气相色谱分析氮中氢气体标准物质

                                                     气相色谱分析氮中氢气体标准物质
武汉泰特仪器产品涵盖气相色谱仪、气相色谱配套、样品处理设备、柱后衍生系统等，是国内良好的分析仪器系统供应商。本文主要由武汉泰特沃斯科技有限公司色谱技术人员介绍气相色谱热导检测器(TCD)分析常量的氮中氢气体标准物质。其影响因素有进样口温度、柱箱温度、检测器温度、柱流速和尾吹等，对各项优化后测得方法精密度为0.1%，线性误差不大于±1%。该方法快速、准确，可应用于该标准物质的分析定值。
氢组分是在多种工业生产和检验中都要分析到的气体。在多个行业中对氮中氢气体标准物质有大量需求，在气体纯度分析中需要用到10-6级的氮中氢气体，在正常的过程分析中需要用到常量的氮中氢气体，在气体标准物质的配制、分析过程中也需要用到百分比浓度的氮中氢气体。
气相色谱分析方法的原理
对常量氮中氢气体的分析多采用热导检测器(TCD)进行测量。其原理为：将电流加热后的金属丝置于热导系数大的载气(氩、氮)中时，由于样气成分中的相应组分热导系数比载气的小，所以，当这些成分流过检测器时，金属丝的温度上升，通过测定因温度上升而引起的金属丝的电阻变化，就可得到氮气中氢气的气相色谱图，即由导热系数相差较大的气体样品流过检测器时，会造成金属丝温度的变化，从而改变金属丝的电阻，通过采集电信号的变化，得到气相色谱图。
气相色谱实验方法及条件
选取合适的初始实验条件，分别对进样口温度、柱箱温度、检测器温度、阀箱温度、柱流速、尾吹、隔垫吹扫和参比流量进行考察，以期得到较佳的实验条件。
初始条件为：INL(进样口温度)：90℃，COL(柱箱温度)：60℃，DET(检测器温度)：220℃，TV(阀箱温度)：70℃，F(柱流速)：5mL/min，FM(尾吹)：3mL/min，FC(隔垫吹扫)：5mL/min，FS(参比流量)：10mL/min。
进样口温度
考察不同进样口温度对实验结果的影响，主要统计参数为保留时间、峰高和峰面积。进样口温度在90～180℃区间内，各项指标浮动均在1%以内，可以忽略不计。由此可知，进样口温度对保留时间、峰面积和峰高几乎没有影响。本实验选用120℃，并在后续实验中采用该温度值。
柱箱温度
色谱柱是进行色谱分析的关键部件，选择合适的色谱柱，才能对样品中的组分进行有效地分离。在色谱柱选择恰当的前提下，柱箱温度会对分离效果产生较大影响。
柱箱温度在40～120℃区间内，随着柱箱温度的升高，保留时间变短、峰面积有减小趋势、峰高有增大趋势，但相对于峰面积和峰高，保留时间变短的幅度更大。因此，在不影响分离效果的情况下，提高柱箱温度，可大幅度缩短保留时间。本实验选用100℃，并在后续实验中采用该温度值。
检测器温度
检测器是气相色谱仪的核心部件。根据TCD的特性，不同的检测器温度，会对结果造成不同的影响，理论上，随着检测器温度的升高，TCD的灵敏度降低。
随着检测器温度的升高，保留时间在逐渐变短，峰面积和峰高也呈逐渐变小的趋势，但保留时间的改变幅度较小，即改变检测器温度对保留时间影响不大，但对峰面积和峰高有较大影响。
本实验选用140℃，并在后续实验中采用该温度值。
阀箱温度
样品通过进样口进入阀箱内的定量环，然后通过十通阀的切换进入色谱柱分析。一般情况下，阀箱温度略低于进样口温度。
随着阀箱温度的升高，保留时间有小幅缩短，可忽略不计；峰面积和峰高都有所变小，但峰面积变小的幅度较大。可能与不同阀箱温度时定量环内气体密度有关。本实验选用110℃，并在后续实验中采用该温度值。
柱流速
载气在色谱柱中以一定的流速将待分析组分带到检测器分析，加快载气流速有助于更快的将组分带到检测器进行分析。
随着柱流速的改变，保留时间、峰面积和峰高均有大幅度的改变。为了提高分析的效率，需要缩短保留时间，但同时不能对峰面积和峰高产生较大影响。本实验选用5mL/min，并在后续实验中采用该流速。
尾吹
在色谱柱出口辅以固定流速的尾吹，将被测组分以恒定流速带到检测器进行分析。尾吹的作用主要是将组分均匀的带到检测器分析。
保留时间基本上不随尾吹的改变而改变，但是随着尾吹的增大，峰面积和峰高*的变小。本实验选用5mL/min，并在后续实验中采用该流速。
隔垫吹扫
一般来讲，隔垫吹扫主要是为了消除进样时密封垫可能带入的杂质，但是对其流速也有一定限制，不宜过大，否则*对取样准确性产生干扰。
保留时间和峰面积均随着隔垫吹扫流速的增大而增大，而峰高变低。并且改变的幅度均比较大。本实验选用3mL/min，并在后续实验中采用该流速。
参比流量
根据TCD的特性，参比流量是一项对检测器性能有较大影响的参数。
参比流量大于8mL/min以后，保留时间基本保持一致，没有变化；但是峰面积和峰高都很大幅度的增大。本实验选用10mL/min。
实验方法的精密度
采用以上确定的条件，以1%的氮中氢气体进行方法紧密度实验。
在该条件下的分析结果很好，重复性(相对标准偏差)非常小，尤其是定量测量结果峰面积和峰高，都在0.1%左右，能够满足对氮中氢气体的定量分析。
方法线性度的考察
对3瓶不同浓度的氮中氢气体进行分析，以考察该方法的线性度。
在浓度1～5%范围内，线性误差不大于±1%，线性相关系数均不小于0.9999。尤其是当采用峰面积进行定量分析时，线性误差不大于±0.5%。
综上所述，采用气相色谱法(TCD)分析常量氮中氢气体的主要条件为：进样口温度120℃、柱箱温度100℃、检测器温度140℃、阀箱温度110℃、柱流速5ml/min、尾吹5ml/min、隔垫吹扫3ml/min、参比流量10ml/min。在该条件下，氮中氢气体在7890A(TCD)气相色谱仪上呈现出的方法精密度和线性度均良好，完全可以用来做常量氮中氢气体标准物质的定值方法条件。