一次进样分析氩气中碳、硫化物和质量数丰度值与比值

潘 旭

(中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心，兰州 730000)



一次进样分析氩气中碳、硫化物和质量数丰度值与比值

潘 旭

(中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心，兰州 730000)

建立了一次进样分析氩气中的碳、硫化物信号和质量数丰度值与比值的方法，并可获知单位氩气内不同质量数的分子、原子分布20，Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%。

氩气；气相色谱(GC)；质量检测器(MSD)；火焰电离检测器(FID)；火焰光度检测器(FPD)

上世纪90年代，在分析大气中CO、CH4、CO2时，发现采用多孔高聚物小球柱分离，甲烷转换器(Ni)将碳化物加氢转换为甲烷送至FID检测，在CO、CH4前有一个数几十倍于大气甲烷浓度的未知碳化物峰〔1〕。能在大气中CO、CH4前出峰仅有氩、氧、氮，故此选择氩气作为实验对象。为此设计组装了一套由MSD-FID-FPD三检测器同时检测的测量系统(见表1、图1)。用以观测氩气在上述三检测器上的表现，同时对氩气进行研究。

表1 检测器功能原理表

图1 一次进样分析钢瓶氩气的碳、硫化物和质量数丰度值与比值示意图

1 实验部分

1.1 仪器

TRACE GC ULTRA气相色谱仪，配有 FPD、FID和MSD检测器以及配套使用的色谱、质谱工作站(美国Thermo公司)。

1.2 气相色谱、质谱条件

色谱柱:用5A分子筛柱(Φ3mm×2.4m)；载气：He、H2；辅助气：Air、H2；柱温：恒温 40℃；进样口温度: 130℃;甲烷转化器温度:380℃；FID检测器温度:250℃；FPD检测器温度：300℃;MSD检测器温度:250℃;柱流速:30～40mL/min; 进样量：0.2mL; 进样方式: 六通阀编程自动或手动;MSD传输线温度:250℃; MSD离子源温度:250℃;MSD离子化方式:EI；离子化能:70eV。

1.3 样品

钢瓶氩(99.9%)

2 结果与讨论

2.1 实验结果

按上述设备条件,注入0.2mL钢瓶氩,实验结果见图2。

从图2 MSD离子流图可看出主要成分为氩气(Ar)，还有一点氮(N2)；Ni-FID碳化物色谱图中可看出氩气峰中含有碳化物；FPD硫化物色谱图中氩气峰中含有硫化物信号。说明从分子筛柱馏出的是含有碳、硫化物的氩气峰而不是纯氩分子峰。

2.2 氩气内质量数分布

了解氩气内的质量数分布:设定扫描范围2～1000 amu,检测结果扣除本底，见图3、表2。

表2 质量选择检测器(MSD)分析氩气质量数扫描2～1000amu丰度表

从图3、表2可看出氩气的质量数2～1000amu的扫描，在质量数(Mass)二位数至三位数均有表达，而总丰度(Intensity)值达99.99%的质量数均在50以下。说明从分子筛柱馏出的氩气峰包含有众多质量数(Mass)在二位数至三位数的原子、分子。

2.3 重现性实验

设定氩气质量数扫描范围2～50amu,做10个同一氩气样品重现性实验，检测结果扣除本底，见图4、表3。

表3 质量选择检测器(MSD)分析10个氩气样品质量数扫描2～50amu丰度值重现性实验表

续表3

图4 MSD分析氩气质量数扫描2～50amu色-质谱图

从图4、表3看出在氩气质量数2～50amu的扫描，可看出不同质量数的分子、原子分布，通过表3中各个质量数丰度相互比值的重现性计算、归纳统计,相对标准偏差RSD(%)≤ 5%的质量数丰度比值见表4，从表4确定可使用的质量数见表5。

表4 质量选择检测器(MSD)分析10个氩气样品质量数扫描2～50amu丰度比值重现性实验表

表5 可使用的质量数

表4说明氩气可使用的质量数丰度比值：36Ar/20Ar≈0.053、37Ar/20Ar≈0.027、40Ar/20Ar≈19.12、41Ar/20Ar≈10.33、42Ar/20Ar≈0.0053、37Ar/36Ar≈0.51、40Ar/36Ar≈358.94、41Ar/36Ar≈194.14、40Ar/37Ar≈701.28、41Ar/37Ar≈379.068、42Ar/37Ar≈0.19、41Ar/40Ar≈0.54、42Ar/40Ar≈0.00028、42Ar/41Ar≈0.00051。

通过表5可看出单位氩气内的20Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%。

3 结论

(1) 该方法通过Ni+FID、FPD验证氩气含有碳、硫化物信号；

(2)质谱图和质量数丰度表可呈现氩气内不同质量数丰度的分子、原子；

(3)单位氩气内含有20Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%；

(4)分子筛柱馏出的氩气峰是质量数20Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%为主的含有碳、硫元素的氩气(Ar)而不是仅有分子量：39.95的纯氩气(Ar)；

(5)氩气可使用的质量数丰度比值：36Ar/20Ar≈0.053、37Ar/20Ar≈0.027、40Ar/20Ar≈19.12、41Ar/20Ar≈10.33、42Ar/20Ar≈0.0053、37Ar/36Ar≈0.51、40Ar/36Ar≈358.94、41Ar/36Ar≈194.14、40Ar/37Ar≈701.28、41Ar/37Ar≈379.068、42Ar/37Ar≈0.19、41Ar/40Ar≈0.54、42Ar/40Ar≈0.00028、42Ar/41Ar≈0.00051。

[1] 潘旭 . 空气中“近代标志”峰对气体色谱分析和碳同位素气体分析的影响[G]∥第11次全国色谱学术报告会论文集，1997.

A sample analysis of the argon gas carbon, sulphur and mass number abundance value with the ratio.

Panxu

(KeyLaboratoryofPetroleumResourcesResearch,InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences;Lanzhou730000,PRChina)

This method can detect the argon gas carbon and sulphur in the value and the ratio of signal and the mass number abundance, you can also learn the unit in the argon gas distribution of different mass number of molecules, atoms,20Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%.

argon; gas chromatography(GC); mass detector(MSD); flame ionization detector(FID); flame photometric detector (FPD)

潘旭，男，大学学历，高级工程师，E-mail：panxu201410@163.com 。

10.3936/j.issn.1001-232x.2015.03.016

2014-10-11