CN103487543A - 氪氙原料气中氪气和氙气含量的分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氪氙原料气中氪气和氙气含量的分析方法，解决了现有氪氙原料气中氪气和氙气含量分析不准确的问题。本发明以型热导分析仪作为母体，采用毛细管色谱柱进行测定，以氦气作为载气，使用微型热导分析仪测定氪氙原料气中氪气和氙气的峰面积，然后计算氪气和氙气体积含量。本发明能够准确测定氪氙原料气中氪气和氙气这些主要组分的含量，能够满足氪气、氙气生产前期对原料气质量进行选择的要求，检测快速准确，偏差率远小于3%，检测时间可缩短至50秒以内。

Description

氪氙原料气中氪气和氙气含量的分析方法
技术领域
本实用新型涉及一种氪氙原料气的分析方法，具体的说是一种氪氙原料气中氪气和氙气含量的分析方法。
背景技术
氪气和氙气因为在大气中的含量极少，非常宝贵，故称之为“稀有气体”、“黄金气体”，价格极高；提取困难，只有在大型、特大型空分设备上才能提取。广泛的运用在电光源、焊接和科研医疗方面。
氪氙原料气主要是在空分生产过程中主冷换热器部位的液氧，该处液氧中富集大量的氪气和氙气，但是也含有大量的甲烷等杂质组分。目前对于氪氙原料气的监控，主要使用氢火焰气相色谱分析仪对其中的甲烷进行测定，通过生产经验公式计算出原料气中氪气和氙气的含量（即甲烷含量与氪气和氙气的比例来判断原料气质量是否合格）。该方法过于粗略，无法准确的对原料气中氪气和氙气的准确含量进行定量。
对原料气中氪气和氙气进行准确定量存在几个问题：1.根据生产经验原料气中氪气大约含有1200×10-6（体积分数），氙气大约含有100×10-6（体积分数），存在组分含量差别较大的问题。2.运用气相色谱法测定，甲烷和氪气的保留时间相近。存在定量过程中的分离问题。3.氪氙原料气的主要成分是氧气，氧气对于测定氪气含量时存在色谱峰掩盖的问题。4.氙气的分子质量较大，存在保留时间较长的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种能够准确、快速测定氪氙原料气中氪气和氙气的含量的氪氙原料气中氪气和氙气含量的分析方法。
技术方案包括：
1）制备含氙气体积含量为100×10-6（体积分数）,氪气气体积含量为1000×10-6（体积分数），甲烷气体积含量为1000×10-6（体积分数）的8L标准气一瓶,其余为氦气（标准气）；其中，标准气的体积分数含量偏差±5%。
2）以微型热导分析仪作为母体，采用毛细管色谱柱进行测定；
3）以氦气作为载气，使用微型热导分析仪分别测定步骤1）的标准气中氪气和氙气的K氪气和K氙气
Figure BDA0000383515490000022
4）对氪氙原料气进行测定，
a、以氦气作为载气，使用微型热导分析仪测定氪氙原料气中氪气和氙气的峰面积s氪气；s氙气。
b、计算氪气和氙气体积含量，其计算公式：
V氪气=s氪气×K氪气；
V氙气=s氙气×K氙气；
所述毛细管色谱柱的安装涂层为Propark Q柱，柱直径为0.32毫米，长度为10米。
控制气压力为0.3兆帕，所述载气压力0.15兆帕，控制所述氪氙原料气流速为30毫升/分钟。
选择灵敏度较高的微型热导分析仪作为母体，选择柱直径为0.32毫米，长度为10米的毛细管色谱柱进行测定是因为：1.由于微型热导的热导池体积小，约为普通热导分析仪池体的1/10（80微升）所以灵敏度很高可以准确的测定各组分的含量；2.选择毛细管色谱柱作为仪器的分离柱是因为毛细管色谱柱较填充柱有分离效率高、保留时间短的特点，可以在保证分离各组分的同时缩短分析时间；3.由于需要测定氪气和氙气的含量，所以选择10米长的毛细柱作为分离柱，让大含量的氧气色谱峰仅仅掩盖甲烷，让氪气还是能够达到完全分离的效果，满足分析要求。
本发明能够准确测定氪氙原料气中氪气和氙气这些主要组分的含量，能够满足氪气、氙气生产前期对原料气质量进行选择的要求，检测快速准确，偏差率远小于3%，检测时间可缩短至50秒以内。
附图说明
图1运用氦气作为载气，使用常规热导分析仪测定标准气谱图；
图2放大运用氦气作为载气，使用常规热导分析仪测定标准气谱图中氙气色谱峰部分；
图3运用氦气作为载气，使用常规热导分析仪测定氪氙原料气谱图。
图4运用氦气作为载气，使用微型热导分析仪测定标准气谱图。
图5运用氦气作为载气，使用微型热导分析仪测定氪氙原料气谱图。
其中，图1-图5中，横坐标为时间（分钟）；纵坐标为电信号（毫伏），注：氧气色谱峰将甲烷色谱峰掩盖，氪气色谱峰能够完整的和氧气色谱峰分离开。
图6运用氦气作为载气，使用微型热导分析仪测定氪氙原料气30次柱状图。
具体实施方式
实施例：
下面对本发明做进一步的描述：所述氪氙原料气采自氧气公司稀有生产线。
1）制备含氙气体积含量为101×10-6（体积分数）,氪气气体积含量为1006×10-6（体积分数），甲烷气体积含量为1005×10-6（体积分数）的8L标准气一瓶,其余为氦气(标准气)。
2）运用氦气作为载气，使用微型热导分析仪（瓦里安公司（Varian）生产，型号为CP4900）分别测定标准气和氪氙原料气，图4和图5的仪器试验条件：
仪器采用N5级（99.999%）高纯氦气做载气。
色谱柱：Propark Q柱 柱长：10米 柱径：0.32毫米柱温：80℃
控制气压力：0.3兆帕  载气压力：150千帕（该设备为恒压
型流速控制）样品气流速：30毫升/分钟
取样时间：100毫秒（该设备为微型泵抽吸进样）
3）以氦气作为载气，使用微型热导分析仪分别测定步骤1）的
标准气中氪气和氙气的K氪气和K氙气,其中，
4）对氪氙原料气进行测定，
a、以氦气作为载气，使用微型热导分析仪测定氪氙原料气中氪气和氙气的峰面积s氪气；s氙气。
b、计算氪气和氙气体积含量，其计算公式：
Figure BDA0000383515490000051
Figure BDA0000383515490000052
V氪气=s氪气×K氪气=864138×1.55×10-3=1339；
V氙气=s氙气×K氙气=41632×1.99×10-3=83；
3）运用图4的仪器工作条件对标准气进行测定10次，测定的氪气和氙气的峰面积见表1
序号 氪气峰面积 氙气峰面积
1 864138 41632
2 865759 41453
3 864179 41567
4 863178 41654
5 864543 41546
6 866543 41493
7 862356 41549
8 865493 41736
9 865244 41458
10 866973 41421
根据标准偏差
Figure BDA0000383515490000061
相对标准偏差：
Figure BDA0000383515490000062
计算该仪器对于氪气和氙气测量的标准偏差为：
Q（氪气）=1446.62；
Figure BDA0000383515490000063
CV=0.17%
Q（氙气）=100.11；
Figure BDA0000383515490000064
CV=0.24%
该仪器对于各物质的相对标准偏差均小于3%，能够满足对这两种物质的测定。
4）运用本发明方法对氪氙稀有气体生产部门（氧气公司稀有生产线）的氪氙原料气进行检测，每周2次，连续15周（合计30次）对分析结果见表2、柱状图见图6（为了让图标更明了，将氙气含量×10来制图）。
由表格中数据和柱状线图（图6）形可以看出V甲烷：V氪气：V氙气与以往生产部门的经验公式10：10：1的比例关系。运用以往测定氪氙原料气中甲烷含量来推算其中的氪气和氙气的含量是不科学的，所以建立一种准确测定氪氙原料气中氪气和氙气含量的分析方法，能够帮助氪氙稀有气体生产部门准确的选择含有氪气和氙气这些有效成分较高的原料气作为生产原料，能够降低能源消耗和提高产品质量和产量。
比较例：
运用通用型的热导分析仪对上述实施例所述的标准气和氪氙原料气进行分析，见谱图1、谱图2和谱图3，仪器采用N5级（99.999%）高纯氦气做载气。
色谱柱：Propark Q柱 柱长：3米 柱径：3毫米 柱温：80℃
检测器温度：200℃ 控制气压力：0.3兆帕
载气压力：0.15兆帕
样品气流速：30毫升/分钟  进样体积：1毫升
氪气被大含量的氧气掩盖，无法对氪气进行定量；氙气保留时间很长，导致在分析过程时间太长，影响检测效率；氪气和氙气的灵敏度很低，影响测量。

Claims (3)

1.一种氪氙原料气中氪气和氙气含量的分析方法，其特征在于，按照下述分析方法进行：
1）制备含氙气体积含量为100×10-6,氪气气体积含量为1000×10-6，甲烷气体积含量为1000×10-6的8L标准气一瓶,其余为氦气；
2）以微型热导分析仪作为母体，采用毛细管色谱柱进行测定；
3）以氦气作为载气，使用微型热导分析仪分别测定步骤1）的标准气中氪气和氙气的K氪气和K氙气,其中，
Figure FDA0000383515480000011
Figure FDA0000383515480000012
4）对氪氙原料气进行测定，
a、以氦气作为载气，使用微型热导分析仪测定氪氙原料气中氪气和氙气的峰面积s氪气；s氙气。
b、计算氪气和氙气体积含量，其计算公式：
V氪气=s氪气×K氪气；
V氙气=s氙气×K氙气；
2.如权利要求1所述的氪氙原料气中氪气和氙气含量的分析方法，其特征在于，所述毛细管色谱柱的安装涂层为Propark Q柱，柱直径为0.32毫米，长度为10米。
3.如权利要求1或2所述的氪氙原料气中氪气和氙气含量的分析方法，其特征在于，控制气压力为0.3兆帕，所述载气压力0.15兆帕，控制所述氪氙原料气流速为30毫升/分钟。
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