段傳霞

（中科院合肥美科氦業(yè)公司，安徽合肥 230031）

1 引言

氣體工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)行業(yè)，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，氣體工業(yè)特別是高純氣體以及電子用氣體行業(yè)也蓬勃發(fā)展。高純氣體中微量雜質(zhì)的分析是生產(chǎn)高純氣體的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，原有的熱導(dǎo)等色譜檢測器均無法滿足高純氣體分析的要求。新版氦氣國家標(biāo)準(zhǔn)《G B/T4844—2011純氦、高純氦和超純氦》也規(guī)定了氦離子化氣相色譜法為發(fā)生質(zhì)量糾紛時的最終仲裁方法。所以氦離子化氣相色譜將逐漸成為高純氦氣檢測的主力軍。那么，作為一個高純氦生產(chǎn)企業(yè)，在實(shí)際的高純氦檢測中應(yīng)使用好氦離子化色譜。

2 氦離子化氣相色譜的原理

2.1 色譜原理

氦離子化氣相色譜采用的是氦離子化檢測器。氦離子化檢測器是一種靈敏度極高的通用型檢測器，對幾乎所有無機(jī)和有機(jī)化合物均有很高的響應(yīng)，特別適合高純氣體的分析，是唯一能夠檢測至n g/g(p p b)級的檢測器。氦離子化檢測器（P D H I D）是利用氦中穩(wěn)定的、低功率脈沖放電作電離源，使被測組份電離產(chǎn)生信號。檢測器分為放電室和電離室，在放電室內(nèi)的放電電極上施以適當(dāng)?shù)拿}沖電壓，電極之間產(chǎn)生放電，從而獲得一束高能紫外光；另外電極放電將高純氦氣中的H e激發(fā)至亞穩(wěn)態(tài)H e*。高能紫外光和亞穩(wěn)態(tài)H e*被引入電離室，兩者或單獨(dú)或共同合作，將經(jīng)色譜柱分離隨載氣進(jìn)入檢測器的樣品氣中各個組份電離，產(chǎn)生的離子被電離室電極收集，經(jīng)過放大即得到相應(yīng)的譜峰信號，譜峰信號的大小與被測成分的濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

2.2 色譜流程

高純氦檢測中的色譜流程如圖1所示。

圖1 高純氦檢測中的色譜流程圖

高壓鋼瓶中5 N（99.999%H e）載氣經(jīng)過減壓器減壓、穩(wěn)壓閥穩(wěn)壓后進(jìn)入純化器，純化器將載氣中各組分純化至6 N（99.9999%H e），純化后的載氣流經(jīng)定量管，將待測組分首先帶入色譜柱1，待測氣中的氖、氫、氧+氬、氮這些雜質(zhì)進(jìn)行分離，載氣帶著分離后的待測氣進(jìn)入檢測器，檢測器將各個組分電離后得到相應(yīng)的譜峰信號，根據(jù)譜峰的大小可以計(jì)算出各組分的濃度值；重新在量管中取樣，載氣將待測組分帶入色譜柱2，經(jīng)過色譜分離和檢測器電離，就可得到一氧化碳、二氧化碳和甲烷的濃度值。

3 氦離子化氣相色譜儀的維護(hù)

（1）儀器的開關(guān)機(jī)。為了避免儀器的操作損壞，我們特別重視儀器的開機(jī)準(zhǔn)備和關(guān)機(jī)工作。首先要保證整機(jī)氣路通暢，開機(jī)時先通氣后通電；關(guān)機(jī)時先斷電降溫再關(guān)閉氣源。

（2）該儀器是專用于5 N（99.999%H e）及以上高純氦檢測，如果被測樣品純度過低，則會出現(xiàn)平頭峰，說明相應(yīng)組份已超過線性范圍，可降低靈敏度予以消除：一是加大放電電流，二是更換更小體積的定量管，可酌情選擇。

（3）載氣至少要求 5 N（99.999%H e）以上的高純氦，載氣在通過儀器配備的純化器凈化后，純度應(yīng)在6 N以上。載氣純度太差，則可能導(dǎo)致檢測器不能正常工作。

（4）更換載氣時，要仔細(xì)、小心操作，防止空氣進(jìn)入減壓閥、氣路管道、純化器以及儀器檢測器。儀器載氣最好設(shè)計(jì)為能雙路雙瓶同時供氣，一瓶使用，一瓶備用。當(dāng)需要更換載氣時，使用“在用”載氣的氣體對另一路管道及減壓閥進(jìn)行反向吹掃，利用需更換載氣氣瓶的減壓閥來調(diào)節(jié)吹掃流量，并在不斷氣的情況下更換載氣氣瓶。這樣可以防止空氣帶入，并且對儀器的正常運(yùn)行無任何影響。

（5）載氣氣路一般均設(shè)計(jì)了純化器，以便進(jìn)一步凈化載氣純度（99.9999%H e），純化器為消耗型物品且價格昂貴，必須加熱使用（適當(dāng)降低吸附能力），當(dāng)吸附容量達(dá)到飽和后不可再生。

（6）純化器的維護(hù)是難點(diǎn)之一，一般一旦使用就不可隨意拆卸。如萬不得已必須拆卸時，在不斷載氣的情況下（可適當(dāng)調(diào)低流量），應(yīng)先斷電停止加熱，待純化溫度降至室溫后，先將出口堵住，后再堵住進(jìn)口（使用專用封頭，出廠時均附帶）。

純化器失效后，將會在正常進(jìn)樣時發(fā)現(xiàn)在氫的保留時間位置出現(xiàn)一負(fù)峰（檢測器對氫的響應(yīng)靈敏度最高），并隨之越來越大。而其他組份響應(yīng)對比過去降低（測量標(biāo)準(zhǔn)氣），若切斷純化器電源可發(fā)現(xiàn)氫負(fù)峰減小，這樣一般均可判斷純化器已失效。

為了盡可能的延長純化器的使用壽命，可在純化器前加一脫氧管，降低純化器的凈化負(fù)荷。氣體廠通過如此的改良設(shè)計(jì)后，取得了較好效果。

（7）氣路要絕對密封。載氣系統(tǒng)及樣品氣和檢測系統(tǒng)要嚴(yán)格保證氣密性，定期進(jìn)行檢查，詳細(xì)記錄每日載氣的消耗量。

（8）儀器應(yīng)安裝于牢固穩(wěn)定的操作臺上，最好不要靠墻（以便檢修），防震動，防強(qiáng)電磁干擾。儀器所處環(huán)境應(yīng)潔凈、干燥，否則影響儀器使用壽命。

（9）電路“虛接”問題。當(dāng)儀器未發(fā)任何改變、氣路也正常時，就應(yīng)考慮是否電路“虛接”造成的原因。此時應(yīng)先將儀器可靠斷電，然后將各電路插口重新“插拔”連接一次（特別是信號傳輸接口及線路），使各連接線可靠、牢固地固定在機(jī)箱內(nèi)側(cè)，以便排除是否電路“虛接”。

4 結(jié)語

（1）氦離子化色譜儀是目前在國內(nèi)外普遍使用的高純氦分析儀器。但應(yīng)該指出，氦離子化氣相色譜儀是一種專門用于微量及痕量氣體成分分析的儀器，專業(yè)技術(shù)性強(qiáng)，應(yīng)用技術(shù)難度高，因此，在購買儀器時必須保證配套的完整性。

（2）氦離子化色譜儀具有靈敏度高、使用方便、快捷，一次進(jìn)樣就可檢測出氦氣中五種以上雜質(zhì)成分含量，具有產(chǎn)品質(zhì)量最終檢驗(yàn)及在線監(jiān)測兩種應(yīng)用功能。同時，該儀器未采用放射源作為雜質(zhì)分子電離的激發(fā)能源，從根本上消除了放射源對環(huán)境及人身的污染、傷害問題，因此可作為高純氦生產(chǎn)企業(yè)檢定產(chǎn)品質(zhì)量的首選儀器之一。

（3）在使用過程中，應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)，嚴(yán)格按照儀器說明書的要求調(diào)整、使用、維護(hù)儀器，只有這樣，經(jīng)過一段時間的實(shí)踐、摸索并掌握儀器的運(yùn)行規(guī)律后才能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

[1]G B/T4844—2011，純氦、高純氦和超純氦[S].