使用 Multi-Gas TD–GC–MS 在线分析系统鉴定氢燃料中的杂质

由于氢气是一种新兴的可持续能源，全球各大机构正日益加大对于氢燃料质量的监管力度。例如，ISO 14687-21 规定应分析氢燃料中硫化合物的总量，且浓度不得超过 4 ppb；而 ISO 210872 则规定了有关氢燃料配送设施质量控制的分析方法。ASTM D78923 方法规定了通过测定某些特定卤代烃和碳氢化合物（包括甲醛），来确定总有机卤化物和非甲烷总烃的浓度。SAE 27194 规定，氢燃料所含卤化物（包括卤代烃）的总浓度应小于 50 ppb，非甲烷总烃的浓度应小于 20 ppb，甲醛的浓度应小于 10 ppb。

氢燃料杂质的分析手段有很多种。与其它技术相比，热脱附–气相色谱分析–质谱分析 (TD–GC–MS) 法可同时识别多个组分，并且具有更低的检出限。因此，该方法效率更高。而且，随着 Markes 的 Multi-Gas TD 的在线和罐系统的推出，使得该方法的分析能力得到进一步增强。目前，Air Server-xr™ 和 CIA Advantage-xr™ 预浓缩仪，已通过氦气、氮气或氢气作为载气和/或样气的相关安全运行认证。促使人们改用氢气做载气的主要原因是氦气是一种不可再生资源，其价格和获得难度日益增加。此外，氦气的提取、储存和运输会导致较高的碳排放。而对于氢气而言，只需对水进行电解便可按需生成。与氦气的获取相比，氢气是显而易见的环保替代品。从长远来看，使用氢气有助于缓解氦气短缺，从当下来看，可以节约用户的运营成本，还可以缩短分析周期，提高样品通量。Multi-Gas TD 系统的研发使得人们能够在同一台经过认证的仪器上使用氢气作为样气，因此该系统是氢燃料分析的理想之选。

总之，根据全球各大标准的推荐要求，Multi-Gas UNITY–Air Server-xr 预浓缩系统辅以可用于去除水分的 Kori-xr，有助于实现对氢燃料中硫化合物、非甲烷总烃、卤代烃以及碳氢化合物等杂质的在线 GC–MS 分析。

该应用案例使用混合气体标样证实了系统出色的稳定性，分析目标化合物的响应和保留时间的相对标准差均超出相关质量标准的要求。在 0.1–4 ppb 的浓度范围内，所有化合物均显示出了出色的线性，可用于化合物的定量检测。LOD 和 LOQ 均在 ppb 级水平以下，大多数 LOQ 值远低于 50 ppt；而且，在使用潮湿样品气时，并未出现响应的下降，这表明 Kori-xr 在水汽管理方面具有很好的效果。我们还展示了如何使用 ULTRA-xr 以自动化的方式将样品再收集到热脱附管中，结果显示再收集时化合物的响应下降与预期下降趋势一致。我们还使用气体标样模拟了真实的氢燃料样品，并对之进行了分析，定量了不同浓度和湿度水平的组分的浓度。