電子工業(yè)氣體氧化亞氮中C2烴雜質(zhì)分離技術(shù)研究

孫曉麗，羅 旭，宋祥坤，常 琳，趙家有，金 煒

(中昊光明化工研究設(shè)計院有限公司，遼寧 大連 116031)

1 前 言

氧化亞氮是一種無機氣體，有輕微麻醉作用，并能致人發(fā)笑，因此又稱笑氣。廣泛應(yīng)用于麻醉劑，助燃劑，火箭氧化劑等領(lǐng)域。隨著科技水平的提高，電子工業(yè)得到高速發(fā)展，其對應(yīng)配套設(shè)備、原材料等相關(guān)技術(shù)指標(biāo)也在逐年提高，氧化亞氮的應(yīng)用范圍也漸漸擴大到了電子工業(yè)領(lǐng)域。但因?qū)ζ錁O高的純度要求，因此各項雜質(zhì)指標(biāo)也需要進行嚴格控制[1]，其雜質(zhì)的分析檢測難度也大大提高，本文主要針對烴雜質(zhì)中C2烴的分析方法進行了實驗探究。

2 儀器設(shè)備

2.1 標(biāo)準氣體

標(biāo)準氣體1以氮氣為平衡氣，是由中昊光明化工研究設(shè)計院有限公司配制的甲烷、乙烷、乙烯、乙炔含量分別為1.00、1.20、1.10、1.09 μL/L的4組分混合氣。

標(biāo)準氣體2以氮氣為平衡氣，是由中昊光明化工研究設(shè)計院有限公司配制的甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、異丁烷、正丁烷、乙炔、異戊烷、正戊烷含量分別為0.992、1.25、1.09、1.02、1.02、1.05 、1.04、1.01、1.01、0.994 μL/L的混合氣體。

標(biāo)準氣體3以氧化亞氮為平衡氣，是由中昊光明化工研究設(shè)計院有限公司配制的乙烷、乙烯、乙炔含量分別為1.17、1.15、1.10 μL/L的3組分混合氣。

2.2 實驗儀器與設(shè)備

儀器1為GAS-D030型氣相色譜儀，配有氫火焰離子檢測器，GDX-104色譜柱，色譜柱前切割功能,中昊光明化工研究設(shè)計院有限公司。

儀器2為GAS-D030型氣相色譜儀，配有氫火焰離子檢測器，三氧化二鋁色譜柱,中昊光明化工研究設(shè)計院有限公司。

2.3 儀器條件

2.3.1儀器1具體條件

載氣：99.999%氮氣，表壓：0.04 MPa；氫氣：99.999%氫氣，表壓0.06 MPa；空氣：潔凈空氣，表壓0.11 MPa；柱箱溫度：50℃，檢測器溫度130℃，切割時間：1 s，復(fù)位時間：80s；色譜柱：2 m×4 mm，80～100目，GDX-104不銹鋼色譜柱；定量管：1 mL。

2.3.2儀器2具體條件

載氣：99.999%氮氣，表壓：0.1 MPa；氫氣：99.999%氫氣，表壓0.1 MPa；空氣：潔凈空氣，表壓0.1 MPa；柱箱溫度：80℃，檢測器溫度130℃；色譜柱：2 m×4 mm，80～100目，三氧化二鋁不銹鋼色譜柱；定量管：1 mL。

3 實驗部分

目前對于氣體中烴雜質(zhì)的分析使用最多的是三氧化二鋁色譜柱和GDX-104色譜柱，因此本次試驗主要使用這兩種色譜柱進行研究。

3.1 三氧化二鋁色譜柱分離C2烴類雜質(zhì)研究

由于電子工業(yè)氣體氧化亞氮對烴雜質(zhì)的檢測限要求極為嚴格，所以優(yōu)先選用分析較快、靈敏度較高的三氧化二鋁色譜柱進行實驗。

圖1為儀器2使用三氧化二鋁色譜柱在80℃柱溫條件下，電子氧化亞氮氣體的進樣譜圖。氧化亞氮主體進入檢測器，在0.5～1.5 min產(chǎn)生信號峰。

圖1 氧化亞氮在三氧化二鋁色譜柱譜圖

圖2為儀器2使用三氧化二鋁色譜柱在80℃柱溫條件下，標(biāo)準氣體2進樣譜圖。其中甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、異丁烷、正丁烷、乙炔對應(yīng)的保留時間依次為0.390、0.588、0.787、1.192、2.349、2.785、3.220、4.609 min。

圖2 標(biāo)準氣體2在三氧化二鋁柱譜圖

由圖1和圖2可以看出，使用三氧化二鋁色譜柱在80℃柱溫條件下，氧化亞氮主體信號峰時間與C2烴中乙烷、乙烯兩組分的保留時間重疊，干擾檢測，后通過改變柱溫，調(diào)整載氣流速等均無法改變現(xiàn)狀。

3.2 GDX-104色譜柱分離C2烴類雜質(zhì)研究

由于氧化亞氮主體信號峰時間與C2烴中乙烷、乙烯兩組分的保留時間重疊，無法通過切割排空的方式排除氧化亞氮主體，所以更換GDX-104色譜柱進行實驗。

圖3為儀器1使用GDX-104色譜柱在50℃柱溫、無切割條件下，電子氧化亞氮氣體進樣譜圖。氧化亞氮主體進入檢測器，在1～1.5 min產(chǎn)生信號峰。

圖3 氧化亞氮在GDX-104柱譜圖

圖4為儀器1使用GDX-104色譜柱在50℃柱溫、無切割條件下，標(biāo)準氣體1進樣譜圖。其中甲烷、乙烯+乙炔、乙烷對應(yīng)的保留時間依次為0.740、1.703、2.263 min。

由圖3和圖4可以看出，使用GDX-104色譜柱在50℃柱溫、無切割條件下，氧化亞氮主體信號峰時間與C2烴中乙烯、乙炔兩組分的保留時間基本錯開，可以與乙烷完全分離。

為了避免檢測限降低，不宜通過降低柱溫、載氣流速等方法提高分離度，所以使用切割排空的方法排除氧化亞氮主體，避免低含量乙烯和乙炔出現(xiàn)在氧化亞氮信號峰尾影響實驗結(jié)果。

圖4 標(biāo)準氣體1在GDX-104柱譜圖

圖5 氧化亞氮在GDX-104柱切割譜圖

圖6 標(biāo)準氣體3在GDX-104柱切割譜圖

由圖5和圖6可以看出，使用GDX-104色譜柱在50℃柱溫，前切割條件下，氧化亞氮主體在進入色譜柱前被切割排除，不再出現(xiàn)較大的信號峰，較小的切割信號峰不干擾乙烯和乙炔的檢測，標(biāo)準氣體出峰良好。根據(jù)圖5的1.647 min附近的噪音峰高和圖6的1.663 min峰高和2.230 min峰高，計算儀器最低檢出限為0.01 μL/L(以甲烷計)，完全滿足國家標(biāo)準和廠家要求。

4 結(jié) 論

經(jīng)過實驗論證發(fā)現(xiàn)三氧化二鋁色譜柱在分離烴類組分時，在分析時效方面與GDX-104色譜柱相比有一定優(yōu)勢，可是當(dāng)以氧化亞氮主體為分析對象時，由于氧化亞氮信號峰的干擾，使C2烴檢測成為難題。更換GDX-104色譜柱進行分析實驗，通過對最低檢出限和分離效果的研究，結(jié)合氣相色譜儀的前切割技術(shù)，完美的解決了電子氣體氧化亞氮中C2烴類要求的高標(biāo)準檢測難題。