气的峰高H ( 见图4) , 工作条件与图1 相同, 再用氖气做载气测定出粗氖氦产品中氢气的含量 (与校准气7比较), 根据图2 校正曲线, 查出影 响氖气的峰高H
。氖气含量=
得出准确的氖气含量。通过实验, 建立了一种全新的粗氖氦气体中氖 气含量的分析方法, 填补了国内的空白。该方法可 用于氖氦稀有气体生产中, 对其进分离塔的粗氖氦 气和加氧除氢过程的生产过程进行有效的监控。
2025-03-21
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