气相色谱在氯气纯度分析中的应用

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气相色谱在氯气纯度分析中的应用 摘要： 氯气是生产多晶硅的主要原料之一，氯气中杂质含量过高即纯度不合格会影响多晶硅产品的等级。我们采用气相色谱法来测定氯气中的氢气、二氧化碳、氧气、氮气、一氧化碳和甲烷的百分含量（摩尔比）。通过测定这些杂质组分的含量，再用差减法确定氯气的百分含量（摩尔比）。 一、色谱分析概述  1903年，俄国植物学家茨维特在利用吸附原理分离植物叶色素的实验中，创立了色谱法，这是分离科学技术发展中的重要里程碑。色谱法利用物质在两相中分配系数的差异进行分离。当两相做相对移动时，被测物质在两相之间进行反复多次的分配或吸附\解析，使各组分分离，以达到对物质定性和定量的检测。气相色谱是以气体做流动相的一种色谱法，此法在食品、制药、石油及化工方面等各个领域被广泛应用，而且气相色谱与其它分析仪器的联用技术已经发展并得到应用。 二、气相色谱在氯气纯度分析中的应用  1.氯气物理化学性质  在通常情况下：氯气是黄绿色的气体，氯气有毒，并有刺激性气味，密度比空气大，能溶于水易溶于有机溶剂。在压强为101kPa、温度为-34.6℃时易液化。氯气可以与金属、水发生化学反应。在操作氯气分析时，一定要佩戴好相关的防护用品，在仪器上置换时应将尾气用氢氧化钠水溶液吸收或者安装万向抽气罩排入排风管道。 2.分析原理 2.1方法原理    通道一 即氢气通道，使用一个配有压力表的稳压阀、一个辅助稳压阀、两个填充柱、一个八通气体取样阀（用来向排空口反吹）和一个热传导检测器（TCD），氮气做载气。样品通过安装在八通阀上的1.0mL的气体样品进样环引入系统。    通道二，使用一个配有压力表的稳流阀，一个辅助稳流阀，三个填充柱，一个十通气体采样阀管道（用来反吹排空口）、一个用来切换柱子的六通切换阀，一个可变限流器和一个TCD检测器。分析氯化氢和氯气中氮气、氧气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等杂质，氢气做载气,用外标法定量。 2.2 TCD（热导池）检测器工作原理   热导检测器是基于被分离组分与载气的热导率不同进行检测的，当通过热导池的气体组分及浓度发生变化时，引起热敏元件温度及电阻值的变化，通过惠斯通电桥检测，其检测信号大小和组分浓度成正比。 附表1： 一些常见气体或蒸汽的导热系数 3.仪器设备及仪操作条件 3.1仪器设备 3.1.1、GC-7800型气相色谱仪 1台 3.1.2、填充柱 5根  3.1.3计算机（带工作站） 1台  3.1.4载气氢气、氮气（99.999%） 3.2仪器参数 仪器初始设定值：柱箱温度：60℃ 分 析 物：氯气中的氢气 载气：N2  载气管线压力：90psig 柱头压：48psig 检测器温度：200℃ 分析物：氯气中的氧气，氮气和二氧化碳一氧化碳、甲烷 载气：H2  载气管线压力：90psig 柱头压：31 psig 检测器温度：200℃ 4.分析步骤  4.1取样部分  4.1.1取样钢品技术参数： 耐 压：15Mpa  工作温度：-40℃～+50℃ 材 质：316不锈钢 带防爆装置。 规 格：1000ML 4.1.2采样钢瓶使用方法 去现场取样，先将样品阀缓慢打开置换样品管线1分钟，再将取样阀关闭。然后将取样钢瓶用快速接头软管与取样口连接（也可以直接用活扳手将钢瓶进口与现场取样口连接），再将样品阀缓慢开启，将钢瓶进口阀和出口阀依次开启，置换钢瓶5分钟，充分置换后将钢瓶出口阀关闭，开始正式取样。取好样后，先将钢瓶进口阀关闭，再将样品总阀关闭，卸下取样钢瓶。迅速带回分析室进色谱分析。 4.1.3样品的准备  因氯气水解后具有很强的腐蚀性，所以在仪器安装时我们将进样管线改为1/16英寸的哈氏合金管线，同时要求供货厂家将气体样品阀经过钝化防腐处理，这样既延长了仪器的使用寿命也保证了分析过程的顺利进行。我们还在进样管线上加装了一个2um孔径的过滤头，保证气体样品中的微小颗粒不会进入分析系统从而造成对阀体的损坏或堵塞管线。  5.测定过程  5.1、开机：开启所有气源（见附表3）。 5.2、气路检漏，消漏。 5.3、开电脑电源，开色谱主机电源，进入工作站。 5.4、氢气通道-分析氯气中的氢气 分析开始时先将阀3旋转到ON状态（见附录2）。此时进样环路与载气连通。样品被吹扫到柱子4A和4B(色谱柱见附表2）, 然后开始进行分离。保持阀3的开放状态直到氢气完全流出TCD。 氢气是第一个流出柱系统的化合物。当氢气完全流出柱子后，立即将阀3旋转到OFF状态。此时载气反方向吹扫柱子4A和4B，柱子中剩余的化合物被洗脱到排空口，这时辅助稳流阀向TCD供载气。  具有特殊涂层的Hayesep柱（柱子4A）是用来阻挡氯气和所有可能污染分子筛的化合物。因此，当氢气洗脱完后，要立即反吹氢气通道。如果通道长时间保持在ON或者顺流状态，一些化合物（如二氧化碳）将会从HayeSep柱中流出，从而污染分子筛柱。 5.5分析氯气中除氢气以外的其它气体  通道一分析样品时，通道二也在分析样品，通道二初始状态是两个阀都在OFF状态。打开阀1(即旋转到ON状态)，样品被引入系统。此时样品环路和柱1与载气连通。保持阀1的开放状态直到氢气开始从分子筛柱流向TCD。然后将阀2旋转到ON状态。此时氧气、氮气、甲烷和一氧化碳被分子筛吸附。尽管被分子筛捕获的化合物已经通过了通道二，但是二氧化碳和较重的化合物还没有流出通道二。当分子筛柱被饱和后，二氧化碳才开始从柱1中流出。一旦二氧化碳全部流出柱1，就将阀1旋转到OFF状态。此时保留在柱1中的所有化合物被反吹到排空口。然后将阀2旋转到OFF状态，这时分子筛上吸附的化合物被洗脱到TCD。最后，将两个阀关闭，准备进行下一次分析。 5.6仪器信号输出 首先用积分仪监测氢气通道即TCD1（见附录1）。在任何目标待测物流出第二个通道前，完成氢气的分析。然后等氢气流出后，将仪器输出端切换到第二个TCD检测器完成剩余待测物的分析检测。 附表2：  色谱柱参数种类 附表3： 附录1：试样/色谱图描述 附录2: 阀门管路图样