特種氣體( Specialty gases )門類繁多,通常可區(qū)分為電子氣體、標(biāo)準(zhǔn)氣、環(huán)保氣、醫(yī)用氣、焊接氣、殺菌氣等。廣泛用于電子、電力、石油化工、采礦、鋼鐵、有色金屬冶煉、熱力工程、生化、環(huán)境監(jiān)測(cè):、醫(yī)學(xué)研究及診斷、食品保鮮等領(lǐng)域。
特種氣體興起于20 世紀(jì)60 年代中期,為基礎(chǔ)化工材料,主要應(yīng)用于大型石油化工、半導(dǎo)體器件、光導(dǎo)纖維、激光、醫(yī)學(xué)科學(xué)、臨床診斯、醫(yī)藥消毒、水果催熟、食品保鮮等領(lǐng)域。隨著新產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展,其應(yīng)用范圈也越來(lái)越廣泛。目前在特種氣體分析檢測(cè)中的色譜分析法主要有DID(氦離子先按測(cè)器)、常規(guī)氣相色譜。
DID 色譜分析儀,核心部件為放電離子化檢測(cè)器, DID 檢測(cè)器的主體由電離室和放電室組成,之間有狹窄通道,放電區(qū)域內(nèi)電極兩端施以適量高壓后,可以得到一束高能量的紫外光輻射( 400-500nm),紫外光在電離室內(nèi)使氦原子被激化,被激化的氮原子與電子碰撞產(chǎn)生氦離子,即通常所說(shuō)的亞穩(wěn)態(tài),被激化的氦及被離子化的氦在電極前形成放電電流。分析物的檢測(cè)發(fā)生在下室即放電室,亦稱為離子化室。被激化的氦原子具有很高的能量,通過(guò)上下室之間狹小的開(kāi)口進(jìn)入下室,并與來(lái)自色譜柱的載氣及已分離的雜質(zhì)分子發(fā)生非彈性碰撞使各種雜質(zhì)分子電離。此時(shí)在集電極上加以適當(dāng)電應(yīng)收集被電離的雜質(zhì)分子,可以得到濃度成正比的電流信號(hào)。亞穩(wěn)態(tài)的高能氦原子具有較高能量,可使包括Ne 在內(nèi)的很多物質(zhì)分子電離,因而DID 是一種通用型檢測(cè)器,物質(zhì)在DID 的響應(yīng)因子與其電離時(shí)的能最有關(guān)。除對(duì)載氣He 氣外,對(duì)很多氣體都有反應(yīng),靈敏度可達(dá)10-9級(jí),線性范圍寬,檢測(cè)范圍可從10-9~2% ,尤其是各種痕量分析。
AGC lOODID 是現(xiàn)階段應(yīng)用在特種氣體分析中業(yè)績(jī)較多的分析儀器, 1988 年, AGC 公司的DID 檢測(cè)器在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)成功,用高純氦氣( 99 .9999%He )為載氣,在一般條件下,其檢測(cè)限可達(dá)到5~10)× 10-9 (即5 × 10-9 ~10 × 10 -9,其線性為10-6,相比較TCD 線性10-3 、FID 線性10-5 ~ 10-6,還是很有挑戰(zhàn)價(jià)值的。
AGC 的lOODID 色譜采用反吹或中心切割,樣品進(jìn)入預(yù)分離柱中進(jìn)行預(yù)分離后,背景氣的峰可以通過(guò)使用閥的一次次切割從放空到排出,而需要的雜質(zhì)組分峰則仍然可以進(jìn)入第二根色譜柱再次分離,這使得大量的背景氣不能進(jìn)入檢測(cè)器,從而可以解決主組分大峰掩蓋段小的雜質(zhì)峰的問(wèn)題,同時(shí)背景氣對(duì)檢測(cè)器的影響也大大降低,靈敏度相應(yīng)也提高了。
在測(cè)定高純氧氣及高純氫氣等氣體中微量痕量雜質(zhì)時(shí),如果不采用中心切割技術(shù),可配附屬設(shè)備脫氧阱和氫分離器,在樣氣進(jìn)入色譜柱進(jìn)行分離之前,將其中主要成分氧和氧脫掉,不僅使被測(cè)組分分離避免了主組分峰的干擾,同時(shí)也進(jìn)一步提高了儀器檢測(cè)靈敏度。根據(jù)實(shí)際需要,選用不用色譜柱可以測(cè)定多種特氣體中多種雜質(zhì)氣體成分,還可以配接毛細(xì)管術(shù),擴(kuò)大分離效能,檢測(cè)更多種成分。
高麥克公司( GOW-MAG )在上世紀(jì)90年代引入了配有DID 的氣相色譜,并結(jié)合無(wú)閥切換技術(shù)將其檢測(cè)范圍擴(kuò)展至氬氣、氫氣、氮?dú)狻⒀鯕狻⒍趸?等高純氣體中的雜質(zhì)分析, 2008 年推出了200 系列DID 氣相色譜,能夠分析10-9級(jí)普通氣體和腐蝕性氣體氯氣、氯化氫,以及電子氣體NH3、SiH4、GeH4、PH3等。
DID色譜分析檢測(cè)中,載氣純化對(duì)分析結(jié)果是很重要的影響因素,正常純化時(shí)間在24-36h左右,充分純化。否則,很可能出現(xiàn)負(fù)峰。
在檢測(cè)腐蝕性或吸附性強(qiáng)的氣體如氯氣、氯化氫、AsH3等時(shí),氣路管線的鈍化處理是秀有必要的,防止所測(cè)氣體因?yàn)樵诮饘俟艿乐斜晃蕉绊懽罱K測(cè)量結(jié)果。
常規(guī)的色譜分析儀,根據(jù)分析氣體的物理性質(zhì)、含量等級(jí)等配置熱導(dǎo)檢測(cè)器、火焰離子檢測(cè)器,氬電離檢測(cè)器、火焰光度檢測(cè)器、放射性氦離子化檢測(cè)器、光度離子檢測(cè)器、電子捕獲檢測(cè)器等檢測(cè)器,由此也可以看出,檢測(cè)種類、含量等級(jí)的不同會(huì)有不同的配置,在特種氣體中,色譜分析儀的通用性不如DID檢測(cè)器;另外,AID、HID檢測(cè)器的輻射也是需要考慮的問(wèn)題。當(dāng)然,20世紀(jì)初即使用的常規(guī)色譜技術(shù)在一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里得到了很大的改進(jìn)、發(fā)展,選擇適合的色譜技術(shù),檢測(cè)的穩(wěn)定性、使用效果還是有很大保證的。