气相色谱技术在氯碱分析中的应用进展

陈银红 吴婷婷 赵彦霞

【摘要】氯气是电解过程中电解槽阳极侧的主要产物，氯气纯度、氯中含氢和含氧指标是中间控制化验的主要指标，这些指标不仅反映出电解槽的运行情况，而且影响着后续工序的安全运行。氯碱企业大部分使用气相色谱仪分析氯气指标，信发华兴化工在使用色谱仪一年半多的时间后，色谱基线出现波动故障，已经无法正确进行指标化验，经对该问题进行分析，在不更换元器件的前提下很好地解决了问题。

【关键词】氯碱生产；色谱仪；故障；排除

氯碱工业是我国重要的化工生产领域，其产品几乎涉及国民经济及人民生活的各个领域。在生产过程中，与汞有关的化工产品主要包括烧碱、醋酸和氯乙烯等，汞及其化合物属于剧毒物质，可在体内积蓄。进入人体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞，由食物链进入人体，引起全身中毒。

一、氯气的性质与分析原理

（1）氯气的性质，氯气在常温常压下是一种黄绿色的气体，具有毒性和剧烈的刺激性，能刺激呼吸道黏膜发炎，引起气管炎。氯气易溶于水、碱液，在常温及一个大气压下，1立方米水能溶解2.5立方米的氯气。氯气是一种强氧化性的非金属，它具有强氧化剂的一般通性，在操作氯气分析时，一定要佩戴好相关的防护用品，在仪器上置换时应用氢氧化钠水溶液吸收尾气，或者安装万向抽气罩，将尾气排入排风管道。

（2）分析原理。热导检测器是基于被分离组分与载气的热导率不同进行检测的。当通过热导池的气体组分及浓度发生变化时，会引起热敏元件温度及电阻值的变化。经过惠斯通电桥检测可知，其检测信号大小和组分浓度成正比。

二、气相色谱法简介

（1）气相色谱的基本原理。GC是一种新的分离、分析技术，一般以惰性气体作流动相，以表面积大且具有一定活性的吸附剂作为固定相。利用试样中各组分在色谱柱中的流动相和固定相间的分配系数不同来实现混合物的分离。当汽化后的试样被载气带人色谱柱中时，由于各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都会在流动相和固定相之间形成分配/吸附平衡，由于载气的流动性，使各组分在运动中反复多次（1O～10。）进行分配/吸附，使得各组分在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，在流动相中分配浓度大的组分先流出色谱柱，在固定相中分配浓度大的后流出。组分流出色谱柱后随即进入检测器，检测器将各组分转换成与该组分浓度大小成正比例的电信号，并在记录器上描绘出各组分的色谱峰。

（2）气相色谱的基本构造，气相色谱仪由以下五大系统组成：气路系统、进样系统、分离系统、温控系统、检测记录系统。组分能否分开，关键在于色谱柱；分离后组分能否鉴定出来则在于检测器，所以分离系统和检测系统是仪器的核心。

（3）气相色谱的特点。①高灵敏度：可检出10-10g的物质，可作超纯气体、高分子单体的痕迹量杂质分析和空气中微量毒物的分析。②高选择性：可有效地分离性质极为相近的各种同分异构体和各种同位素。③高效能：可把组分复杂的样品分离成单组分。④速度快：一般分析只需几分钟即可完成，有利于指导和控制生产。⑤应用范围广：即可分析低含量的气、液体，亦可分析高含量的气、液体，可不受组分含量的限制。⑥所需试样量少：一般气体样用几毫升，液体样用几微升或几十微升。⑦设备和操作比较简单仪器价格便宜。

（4）气相色谱的应用范围。气相色谱在石化分析、聚合物分析、物理化学研究、医药分析、食品分析、环境分析方面有着广泛的应用，GC技术可应用于大气污染分析（有毒有害气体、硫化物、氮氧化物等）、饮用水分析（多环芳烃、农药残留、有机溶剂等）、水资源（包括淡水、海水和废水中的有机污染物）、土壤分析（有机污染物）、固体废弃物分析等。

三、气相色谱仪特点

离子膜法烧碱电解工艺的原理是：

阳极侧生产氯气，阴极侧生产氢气和液碱。根据指标要求：氯气纯度I>98.5%（体积分数，下同），氯中含氢体积分数≤0.1%，含氧体积分数≤1.0%。信发华兴化工由美国引进了气相色谱仪，主要用来分析氯气中氢含量和氧含量及合成炉点炉时的微量氢和氧等，具有检测速度快、数据准确等特点。氯气具有较强的氧化性和腐蚀性，不适合长时间进入色谱TCD检测器，否则会造成TCD热丝的加速消耗，降低TCD的使用寿命。目前，普遍采用十通阀反吹的办法消除氯气进入TCD检测器。2013年色谱厂家工程师来调试时，将十通阀反吹时间定在了4.25 min。2015年10月底，色谱基线出现了很大波动，已严重影响了数据分析。

四、电感耦合高频等离子体法测定汞

电感耦合等离子体原理是在炬管的切向方向引入高速氩气，氩气在炬管的外层形成高速旋流，通过类似真空检漏仪的装置产生的高频电火花使氩气电离出少量电子，形成一个沿炬管切线方向的电流。因为炬管放置在高频线圈内，通过高频发生器产生的高频振荡通过炬管线圈耦合到已被电离出少量电子的氩气上，使氩气中的这部分电子加速运动，撞击其他电子产生电离，形成雪崩效应，最终靠高频发生器连续提供能量，即可形成一个稳定的等离子体火焰电感耦合等离子体是由高频电流经感应线圈产生高频电磁场，使工作气体形成等离子体，并呈现火焰。用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP—AES）测定汞时，由于其灵敏度不高，费用也比较高，因此我们一般不采用该方法进行测定。

环境样品中汞的含量低，要区分其不同形态，从而选择灵敏度高、选择性好的分析方法，并且在取样和测定过程中不改变原有形态，不造成玷污或损失。

参考文献

[1]陈扣娣.空气中N，N—2甲基环己胺的采样和分析方法[J].環境与职业医学，1990（01）.

[2]张启华.橡胶硫化促进剂CZ的快速合成[J].广西化工，1994（03）.