氦離子化氣相色譜在高純H e檢測(cè)中的應(yīng)用

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(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)行業(yè)，隨著國(guó)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(cè)器均無(wú)法滿足高純氣體分析的要求。新版氦氣國(guó)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(shí)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(cè)的主力軍。那么，作為一個(gè)高純氦生產(chǎn)企業(yè)，在實(shí)際的高純氦檢測(cè)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(cè)器。氦離子化檢測(cè)器是一種靈敏度極高的通用型檢測(cè)器，對(duì)幾乎所有無(wú)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(cè)至n g/g(p p b)級(jí)的檢測(cè)器。氦離子化檢測(cè)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(cè)組份電離產(chǎn)生信號(hào)。檢測(cè)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(cè)器的樣品氣中各個(gè)組份電離，產(chǎn)生的離子被電離室電極收集，經(jīng)過(guò)放大即得到相應(yīng)的譜峰信號(hào)，譜峰信號(hào)的大小與被測(cè)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(cè)中的色譜流程如圖1所示。

圖1 高純氦檢測(cè)中的色譜流程圖

高壓鋼瓶中5 N（99.999%H e）載氣經(jīng)過(guò)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(cè)組分首先帶入色譜柱1，待測(cè)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(cè)氣進(jìn)入檢測(cè)器，檢測(cè)器將各個(gè)組分電離后得到相應(yīng)的譜峰信號(hào)，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(cè)組分帶入色譜柱2，經(jīng)過(guò)色譜分離和檢測(cè)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(kāi)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(kāi)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(kāi)機(jī)時(shí)先通氣后通電；關(guān)機(jī)時(shí)先斷電降溫再關(guān)閉氣源。

（2）該儀器是專(zhuān)用于5 N（99.999%H e）及以上高純氦檢測(cè)，如果被測(cè)樣品純度過(guò)低，則會(huì)出現(xiàn)平頭峰，說(shuō)明相應(yīng)組份已超過(guò)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(guò)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(cè)器不能正常工作。

（4）更換載氣時(shí)，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(cè)器。儀器載氣最好設(shè)計(jì)為能雙路雙瓶同時(shí)供氣，一瓶使用，一瓶備用。當(dāng)需要更換載氣時(shí)，使用“在用”載氣的氣體對(duì)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(lái)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(duì)儀器的正常運(yùn)行無(wú)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(jià)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(wàn)不得已必須拆卸時(shí)，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(zhuān)用封頭，出廠時(shí)均附帶）。

純化器失效后，將會(huì)在正常進(jìn)樣時(shí)發(fā)現(xiàn)在氫的保留時(shí)間位置出現(xiàn)一負(fù)峰（檢測(cè)器對(duì)氫的響應(yīng)靈敏度最高），并隨之越來(lái)越大。而其他組份響應(yīng)對(duì)比過(guò)去降低（測(cè)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(zhǎng)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(guò)如此的改良設(shè)計(jì)后，取得了較好效果。

（7）氣路要絕對(duì)密封。載氣系統(tǒng)及樣品氣和檢測(cè)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(tái)上，最好不要靠墻（以便檢修），防震動(dòng)，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(wèn)題。當(dāng)儀器未發(fā)任何改變、氣路也正常時(shí)，就應(yīng)考慮是否電路“虛接”造成的原因。此時(shí)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(hào)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(yǔ)

（1）氦離子化色譜儀是目前在國(guó)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(zhuān)門(mén)用于微量及痕量氣體成分分析的儀器，專(zhuān)業(yè)技術(shù)性強(qiáng)，應(yīng)用技術(shù)難度高，因此，在購(gòu)買(mǎi)儀器時(shí)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(cè)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(cè)兩種應(yīng)用功能。同時(shí)，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(duì)環(huán)境及人身的污染、傷害問(wèn)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(guò)程中，應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)，嚴(yán)格按照儀器說(shuō)明書(shū)的要求調(diào)整、使用、維護(hù)儀器，只有這樣，經(jīng)過(guò)一段時(shí)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].