氦离子化气相色谱在高纯H e检测中的应用

段传霞

（中科院合肥美科氦业公司，安徽合肥 230031）

1 引言

气体工业是国民经济的基础行业，随着国民经济的快速发展，气体工业特别是高纯气体以及电子用气体行业也蓬勃发展。高纯气体中微量杂质的分析是生产高纯气体的关键环节，原有的热导等色谱检测器均无法满足高纯气体分析的要求。新版氦气国家标准《G B/T4844—2011纯氦、高纯氦和超纯氦》也规定了氦离子化气相色谱法为发生质量纠纷时的最终仲裁方法。所以氦离子化气相色谱将逐渐成为高纯氦气检测的主力军。那么，作为一个高纯氦生产企业，在实际的高纯氦检测中应使用好氦离子化色谱。

2 氦离子化气相色谱的原理

2.1 色谱原理

氦离子化气相色谱采用的是氦离子化检测器。氦离子化检测器是一种灵敏度极高的通用型检测器，对几乎所有无机和有机化合物均有很高的响应，特别适合高纯气体的分析，是唯一能够检测至n g/g(p p b)级的检测器。氦离子化检测器（P D H I D）是利用氦中稳定的、低功率脉冲放电作电离源，使被测组份电离产生信号。检测器分为放电室和电离室，在放电室内的放电电极上施以适当的脉冲电压，电极之间产生放电，从而获得一束高能紫外光；另外电极放电将高纯氦气中的H e激发至亚稳态H e*。高能紫外光和亚稳态H e*被引入电离室，两者或单独或共同合作，将经色谱柱分离随载气进入检测器的样品气中各个组份电离，产生的离子被电离室电极收集，经过放大即得到相应的谱峰信号，谱峰信号的大小与被测成分的浓度呈现良好的线性关系。

2.2 色谱流程

高纯氦检测中的色谱流程如图1所示。

图1 高纯氦检测中的色谱流程图

高压钢瓶中5 N（99.999%H e）载气经过减压器减压、稳压阀稳压后进入纯化器，纯化器将载气中各组分纯化至6 N（99.9999%H e），纯化后的载气流经定量管，将待测组分首先带入色谱柱1，待测气中的氖、氢、氧+氩、氮这些杂质进行分离，载气带着分离后的待测气进入检测器，检测器将各个组分电离后得到相应的谱峰信号，根据谱峰的大小可以计算出各组分的浓度值；重新在量管中取样，载气将待测组分带入色谱柱2，经过色谱分离和检测器电离，就可得到一氧化碳、二氧化碳和甲烷的浓度值。

3 氦离子化气相色谱仪的维护

（1）仪器的开关机。为了避免仪器的操作损坏，我们特别重视仪器的开机准备和关机工作。首先要保证整机气路通畅，开机时先通气后通电；关机时先断电降温再关闭气源。

（2）该仪器是专用于5 N（99.999%H e）及以上高纯氦检测，如果被测样品纯度过低，则会出现平头峰，说明相应组份已超过线性范围，可降低灵敏度予以消除：一是加大放电电流，二是更换更小体积的定量管，可酌情选择。

（3）载气至少要求 5 N（99.999%H e）以上的高纯氦，载气在通过仪器配备的纯化器净化后，纯度应在6 N以上。载气纯度太差，则可能导致检测器不能正常工作。

（4）更换载气时，要仔细、小心操作，防止空气进入减压阀、气路管道、纯化器以及仪器检测器。仪器载气最好设计为能双路双瓶同时供气，一瓶使用，一瓶备用。当需要更换载气时，使用“在用”载气的气体对另一路管道及减压阀进行反向吹扫，利用需更换载气气瓶的减压阀来调节吹扫流量，并在不断气的情况下更换载气气瓶。这样可以防止空气带入，并且对仪器的正常运行无任何影响。

（5）载气气路一般均设计了纯化器，以便进一步净化载气纯度（99.9999%H e），纯化器为消耗型物品且价格昂贵，必须加热使用（适当降低吸附能力），当吸附容量达到饱和后不可再生。

（6）纯化器的维护是难点之一，一般一旦使用就不可随意拆卸。如万不得已必须拆卸时，在不断载气的情况下（可适当调低流量），应先断电停止加热，待纯化温度降至室温后，先将出口堵住，后再堵住进口（使用专用封头，出厂时均附带）。

纯化器失效后，将会在正常进样时发现在氢的保留时间位置出现一负峰（检测器对氢的响应灵敏度最高），并随之越来越大。而其他组份响应对比过去降低（测量标准气），若切断纯化器电源可发现氢负峰减小，这样一般均可判断纯化器已失效。

为了尽可能的延长纯化器的使用寿命，可在纯化器前加一脱氧管，降低纯化器的净化负荷。气体厂通过如此的改良设计后，取得了较好效果。

（7）气路要绝对密封。载气系统及样品气和检测系统要严格保证气密性，定期进行检查，详细记录每日载气的消耗量。

（8）仪器应安装于牢固稳定的操作台上，最好不要靠墙（以便检修），防震动，防强电磁干扰。仪器所处环境应洁净、干燥，否则影响仪器使用寿命。

（9）电路“虚接”问题。当仪器未发任何改变、气路也正常时，就应考虑是否电路“虚接”造成的原因。此时应先将仪器可靠断电，然后将各电路插口重新“插拔”连接一次（特别是信号传输接口及线路），使各连接线可靠、牢固地固定在机箱内侧，以便排除是否电路“虚接”。

4 结语

（1）氦离子化色谱仪是目前在国内外普遍使用的高纯氦分析仪器。但应该指出，氦离子化气相色谱仪是一种专门用于微量及痕量气体成分分析的仪器，专业技术性强，应用技术难度高，因此，在购买仪器时必须保证配套的完整性。

（2）氦离子化色谱仪具有灵敏度高、使用方便、快捷，一次进样就可检测出氦气中五种以上杂质成分含量，具有产品质量最终检验及在线监测两种应用功能。同时，该仪器未采用放射源作为杂质分子电离的激发能源，从根本上消除了放射源对环境及人身的污染、伤害问题，因此可作为高纯氦生产企业检定产品质量的首选仪器之一。

（3）在使用过程中，应由有经验的专业技术人员进行指导，严格按照仪器说明书的要求调整、使用、维护仪器，只有这样，经过一段时间的实践、摸索并掌握仪器的运行规律后才能发挥其应有的作用。

[1]G B/T4844—2011，纯氦、高纯氦和超纯氦[S].