气质联用仪在六氟化硫杂质痕量分析中的应用

于 洋，任 越

(中昊光明化工研究设计院有限公司，辽宁 大连 116031)

1 前 言

伴随气体生产行业和应用技术的持续发展，行业对气体中痕量杂质的分析方法和检测仪器的性能也提出更高要求[1]。客户对气体纯度的要求越来越高，对气体的组成需求越来越复杂，传统的气体检测方法已经难以为痕量杂质(10-9级)、复杂组分的检测提供有利条件[2]。

近年来，气质联用技术快速发展，已被广泛应用于化工、医药、材料科学等领域。其优点包括灵敏度高、样品消耗量少、分析速度快、分离和鉴定可同时进行。以空气中的六氟化硫杂质为例，若采用热导检测器分析样品，浓度最低可检测到10×10-6，若采用氦离子化检测器分析，浓度最低可检测到10×10-9，由于其采用的是PQ色谱柱，因此六氟化硫的检测限随二氧化碳、氧化亚氮以及出峰时间相近的杂质浓度增加而降低，满足不了痕量分析技术的要求。但采用气质联用分析技术，就可避免其它杂质的干扰，适合常规气体中痕量杂质的分析[3]。

2 原 理

气质联用技术是气相色谱仪和质谱仪通过恰当接口相连，凭借计算机辅助共同完成样品联用分析的技术。它既具有气相色谱法的高分离效率、简便的定量分析特点，又具备质谱法的高灵敏度、强的定性能力。色谱仪视为质谱仪的理想进样器，可为后者提供高纯物质。质谱仪充当色谱仪的检测器，高灵敏度的检测能力几乎可检测所有化合物。

气体样品被色谱柱分离后，其内各种杂质以一定顺序进入质谱仪的离子源并被轰击成离子，离子经过质量分析器、检测器后以质谱信号形式输入计算机。样品经色谱柱不断流入离子源，离子从离子源不断进入分析器而获得质谱。计算机将每个质谱的所有离子强度相加得到总离子强度，总离子强度随时间变化的曲线就是总离子色谱图，该图可看作是质谱作为检测器的色谱图。

质谱仪扫描形式包括全扫描模式(SCAN)和选择离子监测(SIM)模式，全扫描模式可对指定质量范围内的离子全部扫描并获得质谱图，它可以提供未知物的分子量和结构信息。选择离子监测模式只对特定离子检测，而对其它离子不做记录，主要用于定量分析，不能对未知物定性，但其可以避免主体和其它组分的干扰，因此其检测灵敏度更高。气体中痕量六氟化硫杂质的分析则采用气质联用技术的SIM模式。

3 氮气中痕量六氟化硫杂质分析

由于单位现有氦离子化分析仪灵敏度不够，因此采用气质联用仪对气体中痕量六氟化硫进行分析。分别从仪器的线性范围、最小的检测浓度、数据的重复性三个方面考察仪器的性能，考察仪器分析六氟化硫的可行性。

3.1 实验仪器及条件

实验仪器是日本岛津GC-MS QP2010气质联用仪。载气是经过纯化后的超纯氦气，其载气流速为6 L/min。进样方式为气体六通阀进样，进样量的分流比为15。仪器的色谱柱采用RTX-1，色谱柱温度为100℃，仪器的扫描模式选择离子监测模式，离子源、接口温度均为200℃，六氟化硫的特征质量数选择89、127，检测器电压设置为1.00 kV。分析气体是采用重量法配制不同浓度的氮气中六氟化硫标准气体，其钢瓶号和对应的浓度如表1所示。

表1 氮中六氟化硫标准气

3.2 分析数据的重复性

按上述的设置条件，对每一瓶气体连续进样5次，考察数据的重复性，其质谱图如图1所示。

图1 不同浓度六氟化硫的质谱图

表2为不同浓度氦中六氟化硫标准气的峰面积值，从表2可以看出每个浓度连续5次进样的峰面积数值波动不大，4组面积相对标准偏差均小于1%，表明数据重复性非常好，连续进样两次即可满足测试要求。

表2 氮中六氟化硫标准气的重复性

3.3 线性范围测试

考察质谱检测器的线性范围，因此配制不同浓度的氮中六氟化硫标准气体，对其浓度和响应值的线性进行了考察,如图2所示。

图2的线性公式的3个点浓度分别是52.1×10-9、501×10-9、5.00×10-6，由图2可以看出其线性相关系数R2为1，表明线性很好。表3给出实际值和理论值的对比，可以看出理论值和真实值的相对误差在接受范围之内，可以用任意浓度作为标准去定值1000倍以内的杂质浓度。

图2 线性公式

表3 理论值和真实值

3.4 仪器检测限

将浓度为52.1×10-9的标准气通过气质联用仪分析，其谱图如图3所示，仪器的噪音取其3倍噪音峰高，根据标准气的浓度和峰高计算出理论的检测限1.15×10-9，说明采用气质联用仪满足高纯气体中六氟化硫含量的测定要求。

图3 标准气谱图和仪器噪音

4 结 论

1.气质联用分析仪样品时其数据重复性好,数据线性范围宽，符合线性要求。

2.气质联用技术可特定分析某一种杂质，祛除主体和气体杂质的干扰。

3.气质联用仪满足高纯气体中杂质痕量分析技术的要求，检测限低，理想状态下可达到1×10-9。