一次进样分析氧气中碳、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)



一次进样分析氧气中碳、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)

摘要：建立了一次进样分析氧气中的碳、硫化物信号和质量数丰度值与比值的方法，并可获知单位氧气内不同质量数的分子、原子分布16O≈0.56%；17O≈0.15%；32O2≈87.16%；33O2≈11.05%；34O2≈0.47%；35O2≈0.06%；48O2≈0.03%。

关键词：氧气气相色谱(GC)质量检测器(MSD)火焰电离检测器(FID)火焰光度检测器(FPD)

在前期的实验方法〔1〕中对氩气进行了研究探讨，那么氧气在该方法上有何表现，本实验对氧气使用该方法进行了研究。

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: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：0.1mL; 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：

钢瓶氧(99.9%)

2结果与讨论

图1　GC-MSD-Ni+FID-FPD同时分析氧气色谱图

2.1按上述设备条件,注入0.1mL钢瓶氧,实验结果见图1.从图1 MSD离子流图可看出主要成分为氧气(O2)，还有一点氮气(N2)；Ni-FID碳化物色谱图中可看出氧气峰中含有碳化物，在保留时间1.89min处还有微量甲烷；FPD硫化物色谱图中氧气峰中含有硫化物信号。说明从分子筛柱馏出的是含有碳、硫化物的氧气峰而不是纯氧分子峰。

2.2氧气内质量数分布

氧气内的质量数分布:设定扫描范围2～1000 amu,检测结果扣除本底，见图2、表1。

图2　 MSD分析氧气质量数扫描2～1000amu色-质谱图

质量数 丰度%质量数 丰度%质量数 丰度%质量数 丰度%质量数 丰度%169401970.548117960124179020555049010020121090.0182254701251910207322049520274923083645501266329020943605081303215197504687.5984339012776190214315052530403318116940910.478620830128404000.02215123305634700348280480.4887196201296003021613400566263035937460.058832990130348602173030575320036417208981340131102193810582372038255091346101323740220303058310404948070.299230901372630221305932610413044500.18959730139134302268840599312044408700.029640701404750227462061026104755609823200141499902286460613351048447390.0399218801425678023042307181004984501003779014449023329307233670502205010140400149127002374880730114051210801026218015097120.0123937507343010582269010320370151150240.012434807541780

续表1

从图2、表1可看出氧气的质量数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210以下。说明从分子筛柱馏出的氧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

设定氧气质量数扫描范围2～210amu,做10个同一氧气样品重现性实验，检测结果扣除本底，见图3、表2、表3、表4。

图3　MSD分析氧气质量数扫描2～210amu色-质谱图

质里数12345678910平均值标准偏差相对标准偏差RSD(%)1617764471819638184585618053181755758173637017692551768970175057917262821775447.337762.62.131748607445653145539745097942383748072643544343434443673940747044675424356.085.45201933728585222832690322578143551643018613226892301921479.24405.1820.5132262196351261232826255458598249744006258872412254180976249443127251647956244094528239024196252589497.67395968.92.93333282533531602255315579743045522731559328320440443053897630593747297512092881926230974735.71173401.83.7934135908013651371305022136319313150941288547133457113503751297478012440101322250.939488.182.9935166183157860162889154970161900159695152862154231155134144878157060.26058.243.863647343910409741403789126629474206290334833547.5981.4727.6740463793737871624720717017652164433965628707573158613039710204615463.8101992.2416.5741288744435753357491404430374943252348319219336826350030394630351441.455151.07215.69448194380201683646655170725847816000065984640554665868926.211377.6616.51489150693762987059138396061869799298597257885468926492644.83862.254.176329903904291222791264120531192037175415832304.7897.4138.946422783248310324596933821143201586416481783.31003.7656.2982192480484491013811211110518336481831084.3531.248.9986267561302561791413380527141325199.0561.25871215682775627253950801965438354706299.4942.42882016170325471574677206211321994172213891681.6528.4831.438942483906352929592146375922313322327816883106.6839.6627.03981442431130714907541063712948690491932.8382.04640.9699795403116353529761318352773707583.6321.455.071007231402194888459311011147798112811591088.3387.6535.6210125383453310722481954222619711656181828552382.6592.5724.8710225815915519439382748319225883052242425183415.1223.8835.841031170136187313344322230952848164612461209.2493.06640.781058473595345635205699962004599700246949285461.62037.237.310662107170358257324028576254832684378613624579.91788.4239.051137287086835602801271642455538348621.3273.8244.0711476246873731817421611144097485380.8240.6863.21151890510998150831123410934193381270915674140971359114256.33051.01121.4116133677479103057307615013820685610586881377899247.22693.8429.131203074165684412123368235116175298.5223.5774.912623454223401334522320195035492484282526922985.3775.3925.9712725637487532151454325328145324685297143064461.61401.4631.411282455152917433814974438561305304080435890360433883139125.28370.3121.39129297565594446617040121874471529023033333440021495.2737.361309785946577602276725595905961290692.3280.6340.54139384406995738210610240417337776511.3257.3650.33

续表2

从图3、表2看出在氧气质量数2～210amu的扫描，可看出不同质量数的分子、原子分布，通过表2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3，从表3确定可使用的质量数见表4。

表3　质量选择检测器(MSD)分析10个氧气样品质量数扫描2～210amu丰度比值重现性实验表

表3说明氧气可使用的质量数丰度比值有19个：32O2/16O≈142.29；33O2/16O≈17.45；34O2/16O≈0.75；35O2/16O≈0.089；48O2/16O≈0.052；32O2/17O≈566.36；33O2/17O≈69.41；34O2/17O≈2.97；35O2/17O≈0.36；33O2/32O2≈0.12；34O2/32O2≈0.0053；35O2/32O2≈0.00062；48O2/32O2≈0.00037；34O2/33O2≈0.043；35O2/33O2≈0.0051；48O2/33O2≈0.003；35O2/34O2≈0.12；48O2/34O2≈0.07；48O2/35O2≈0.59，同时列出氧气内可使用的质量数见表4。

表4　氧 气 内 可 使 用 的 质 量 数

通过表4可看出单位氧气内的16O≈0.56%；17O≈0.15%；32O2≈87.16%；33O2≈11.05%；34O2≈0.47%；35O2≈0.06%；48O2≈0.03%。

3结论

(1)该方法通过Ni+FID、FPD验证氧气含有碳、硫化物信号。

(2)质谱图和质量数丰度表可呈现氧气内不同质量数丰度的分子、原子。

(3)单位氧气内含有16O≈0.56%；17O≈0.15%；32O2≈87.16%；33O2≈11.05%；34O2≈0.47%；35O2≈0.06%；48O2≈0.03%。

(4)分子筛柱馏出的氧气峰是质量数16O≈0.56%；17O≈0.15%；32O2≈87.16%；33O2≈11.05%；34O2≈0.47%；35O2≈0.06%；48O2≈0.03%为主的含有碳、硫元素的氧气(O2)而不是仅有分子量：32.00的纯氧气(O2)。

(5)氧气可使用的质量数丰度比值：32O2/16O≈142.29；33O2/16O≈17.45；34O2/16O≈0.75；35O2/16O≈0.089；48O2/16O≈0.052；32O2/17O≈566.36；33O2/17O≈69.41；34O2/17O≈2.97；35O2/17O≈0.36；33O2/32O2≈0.12；34O2/32O2≈0.0053；35O2/32O2≈0.00062；48O2/32O2≈0.00037；34O2/33O2≈0.043；35O2/33O2≈0.0051；48O2/33O2≈0.003；35O2/34O2≈0.12；48O2/34O2≈0.07；48O2/35O2≈0.59。

参考文献

[1] 潘旭 . 分析仪器，2015，(3):76-80.

One sample analysis of oxygen gas carbon，sulphur and mass number abundance value with the ratio.PanXu

(KeyLaboratoryofPetroleumResourcesResearch，InstituteofGeologyandGeophysics，ChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000，China)

Abstract：This method can detect the oxygen gas carbon and sulphur signal and the mass number abundance value and ratio，you can also learn the distribution of different mass number of molecules，atoms in per unit oxygen gas,16O≈0.56%；32O2≈87.16%；33O2≈11.05%；34O2≈0.47%；35O2≈0.06%；48O2≈0.03%。

Key words:oxygen gas;gas chromatography (GC);mass detector (MSD);flame ionization detector (FID);flame photometric detector (FPD)

收稿日期：2015-06-09

DOI:10.3936/j.issn.1001-232x.2016.01.013

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