氣相色譜分析持久性氣體

自從20世紀50年代初第一臺商品化的氣相色譜儀推出以來，氣相色譜已經發展成在現代實驗室中分析揮發性和半揮發性樣品的最重要的技術之一。本篇所描述的氣相色譜的應用主要包括對持久性氣體和甲烷的分析。所用的高效氣相色譜儀由中國團隊自主開發并制造，并配有TCD檢測器和中文操作界面，這使得它在快速增長的中國市場上具有特殊的價值。

Since the inDoduction of the first commercial gas chromatographs in the early 1950s, gas chromatography has advanccd to become onc of most important analytical techniques in the modern laboratory for volatile and semivolatile samples. The application described here covers dTe analysis ofpermallent gases and medTane. The high-performance GC instrument used in this work was manufactured in China and features a TCD detector and a Chinese-language interface, making it especially valuable in the fast-growing Chinese marketplace.

    氣相色譜是一種分離混合物并對其定量的分析方法。自從1952年首次報道以來^[1]氣相色譜在分析高溫下不分解的物質和進行微量分析(微克級)時已經成為一種非常有用的技術。它廣泛用于食品安全、環境保護和石油工業。今后氣相色譜將會繼續在這些領域里扮演重要的角色。

　　對中國科學家來說，在非中文界面上操作氣相色譜儀可能是一種挑戰。這篇論文所討論的氣相色譜儀是專門為中國制造的，并在中國國內得到充分的發展和應用。6820型氣相色譜儀(AgilentTechnologies Shanghai [ATS]， Shanghai，China)(圖1)在中國專門用于烴類處理、食品安全和環境工業，這臺色譜儀具有漢語顯示，并且整合了Cerlty Networked Data System(NDS)軟件的中文版本(Agilent Technologies，PaloAlto，CA，U．S．A．)，全中文鍵盤控制，方便了操作和數據分析，從而提高了實驗室的工作效率。

1 系統介紹

　　6820型氣相色譜儀對于有意進行程序分析的實驗室是一種好的選擇，因為它不要求電動氣路控制(EPC)或6890N型氣相色譜儀(Agilent Technologies)的靈活性。6820型氣相色譜儀與6890和5890型氣相色譜儀基于同一技術平臺，并且提供同樣杰出的色譜性能和穩定可靠經久耐用的特點。

　　6820型氣相色譜儀針對megabore柱和所有毛細管柱可以配備幾個手動或自動的閥和分流／不分流進樣口，并且每個系統最多可安裝兩個進樣口。它能夠高效分離復雜的混合物，具有5個溫度梯度和6個獨立的加熱區的程序化的柱溫箱能夠確保在精確的溫度控制下快速加熱和冷卻。

　　根據所測定的物質和分子，可以選擇合適的檢測器。每臺氣相色譜儀可以安裝兩臺檢測器，所有檢測器都用手動氣路來控制檢測器氣體。火焰離子檢測器(FID)是分析有機化合物的理想檢測器。熱導檢測器(TCD)很適合作為通用檢測器。微電子捕獲檢測器(micro-ECD)能夠選擇性地檢測鹵代有機化合物。適合于分析兩種類型并具有不同閥結構和檢測器的系統如圖2所示。系統2用于分析烴類(分流和不分流進樣口、FID檢測器)，系統1用于分析持久性氣體，下面分別進行討論。

　　安裝的軟件the Cerity NDS for chemical QA／QC適用于不需控制的環境下。系統一旦設定，輸入樣品名稱就會自動選擇方法和設備。這使得樣品分析快速簡單。軟件顯示了一個簡單直觀的界面，簡化了對操作者的培訓，使操作更加簡單。此軟件能夠通過一臺計算機控制兩臺設備，從而增大儀器的工作量，提高工作效率。面對中國市場，這些優點由于軟件的中文界面而得到加強，使其產品明顯優于與它競爭者。內置的診斷和全面的自檢確保了設備能夠在最優的條件下工作并且得到精確的結果。

　　制造者全面的技術支持、全套色譜柱技術和其他附件將使得使用者獲得可靠的實驗結果，并能幫助他們基于可靠的數據快速得出具有說服力的結論。

2 應用

　　持久性氣體，例如：CO，CO₂，0₂，N₂，CH₄，通常存在于精煉油氣體、天然氣、燃料電池氣體和其他工業過程中。在石化工業、化學工業和能源工業中這些氣體濃度得到廣泛的檢測。對這些氣體的監控能夠更好地控制生產過程和產品質量。對持久性氣體的分析有幾種標準方法。美國測試材料學會(ASTM)D2504^[2]適用于測定C2和低碳產品中的ppm級(~10^-6，體積比)的H₂，N₂，O₂，CO。中國國家標準方法GB／T3394^[3]用鎳催化輔助部件和FID檢測器測定了聚合物類乙烯和丙烯中的CO和C0₂。這些應用提供了一個裝配有3根多孔層開管(PLOT)毛細管柱和旋轉閥的系統，此系統非常靈活，可用于分析持久性氣體和沸點低的烴類。

3 結構

　　實驗均在6820型氣相色譜儀上進行，該儀器配有吹掃填充柱進樣口和單絲TCD檢測器。作為系統l的閥的構造如圖2所示。系統2用于分析烴類物質(配有分流／不分流進樣口和FID檢測器)。這些應用基于一個十通閥(閥1)用于氣體采樣和反切預柱到檢測器。兩根HP。PLOT Q色譜柱(Agilent Techn010gies)與十通閥相聯。首先用HP-PLOT Q色譜柱15m×0．53mm×40μm分離氣體樣品中的烴類，然后用HP-PLOT Q色譜柱30 m x 0．53mm x 40 μm作為預柱反切到檢測器。六通閥(閥2)配有一個限流器用于調節HP-PLOT Molesieve 5A色譜柱(A8ilentTechnologies)的載流進出，這根色譜柱用于分離O₂，N₂，CO， CH₄。氣相色譜參數如表1所列。
 

4 標準混合氣體的分析

　　包括CO₂，CH₄，N₂和O₂的標準混合氣體由Scott Specialty Gases Inc． (Plumsteadville，PA，U．S．A．)提供。標準品中約含每種氣體100ppm，動態稀釋至10ppm。The Cerrity NDS for chemlcal QA／QC軟件用于控制6820型氣相色譜儀并提供數據采集和數據報告。Cerity系統數據采集速率為5Hz／0．04min。

　　圖3為100ppm的持久性氣體混合物的分離色譜圖。在中國，TCD檢測器通常采用氫氣作為載氣。PLOT Q柱和Molesieve 5A柱對混合氣體的分離效果都非常好，單絲TCD檢測器對這些組分的檢測也非常靈敏。實驗結果表明CO₂，N₂，CH₄在檢測器上的響應都很好。但O₂的峰被He峰的尾部所覆蓋，這是因為在標準品中(在很高的濃度下)，He是平衡氣體。
 

5 燃料電池氣體的分析

　　對燃料電池氣體的分析同樣是在6820型氣相色譜儀上進行的，所有持久性氣體和甲烷均得到基線分離。H₂得到一個倒峰，這是因為為了使所有氣體都得到好的檢測靈敏度而選擇He作為載氣造成的。在運行桌面上調節TCD檢測器的極性，H₂的信號就會從倒峰翻轉為一個正峰，如圖4所示的色譜圖。當需要分析很寬范圍濃度的H2時，用氬氣作為載氣是一種很好的選擇。
 

6 結論

　　6820型氣相色譜儀配有Agilent高品質的硬件，配有TCD檢測器和兩個閥，對持久性氣體和甲烷的分析得到令人滿意的效果。HP-PLOT Q色譜柱與Molesieve 5A柱相聯合成功地分離了CO₂，0₂，N₂，CO和CH₄。單絲TCD檢測器顯示出了非常高的靈敏度，可以檢測到10ppm的持久性氣體(數據未給出)。此系統也非常靈活。如果只檢測持久性氣體和甲烷，就不需使用十通閥與PLOT Q柱，而分析低碳的烴類時(C₁~C₈)，系統2(圖2)就要使用氧化鋁PLOT與FID檢測器。

　　除了高品質的硬件外，我們還安裝了以樣品為中心而不是以儀器為中心的軟件系統，這個系統適用于石油化學工業和能源工業(包括天然氣、精煉廠氣體、燃料電池氣體、丙稀、乙烯)上的多種應用，也可以用于食品安全和制藥工業。中文操作界面使得6820型氣相色譜儀對于國內使用者來說具有獨特的價值。

參考文獻:

1. James AT, Martin AJP. Biochem J 1952; 50:679-90
   
2. ASTM D2504-88. Standard Test Method for Noncondensable Gases in Cz and Lighter Hydrocarbon Products by Gas Chromatography.Gonshohocken, PA: ASTM. Annual book of ASTM standards, vol 5.01, 1988.
   
3. China National Standards GB/T3394-94.Chemical Industrial Standard Collection:Organic Chemicals no. 16, Beijing, China, l996.