氣質聯(lián)用儀在六氟化硫雜質痕量分析中的應用

于 洋，任 越

(中昊光明化工研究設計院有限公司，遼寧 大連 116031)

1 前 言

伴隨氣體生產行業(yè)和應用技術的持續(xù)發(fā)展，行業(yè)對氣體中痕量雜質的分析方法和檢測儀器的性能也提出更高要求[1]。客戶對氣體純度的要求越來越高，對氣體的組成需求越來越復雜，傳統(tǒng)的氣體檢測方法已經難以為痕量雜質(10-9級)、復雜組分的檢測提供有利條件[2]。

近年來，氣質聯(lián)用技術快速發(fā)展，已被廣泛應用于化工、醫(yī)藥、材料科學等領域。其優(yōu)點包括靈敏度高、樣品消耗量少、分析速度快、分離和鑒定可同時進行。以空氣中的六氟化硫雜質為例，若采用熱導檢測器分析樣品，濃度最低可檢測到10×10-6，若采用氦離子化檢測器分析，濃度最低可檢測到10×10-9，由于其采用的是PQ色譜柱，因此六氟化硫的檢測限隨二氧化碳、氧化亞氮以及出峰時間相近的雜質濃度增加而降低，滿足不了痕量分析技術的要求。但采用氣質聯(lián)用分析技術，就可避免其它雜質的干擾，適合常規(guī)氣體中痕量雜質的分析[3]。

2 原 理

氣質聯(lián)用技術是氣相色譜儀和質譜儀通過恰當接口相連，憑借計算機輔助共同完成樣品聯(lián)用分析的技術。它既具有氣相色譜法的高分離效率、簡便的定量分析特點，又具備質譜法的高靈敏度、強的定性能力。色譜儀視為質譜儀的理想進樣器，可為后者提供高純物質。質譜儀充當色譜儀的檢測器，高靈敏度的檢測能力幾乎可檢測所有化合物。

氣體樣品被色譜柱分離后，其內各種雜質以一定順序進入質譜儀的離子源并被轟擊成離子，離子經過質量分析器、檢測器后以質譜信號形式輸入計算機。樣品經色譜柱不斷流入離子源，離子從離子源不斷進入分析器而獲得質譜。計算機將每個質譜的所有離子強度相加得到總離子強度，總離子強度隨時間變化的曲線就是總離子色譜圖，該圖可看作是質譜作為檢測器的色譜圖。

質譜儀掃描形式包括全掃描模式(SCAN)和選擇離子監(jiān)測(SIM)模式，全掃描模式可對指定質量范圍內的離子全部掃描并獲得質譜圖，它可以提供未知物的分子量和結構信息。選擇離子監(jiān)測模式只對特定離子檢測，而對其它離子不做記錄，主要用于定量分析，不能對未知物定性，但其可以避免主體和其它組分的干擾，因此其檢測靈敏度更高。氣體中痕量六氟化硫雜質的分析則采用氣質聯(lián)用技術的SIM模式。

3 氮氣中痕量六氟化硫雜質分析

由于單位現有氦離子化分析儀靈敏度不夠，因此采用氣質聯(lián)用儀對氣體中痕量六氟化硫進行分析。分別從儀器的線性范圍、最小的檢測濃度、數據的重復性三個方面考察儀器的性能，考察儀器分析六氟化硫的可行性。

3.1 實驗儀器及條件

實驗儀器是日本島津GC-MS QP2010氣質聯(lián)用儀。載氣是經過純化后的超純氦氣，其載氣流速為6 L/min。進樣方式為氣體六通閥進樣，進樣量的分流比為15。儀器的色譜柱采用RTX-1，色譜柱溫度為100℃，儀器的掃描模式選擇離子監(jiān)測模式，離子源、接口溫度均為200℃，六氟化硫的特征質量數選擇89、127，檢測器電壓設置為1.00 kV。分析氣體是采用重量法配制不同濃度的氮氣中六氟化硫標準氣體，其鋼瓶號和對應的濃度如表1所示。

表1 氮中六氟化硫標準氣

3.2 分析數據的重復性

按上述的設置條件，對每一瓶氣體連續(xù)進樣5次，考察數據的重復性，其質譜圖如圖1所示。

圖1 不同濃度六氟化硫的質譜圖

表2為不同濃度氦中六氟化硫標準氣的峰面積值，從表2可以看出每個濃度連續(xù)5次進樣的峰面積數值波動不大，4組面積相對標準偏差均小于1%，表明數據重復性非常好，連續(xù)進樣兩次即可滿足測試要求。

表2 氮中六氟化硫標準氣的重復性

3.3 線性范圍測試

考察質譜檢測器的線性范圍，因此配制不同濃度的氮中六氟化硫標準氣體，對其濃度和響應值的線性進行了考察,如圖2所示。

圖2的線性公式的3個點濃度分別是52.1×10-9、501×10-9、5.00×10-6，由圖2可以看出其線性相關系數R2為1，表明線性很好。表3給出實際值和理論值的對比，可以看出理論值和真實值的相對誤差在接受范圍之內，可以用任意濃度作為標準去定值1000倍以內的雜質濃度。

圖2 線性公式

表3 理論值和真實值

3.4 儀器檢測限

將濃度為52.1×10-9的標準氣通過氣質聯(lián)用儀分析，其譜圖如圖3所示，儀器的噪音取其3倍噪音峰高，根據標準氣的濃度和峰高計算出理論的檢測限1.15×10-9，說明采用氣質聯(lián)用儀滿足高純氣體中六氟化硫含量的測定要求。

圖3 標準氣譜圖和儀器噪音

4 結 論

1.氣質聯(lián)用分析儀樣品時其數據重復性好,數據線性范圍寬，符合線性要求。

2.氣質聯(lián)用技術可特定分析某一種雜質，祛除主體和氣體雜質的干擾。

3.氣質聯(lián)用儀滿足高純氣體中雜質痕量分析技術的要求，檢測限低，理想狀態(tài)下可達到1×10-9。