放电离子化检测器气相色谱仪的研究与开发项目可行性研究报告

放电离子化检测器气相色谱仪的研究与开发项目可行性研究报告内容摘要：

（ FID 气相色谱法 带有镍催化装置）、水分（电解法或露点法）分别采用了五种检测方法，检测过程极为烦琐。 敏化的氩离子化检测器 (AID)气相色谱仪，可以同时测定高纯氩中的 H 0 N C0、 CO CH46 种成份，完成了对于高纯氩的快速、准确分析，可以达到对高纯氩分析的要求，但这种检测器以氚源为激发能源，作为一种放射源，氚源一方面有半衰期，其能量随时间变化，导致仪器稳定性改变；另一方面氚源所放射的射线污染载气，而载气放空后会危及人身健康，不符合绿色化学的要求；同时氚源易吸附水、灰尘等而受到污染，需经常 清洗，在清洗氚源时的废液也极易造成环境污染。 有时为了除去氚源表面湿气，将氚源升温，造成了氚源的流失，使仪器不能保证长期稳定运行，能够分析高纯氦气的氦离子化检测器（ HID）也存在同样的问题。 故而，现在世界上早已不推荐使用放射源作为激发源的分析仪器。 目前，无污染的氦离子化检测器技术已经成熟，国外已有商品仪器问世，即 DID 气相色谱仪。 DID 是一种通用的浓度型多功能检测器，它利用高能光电离检测样品成分，其最低检测下限可达 PPb级，可检测其中杂质成分包括： H 0 N C0、 CO Ar、 Ne 以及CI～ C4 碳氢 化合物等，是目前国际上应用最为普遍的高纯气体分析检测技术，已渐替代以往的分析检测手段，成为高纯气体分析的主流，已在世界各地气体生产、应用领域得到了广泛的使用。 ●项目主要内容 （ 1）申报项目研究内容 本项目研究开发的放 电离子化检测器（ DID）气相色谱仪 是一种高灵敏度的气体检测仪器， 项目的主要研究内容包括： DID的制造工艺；配有 DID的气相色谱仪及各种高纯气体分析专用色谱柱的生产技术、 DID气相色谱仪结合无阀柱切换检测各种高纯气体中痕量杂质的分析方法 （ 2）关键技术及技术指标描述 关键技术一：放电离子化检测器 DID气相色谱仪的核心部件是其检测器，放电离子化检测器由电离室和放电室组成，间有狭窄通路。 （见图 1） 8 图 1 放电离子化检测器结构图 当放电室内两高压电极被加以适量高压电后，两电极之间会产生放电，从而得到一束高热量的紫外光辐射 (400～ 500μ m)，此高能紫外光被引导射向电离室内。 此时，或者高能光子直接照射样品成分中被测杂质分子，使其电离形成离子；或者高能光子首先将放电气氦离子激发成亚稳态 (He*)，然后具有较高能量的 He*再与样品中杂质分子发生非弹性碰撞并使之电离。 被加以适当电压后，集电极收集被电离的 杂质分子并将信号放大记录得到谱峰。 光子和亚稳态氦均具有较高能量 ( eV)，因此可使包括 Ne在内的一切物质分子电离。 DID因而是一种通用型检测器。 物质在 DID的响应因子与其电离时的能量有关。 DID检测器是一种浓度型通用检测器。 除了载气氦气外，对任何气体均有反应，灵敏度高（氢≤ 15 10氧≤ 6 10氩≤ 10 10氮≤ 10 10甲烷≤ 15 10二氧化碳≤ 10 10一氧化碳≤ 20 109），线性范围宽，检测范围可从十亿分之一（ 109）到 2%。 配有 DID检测器的气相色谱仪，结合柱切换技术，可用 于各种 高纯度气体的痕量杂质分析。 关键技术二：无阀柱切换 柱切换 法又称多维色谱法。 它是利 “ 有阀 ” 或 “ 无阀 ” 切换将主成分（底气）大部分切去后，余下杂质气体再经二次分离后检测。 其中无阀切换操作原理主要基于不同部位间存在的压力差，使气路中的气体流向发生改变。 这些压力差的精确控制则通过电子压力控制器来实现。 应用该技术可实现正吹、反吹、中心切割和其它柱切方法。 无阀切换操作时不需要在气路中使用任何切换阀或其它可移动部件，可有效解决复杂成份中痕量杂质和特定成份的 测定，并有零死体积，保护主柱，延长柱子寿命、缩短分析时间等优点。 ● 项目技术路线描述 9 ●项目技术实现依据 （ 1）设计思想依据 （ 文献、或者专利、或发明等） 10 本项目设计思想的主要依据是目前非放射性 HID 技术的发展；国外 DID 气相色谱仪生产制造的成功经验； DID 气相色谱仪在国内外高纯气体分析领域的广泛应用。 这些技术的逐步发展和成熟为本项目创造了条件。 （ 2）关键技术实现的依据 本项目关键技术的实现依据主要是 非放射性 HID 技术 以及无阀切换技术的快速发展、成熟、和应用范围的不断扩大。 这两种技术 是实现本项目关键技术的主要依据，为本项目关键技术的实现提供了切实保障。 （ 2） 项目技术实现主要面临的风险及应对措施 DID 气相色谱仪的制造包括电子、材料、机械、分析等多方面的技术，例如仪器机壳和气路安装需机械加工；检测器及控温系统需电路支持，需设计合适的电源及电路板；整机调试及在不同高纯气体检测中的具体应用需仪器分析方面的技术支持。 这些都使气相色谱仪的制造不再局限于某一个环节、某一项技术上。 放电离子化检测器是一种高灵敏度的通用型检测器 ,高纯气体的杂质检测又属痕量分析范畴，更要求每一个技术环节都严格控制。 为保证项目 的顺利运行，我公司积极与科研院所合作，已从大连化学物理化学物理研究所聘请相关专业的专家作为项目组高级顾问，保证各技术环节遇到的技术问题得到及时解决。 项目技术成熟性 （ 1） 项目所处阶段 项目目前处于研发阶段，已完成 DID 检测器试验品的制造，正在以高纯氦气为检测对象，调节其性能参数，以便确定检测器的大小、腔体积、电极距离等数据，最终确定DID 检测器的制造工艺。 （ 2）关键技术成熟性分析 放电离子化检测器是在 AID 和 HID 的基础上发展起来的，问世初期因稳定性问题仅处于实验室研究阶段。 80 年代，美国葛麦克仪器公司成 功研制出配有 DID 的气相色仪，并结合阀切换技术将其检测范围括展至 Ar， H2， N2， O2， CO2 等高纯气体中杂质分析 ,现已成为发达国家高纯气体检测的标准配备。 无阀柱切换技术在国内生产的商品仪器上应用较少。 但国外仪器生产厂商已有应用。 如美国 Siemens Applied Automation 公司生产的 Maxum II 型工业色谱就成功应用了无阀切换技术。 该技术使得切换过程不需任何阀器件，死体积为零，消除了常规色谱柱切系统所需的维护，增加了分离能力并使复杂分离任务简单化。 无阀切换技术在 SIEMENS 产 11 品上 已经使用 20 多年。 三、项目产品化 项目产品特性 （ 1） 产品形态 本项目最终形成的产品为配有 DID 检测器的气相色谱仪。 （ 2） 产品用途 DID 气相色谱仪可用于高纯氦气中 H 0 N C0、 CO Ar、 Ne 以及 CI～ C4 碳氢化合物等杂质的分析，与无阀柱切换技术结合后，检测范围因可扩展至 Ar， H2， N2， O2， CO2等其它高纯气体。 （ 3） 产品性能比较优势 我公司研制的 DID气相色谱仪相对国内一些仪器厂家生产的 HID 与 AID 检测器，具有灵敏。