对测定气体中氧含量分析方法的探讨

马新凤,王洪宇,张 凯

(潍坊弘润石化科技有限公司，山东 潍坊)

实验室常用的气体氧含量的分析方法有气相色谱法，便携式微量氧分析仪，氧探头测定法，奥氏气体吸收法。

气相色谱法是测定气体中的氧含量最普遍的分析方法，适用范围广，大于0.01%含量的气体都能用气相色谱法进行检测，但是对于气体中氧含量小于1000ppm且含有微量氩气的样品，用色谱法分析时，氧和氩气在MoleSleve 5A色谱柱中是合峰，会影响氧含量的分析，因此不能采用色谱法进行分析，可以用便携式微量氧分析仪进行检测。

便携式微量氧分析仪，适合测定惰性气体、H2、可燃性碳氢化合物气体中的微量氧含量，测定范围0～10/100/1000ppm，气体中不能含有腐蚀性物质，如硫化氢、氯化氢等；不能含有水、油、杂等。设备操作简单易学，便于维护，适合实验室分析和现场分析，是目前普遍采用的一种分析方法。

氧探头测定法，适用于生产装置在线检测，实验室内或气瓶间内泄露检测。

奥氏气体吸收法，适用于氧含量大于0.1%的气体，且气体中不能含有酸性气体，否则会导致吸收液失效，影响分析数据准确性。操作繁琐，对操作人员的技能水平要求高，目前很多实验室已不再采用此法。

下面就对实验室常用的两种气体中氧含量分析方法及影响因素进行阐述。

1 气相色谱法

1.1 主要仪器及试剂

色谱仪：Themro Fisher Trace1310气相色谱，手动进样。

标准气体：氧气1.04%，二氧化碳0.984%，一氧化碳1%，氮气0.998%，甲烷0.986%，氦气为平衡。

1.2 色谱分析原理

双通道设计，配制两个TCD检测器，两个十通阀，一个六通阀和两个预柱(Porapak N色谱柱)安装在阀箱中，另外两根填充柱分析柱(MoleSieve 5A)安装在GC色谱炉箱中。分析永久性气体：O2,N2,CH4，CO，CO2，H2组成含量。

(1)通道一：载气为N2，用于分析H2组分。

阀3(V3)：十通阀，实现进样和反吹功能。

Porapak N色谱柱，预柱，反吹除H2以外的其它组分，防止进入MoleSieve分析柱。

MoleSieve 5A色谱柱，分析柱，分析H2。

(2)通道二：载气未He，除氢气以外的其它永久性气体组分。

阀1(V1)：十通阀，实现进样和反吹功能。

阀2(V2)：六通隔离阀，隔离功能。

O2,N2,CH4和CO在预柱Porapak N上为合峰，CO2在预柱上与合峰实现分离并经过六通隔离阀(V2)的针阀(NV2)流路直接进入TCD检测器，O2,N2,CH4和CO合峰经过隔离阀(V2)上连接的MoleSieve色谱柱分离后进入TCD检测器。色谱通路流程见图1。

图1 色谱通路流程

1.3 色谱分析条件

色谱分析条件见表1。

表1 色谱分析条件

1.4 分析谱图

通道一和通道二谱图见图2～图3。

图2 通道一谱图

图3 通道二谱图

1.5 定量方法

外标法，用标准气体标定好校正因子，即可进行分析检测。

1.6 样品检测

通过一次进样即可将O2,N2,CH4，CO，CO2，H2一次性的检测出来。进样前检查气体不能含有水、油、杂等。

1.7 注意事项

(1)要定期对色谱柱进行老化处理，消除色谱柱污染而引入的干扰。

(2)设备如果长期处于待机状态，空气渗漏到系统中，需要在不进样的条件下，空白运行3～4次。

(3)如果CH4和CO的分离度变差，需要在200℃条件下老化3～4h。

2 便携式GPR1200氧分析仪测定法

2．1 仪器

(1)氧气的测量范围： 0～10/100/1000ppm。

(2)分辨率：1ppb(在100ppb或1ppm量程)，10ppb(在10ppm量程)。

2．2 测量原理

氧和传感器内的“特殊燃料”在传感器电极上反应产生反应电流。该电流在量程范围内正比于氧含量的大小，并且在传感器寿命期限内非常稳定直到传感器损耗完，该过程中勿需任何维护。首先，该反应电流被巧妙设计的电路放大并做信号处理。第二步消除低频噪声。第三步通过高频过滤器补偿由于环境温度变化引起的信号变化，最后再通过压力补偿消除信号失真。从而保证达到量程的±2%的测量精度。

2．3 检测范围

惰性气体、H2、可燃性碳氢化合物气体中的微量氧含量。所检验的气体中不能含有腐蚀性物质，如硫化氢、氯化氢等；气体不能含有水、油、杂等。

2．4 气样测量步骤

(1)用1/8"不锈钢管(铜管)接通管路，调节仪器流量计上控制阀，使样气流量为2～3SCFH(约1升/分钟)。

(2)将四通阀置于”BPASS”(旁路)位置，吹扫5分钟后，再将四通阀置于“SAMPLE”(样气)位置，此时气体通过氧传感器，仪器自动调节量程，等待读数基本稳定，即为测量值，单位：ppm或%。

(3)如果所测气体含氧量较大(超过1000ppm)，最好测完后用高纯氮气吹扫一下，过程同以上测量。把仪器和连接管放进箱子。

(4)测量结束后，拔下与装置管线连接处，将四通阀置于“BPASS”(旁路)位置，关闭流量调节阀，关闭电源开关。

2．5 注意事项

2．5.1 测量过程中应避免的问题

(1)确信样气入口和仪器出口无堵塞，否则会造成高压或抽真空而毁坏传感器。

(2)避免样气压力和流量过大，尤其当出气口不是直接排空时。

(3)确信没有颗粒、液体、冷凝物进入传感器，以免堵塞传感器。

2．5.2 正压情况下的应用

当样气压力过大时(大于30psig)，在仪器流量控制阀之前最好增加一个压力调节阀用以将压力控制在5～30psig范围。

2．5.3 负压情况下的应用

当测量非正压气体或负压气体时，需要增加一个抽气泵。因为所测的氧含量为ppb、ppm或1%以下，抽气泵应放到分析仪后面。但注意当抽气泵负载大于2升/分时，需要增加旁路系统以保证样气流过仪器的流量为1～2升/分。

注意：当打开气泵时，必须先将系统中传感器气路之前的流量控制阀(包括仪器上的流量控制阀)全部打开，否则会因为抽真空而毁坏传感器。

2．5.4 仪器充电

电池指示报警灯闪烁提示及时充电，时间为8～10h。仪器在操作状态时，不能进行充电。长期不用，需要每半月充电一次。

3 结论

采用气相色谱法和便携式氧分析仪者两种检查设备，能准确快速的得出分析结果，满足了工艺过程中对气体中氧及其它惰性气体组成的监控要求。