氣相色譜法分析高純氣的幾點熟悉
本節(jié)內(nèi)容提出的高純氣體分析中出現(xiàn)的“本底”、“zui小檢測濃度”和“定量與誤差”,都是痕量分析中的理論題目、也是實際題目。這里不敘述理論的推導,但用理論解決題目,主要就實際中的熟悉題目重點論述,歡迎參加討論。
1、本底
“本底”是指在色譜載氣中含有的被測雜質氣體,配標準氣用底氣中含的被測雜質氣;測試系統(tǒng)(載氣系統(tǒng)與樣品氣系統(tǒng))帶來的或被漏進的(以氧、氮為主)該雜質氣。大多數(shù)濃度型檢測器都要求本底值遠小于它的zui小檢測濃度。當載氣中本底值大于樣品氣中某雜質濃度時,該雜質氣會出現(xiàn)“反峰”。配制標準氣的底氣要求就更嚴格了,否則本底值直接影響定量了。但是質量檢測器(以火焰離子化檢測器為主的)是例外。我們在檢測氧中烴類雜質時發(fā)現(xiàn),用純氮氣(4個“9”)作載氣(氫氣和空氣相同),也能檢測到0.1ppm的烴(一般國產(chǎn)色譜儀),乃至20—50ppm的烴雜質氣。這是由于載氣中的雜質(氧、氫、一氧化碳、二氧化碳FID上無響應,甲烷含量≤5ppm)因濃度不變,只能使檢測器(FID)產(chǎn)生一個相應穩(wěn)定的“基流”,只要基數(shù)平衡、噪聲小,0.1ppm的烴類雜質氣仍然可以在基線上出一個峰。氣相色譜定量規(guī)定,zui小的檢測峰的判定:zui小的峰峰高值是二倍于噪聲值。過往國產(chǎn)儀器只能檢測0.1ppm的烴是由于儀器的總噪聲值較高。只要將總噪聲值下降一個數(shù)目級,則zui小檢測峰就會進步一個數(shù)目級。我公司的FID敏感度指標還是Mt≤1×10-11g/s(正十六烷),和其它廠家的指標一樣,但總噪聲值低。因此,“氫焰型氣相色譜儀只能檢測與本底電流值相近”的說法是缺乏根據(jù)的。而我們再利用濃縮法,使烴中乙炔檢測可以測到ppb級。
本底值影響zui大的是分析高純氣中氮和氧(空氣中的主要成分)。經(jīng)純化后的載氣如仍產(chǎn)生本底影響,其主要原因是漏氣產(chǎn)生的。管路中有接頭、閥、表等就不可避免會漏進空氣。我們只能控制一定漏量,使之不影響分析。也就說“漏氣”是盡對的,“不漏”只是相對的。例如使用高純氬氣分析儀時,為保證分析純氣純度必須優(yōu)于6個“9”。我們將載氣凈化到7個“9”以上,留出一定“空間”,使“漏氣”后仍滿足分析要求。在高純氣體分析儀上不答應使用有機材料作密封(由于空氣中氮、氧能穿透有機材料滲透進進系統(tǒng)中),包括各種橡膠,聚四氟乙烯等[27];另外,還要盡量少用卡套。檢測時樣氣(標氣)流路也一樣存在漏氣題目。我們已找到改變分析操縱能判定是否有漏氣方法,并能大致確定漏量大小。還有“在檢測 <20ppb超低微量氣體成分時,不能采用紫銅及一般不銹鋼材料”的說法也欠根據(jù)。氦離子化檢測器和電子捕捉檢測器都是能直接撿測ppb級的檢測器,在儀器上我們?nèi)杂靡话阕香~與不銹鋼管作連接管與色譜柱,只是要將管內(nèi)清洗和置換干凈就能滿足要求[27]。在校驗方法上,有人說“市售瓶裝標準氣含量在1—20ppm內(nèi),使用這種濃度的標準氣往校驗1—20ppb濃度的含量數(shù)據(jù),兩種數(shù)據(jù)大小相關1000倍,這是*不公道的。”這是外行批評內(nèi)行的話!好象批評者能配出含量為1—20ppb的標準氣?由于很明顯目前還沒有人能得到純度為9個“9”的配標準氣的底氣。基于目前只能配制出ppm級標準氣,*底氣純度得到保證;第二個題目是配氣誤差。只要查一下國家質量技術監(jiān)視局批準的一級[GBW]和二級[GBW(E)]氣體標準物質(共300多種)[11],就可知道氣瓶標氣zui小配制濃度只能到1ppm。第三考慮到濃縮法能將ppb變?yōu)閜pm級和檢測器可以保證的線性范圍。因而用ppm的標準氣校驗ppb級就不足希奇。理論與技術上的研究,在很多內(nèi)容上都是使“不可能”“不公道”的事,讓它在一定條件下成為可能。
2、zui小檢測濃度
根據(jù)氣相色譜理論推導[2],色譜檢測器zui小檢測濃度取決于,一是檢測器的敏感度。敏感度愈高檢測器檢測的雜質濃度愈低;二是色譜峰的峰寬愈小(柱效愈高),檢測雜質氣濃度愈低。具體對于zui小的峰峰高必須是噪聲的兩倍信號。任何色譜儀檢測器的zui小檢測值就是zui小檢測濃度。儀器操縱者都應知道,低于此濃度的值(沒有出峰)不應是“0”,而應是小于zui小檢測濃度值。理論上也以為只能接近于“0”,而不能即是“0”。對于連續(xù)監(jiān)測的數(shù)字顯示儀所顯示的“0”也應這樣看,由于顯示不能表示出小于它zui小檢測濃度的值來。因而所有儀器在檢測雜質時,假如未能測出含量,則給報告中,該組分含量就應寫出小于zui小檢出濃度值,而不能寫“0”。
3、定量與誤差
每臺 氣相色譜儀 分析高純氣體必須做到有相應被測雜質氣的敏感度和較好重復性。我們以為在保證上述條件和滿足本底要求條件下,儀器的定量誤差主要取決于標準氣的正確度(可靠性)。對于痕量成分重復丈量的相對誤差往往比常量分析大的多。對 0.1—10ppm濃度的檢測重復性(相對誤差),在10—20%的相對誤差也是較好的;PPT級的雜質氣,可以答應有一個數(shù)目級之差。在定量方法上都采用了“外標法”,即使用標準氣校正。在實驗室可以做到用多種配制標準氣方法較正,能得到較高的可靠性。而在實際使用中難度很大,因此國家在標準氣的配制上要求是很嚴格的。
本文只對常規(guī)的高純氣的氣相色譜分析作了概述。更多的特種高純氣(1983年統(tǒng)計有239種)有它的特殊要求和檢測方法[21—28]。但可以說對大多數(shù)特種高純氣,氣相色譜儀利用它的多變化技術還是有用武之地的。