氩放电检测器气相色谱仪在高纯氩气检测中的应用

刘正启

(爱尔兰AGC仪器公司 北京代表处，北京 100076)

·分析与测试·

氩放电检测器气相色谱仪在高纯氩气检测中的应用

刘正启

(爱尔兰AGC仪器公司 北京代表处，北京 100076)

氩放电检测器(Argon Discharge Detector)是一种用氩气做载气的气相色谱仪专用检测器，因其具有独特的检测能力，在氩气检测领域应用较为广泛。采用AGC仪器公司生产的NovaCHROM2000搭载氩放电检测器(ADD)气相色谱仪，对该检测器的检测能力进行评测。

氩放电检测器；高纯氩；检测

1 绪论

氩气是一种惰性非常好的气体，正是由于这种非常好的惰性，在现在的工业生产中应用非常广泛。比如：铝、镁、铜及其合金以及不锈钢的焊接；不锈钢的冶炼，以及钛、锆、锗等稀有金属的冶炼；电子元器件的制造等都会用到氩气，氩气往往是用作保护气；氩气和其它不同浓度的气体组成的混合气在焊接、光源填充方面应用广泛；氩气也是等离子体的一种气源，比如ICP等等。不同的应用领域对氩气中杂质的限量要求也不同，根据电子工业用气体《氩》的标准，对氩气的质量控制技术指标要求见表1。

目前，在氩气检测领域使用的仪器类型较多，有条件的厂家用氦放电离子化检测器的气相色谱仪(氦气作为载气)，利用中心切割的方法检测氩气中的H2、N2、CH4、CO和CO2，其中的氧再用微量氧分析仪检测；有的客户用离子迁移气相色谱仪(氩气作为载气)；也有的客户用Ni63源的氩离子化检测器的气相色谱仪(氩气作为载气)；氩放电检测器的气相色谱仪(以氩气作为载气)的在该检测领域应用越来越广泛，因该仪器除了能同时满足国标中对氩气中痕量的H2、O2、N2、CH4、CO和CO26组分的检测之外，不需要再用氧分析仪分析氩气中的氧，这一点与离子迁移检测器和Ni63源的氩离子化检测器相同，但是其检测下限远远低于以上两种检测器，根据该检测器的内部结构来看，还可以满足国标中分析氩气中有机物(总烃)的分析，该检测器对有机物的响应也很高，有条件的用户可以尝试这种实验。

表1 GB/T 16945—2009 电子工业用气体氩

2 氩放电检测器的原理

来自于被色谱柱分析的组分进入检测器，在检测器高能电磁场的作用下被电离，形成等离子体，各个组分在等离子的状态会发出不同波长的光，光的强度与组分的浓度成正比，光信号由高灵敏度的光电二极管转变为毫伏信号，该毫伏信号被工作站采集生成谱图。

图1是氩放电检测器的结构图。厂家给出的该检测器的灵敏度见表2。

图1 氩放电检测器结构图

表2 检测器灵敏度

3 实验条件

3.1 实验仪器

AGC NovaCHROM 2000气相色谱仪；搭载氩放电检测器(ADD)，3 m的1/8″5A分子筛填充柱和3 m的1/8″Hayesep Q填充柱；十通进样阀(带2个定量管)；六通柱切换阀；AGC双级纯化器，TrendVision色谱工作站，EPC电子压力载气控制。

3.2 气路系统

十通阀为进样阀；六通阀为柱切换阀；5A分子筛色谱柱用于分离氩气中微量的H2、O2、N2、CH4、CO；Hayesep Q用于分离氩气中的微量CO2、N2O以及烃类杂质。

3.3 仪器条件

分子筛柱箱温度：80℃；Hayesep Q柱箱温度：80℃；检测器温度：40℃；载气(Ar≥99.999%)流量：38 mL/min。

4 实验部分

4.1 标气

标气是采用北京氦普北分气体工业有限公司生产的以氩气为平衡气的6组分标气和以氩气为平衡气的乙烯、乙烷2组分的标气，标气浓度见表3。

表3 标气

图2 气路图

4.2 实验数据

表4 实验数据

根据表4可以看出，各组分的峰高和峰面积相对标准偏差大多<1%，H2、O2、N2、CH4、CO和CO2的检测下限分别为3×10-9、5×10-9、17×10-9、4×10-9、31×10-9和8×10-9，接近或超过厂家给出的检测下限值，该检测器性能稳定，检测能力优越。

标气谱图见图3。

图3 标气谱图

表5 氩气中C2H4、C2H6的分析数据

图4 氩气中乙烯、乙烷的谱图

氩气中乙烯、乙烷的谱图见图4。

从以上谱图及检测数据来看，氩放电检测除了用于检测常规杂质之外，还可以检测氩气中的有机物，比如乙烯、乙烷等，其检测下限约在10×10-9左右，这是AGC仪器公司氩放电检测的独特设计。

4.3 氩气样品气的检测

氩气为北京氦普北分气体工业有限公司生产的钢瓶气(40 L)。

在相同的色谱条件下，以100 mL/min的流量，充分置换进样管线及定量管，工作站自动启动采集数据。样品气的谱图见图5。

图5 样品气的谱图

5 讨论

1. 载气：载气的纯度对该仪器有着至关重要的影响，该仪器要求载气是≥99.999%高纯氩气，并且需要纯化器将载气进一步纯化

2. 稳定时间：虽说仪器经过24 h开机之后可以标定，然后分析样品，但是，由于该检测器属于光谱类检测器，系统的洁净度对Plasma的影响很大，随着吹扫的时间越长，系统的洁净度越高，Plasma会越来越稳定，大约仪器开机96 h之后，Plasma才会趋向于稳定，这个时间取决于气路系统的密封性和洁净度。所以，建议在仪器开机的前一周内，在分析样品之前需要校准仪器，然后再分析样品，以减少因仪器不稳定带来的系统误差。

3. 对烃类的响应：该仪器一般用来检测氩气中的H2、O2、N2、CH4、CO和CO2，根据以上实验数据，配备合适的色谱柱，还可以检测氩气中的除了甲烷之外的有机物，免去了烃类杂质再用其它仪器检测的麻烦。

4. 灵敏度和线性：该检测器的灵敏度很高，在某些组分的灵敏度几乎可以和氦放电离子化检测器相媲美，如果说这个仪器作为分析高纯氩气的专用仪器，运行成本低远远低于氦放电离子化检测器的气相色谱仪，同时还能检测氩气中的微量氧，不受氩气的干扰。

由于该检测器属于光谱类检测器，线性范围较窄，仅103，所以该检测器只适合于纯度高于99.99%的氩气中的杂质检测。当然，用户也可以根据自己的需求更改定量管的大小，以满足检测的需求。

[1] 黄建彬. 工业气体手册[M]. 北京：化学工业出版社，2003.

[2] 宫晓峰. 氩放电检测器气相色谱仪在氩气分析中的应用, 分析仪器, 2005(3): 52-55.

[3] 王婧. 氩放电检测器气相色谱仪在氩气分析中的应用[J].中国科技信息，2012(7): 65-66.

[4] 谌永华，韩桥，张国贤，等. 高氩放电电离检测法分析氩中氮标准气的研究[J]. 测量与设备，2002(1): 27-28.

Application of Gas Chromatograph with Argon Discharge Detector in Detecting High Purity Argon

LIU Zhengqi

(AGC China, Beijing 100076, China)

Argon Discharge Detector (ADD) is a detector of gas chromatography with Argon as carrier gas, This detector is widely used in test impurities in Argon ，because of its unique ability to detect. This article is the use of AGC Instruments produced NovaCHROM2000 equipped with Argon Discharge Detector (ADD) gas chromatograph, the detection capability of the detector was evaluated.

argon discharge detector; high purity argon; detection

2017-03-01

TQ117

A

1007-7804(2017)02-0034-05

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.02.009

刘正启(1969)，男，工程师，现在在爱尔兰AGC仪器公司北京代表处从事色谱应用工程师的工作。E-mail：Lucas@agc-china.com。