氯气中氢气和氧气含量分析方法的改进

鲍丽娟

（宁夏英力特化工股份有限公司，宁夏 石嘴山753202）

氯碱行业对氯气纯度、水分和含氧的分析采用传统的吸收法，对氯气中氢气含量的分析采用爆炸法或燃烧法。其分析步骤繁琐、周期长、误差大，不能很好地指导工业生产。因此，研究对氯气中氢气和氧气含量高效、安全、快捷的分析测定方法，具有重要意义。

1 氯气中各项指标的分析方法现状

1.1 氯气纯度测定方法

氯气纯度测定方法依据《GB 5138-2006工业用液氯》标准，其原理是利用氯气能被还原性试剂（如硫代硫酸钠、碘化钾）和碱性试剂选择吸收的性质，将气体混合物依次通过各吸收剂，根据吸收前后体积的变化，由减少的体积可以计算出混合物的组成，其化学反应方程式如下。

1.2 氯气中含氧的测定方法

在碱性溶液中，焦性没食子酸钾吸收氧气，吸收后气体体积减少，由减少的体积可以读出氯中含氧量，反应式如下。

测定步骤：用气体取样管取氯气100 mL，灌入双球吸收器用硫代硫酸钠吸收后，将剩余气体灌入装有焦性没食子酸钾的双球吸收器待气体全部被吸收后，读取气体量管的读数，两次吸收体积之差即为氯气含氧量。

1.3 使用爆炸法分析氯气中含氢

先用100 mL气体量管使用吸收法测定湿氯气纯度，再测剩余气体中氢气含量。氢气和氧气在适当比例（爆炸极限内）下，借助于电火花的作用发生爆炸反应生成水，同时气体体积按比例减少，减少的体积等于参加反应气体体积之和，其中2/3是氢气，由此计算样品中的氢气含量。

2 采用气相色谱法分析氯气中氧气、氢气的含量

2.1 气相色谱分析的基本原理

气相色谱的分析原理是利用不同物质在两相间不同的分配系数，当两相作相对运动时，试样的各组分就在两相中经反复多次地分配，使得原来分配系数只有微小差别的各组分产生很大的分离效果，从而达到分离各组分的目的，再进入检测器对各组分进行鉴定[1]。

气相色谱是一种新的分离、分析技术，一般以惰性气体作流动相，以表面积大且具有一定活性的吸附剂作为固定相。利用试样中各组分在色谱柱中的流动相和固定相间的分配系数不同来实现混合物的分离。当气体试样被载气带入色谱柱中时，由于各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都会在流动相和固定相之间形成分配/吸附平衡，由于载气的流动性，使各组分在运动中反复多次（10～100）进行分配／吸附，使得各组分在色谱柱中的运行速度有差异，经过一定的柱长后，在流动相中分配浓度大的组分先流出色谱柱，在固定相中分配浓度大的后流出。组分流出色谱柱后随即进入检测器，检测器将各组分转换成与该组分浓度大小成正比例的电信号，并在记录器上描绘出各组分的色谱峰。

2.2 气相色谱仪的基本构造组成

气相色谱仪由以下5大系统组成，即气路系统、进样系统、分离系统、温控系统和检测记录系统。组分能否分开，关键在于色谱柱，分离后组分能否鉴定出来则在于检测器，所以分离系统和检测系统是仪器的核心。

2.3 气相色谱的特点

色谱柱的分离效率高，在正常情况下，一根正常的1 m色谱柱就可以分离成几千个理论搭板。长色谱柱的理论搭板分离效率更高；分析速度快，随着色谱分析技术的不断改进和完善，色谱分析的速度逐渐加快。通常分析一个试样在10 min之内就能完成，有的甚至几秒钟就能完成；具有较高的灵敏度和出色的检测能力；操作非常简单，只需明确操作规范，严格按照操作流程使用即可；使用范围广，能够运用到石化、医药研究、环境监测、食品检测、水质监测和自然科学等研究领域[2]。

2.4 氯气中各组分使用色谱的分析方法

气相色谱仪在线检测湿氯气中的氢气时，湿氯气与其他杂质气体一起进入气相色谱仪，氯气在经过色谱柱时被反吹掉，其他组分通过阀被切换在不同的柱子上进行分离，以热导检测器（带EPC）检测各组分的含量，然后用各组分含量乘杂质气体总体积的分数，即得到各组分在湿氯气中的含量。

在使用此方法时，由于氯气具有较强的氧化性和腐蚀性，不适合长时间进入色谱TCD检测器，否则会造成TCD热丝的加速消耗，降低TCD的使用寿命。目前，普遍采用十通阀反吹的办法消除氯气进入TCD检测器。另外需注意氯气遇水有强腐蚀性，所以实验中用到的管线为哈氏合金管线，气体的样品阀需要做钝化处理。另外，实验中最好在管线的端口处添加一个孔径2μm的过滤装置，防止气体颗粒进入到分析系统。

氯气是一种有毒气体，它主要通过呼吸道侵入，故在取样及检验操作时一定要做好安全防护。并且氯气分析后的尾气一般采用氢氧化钠溶液吸收或者通过强风排出尾气处理，避免对实验人员造成伤害[3]。

3 气相色谱分析方法的改进

3.1 测定方法的改进

英力特化工选用SP-3420A型气相色谱仪对氯气中各杂质气体进行分析，该型号气相色谱仪主要特点是：采用微机控制，全键盘操作；具有自诊断功能，可连续监测仪器的自身状态，一旦检测到故障立即显示信息，并提示故障区域和排除方法；可进行检测器量程和衰减时间编程；具有阀的自动切换和两个检测信号自动切换功能，实现自动分析。

为了避免氯气大量进入仪器而腐蚀色谱柱及检测器等部位。因此结合化学吸收法，先利用吸收液（碘化钾或硫代硫酸钠）选择性吸收氯气，并测定氯气纯度，再将吸收氯气后的尾气注入色谱仪进行分析其他杂质气体。

3.2 色谱柱材料接口的改进

由于氯气对色谱柱及接口强烈腐蚀，把原来采用的不锈钢色谱柱改为玻璃柱，并对玻璃柱接口进行改进，选用聚四氟乙烯材质制作一套连接装置。

4 结语

采用改进的分析方法后，用气相色谱法分析氯气中杂质气体含量的方法操作简单，分析用时比以前缩短至少一半，速度快、准确度高，分析数据更具代表性。氯气是强腐蚀性气体，具有较强的氧化能力，因为色谱属于精密仪器，价格较高，一旦腐蚀损坏，损失较大，采用改进的色谱分析方法后，可避免氯气对检测器的腐蚀，延长设备使用寿命。