一种测定氢气中杂质含量的气相色谱仪及检测方法技术

本发明专利技术公开了一种测定氢气中杂质含量的气相色谱仪及检测方法，包括若干气动阀，每一气动阀设置对应的定量环、载气管线和色谱柱，一样品气管线将各气动阀及对应定量环串联，样品气充满各定量环，通过气动阀的切换各气动阀与之对应的定量环、载气管线、色谱柱连通形成独立的分析通路，根据目标组分的性质，各色谱柱分别与热导检测器或火焰离子化检测器连接分析。本发明专利技术的检测方法能够实现一次进样在同一仪器中同时检测样品中的多种杂质，节约了样品用量、检测时间和检测成本，排除了由于环境变化及仪器调试误差所带来的不同组分的分析结果的差异，提高了分析的统一性及准确性。通过优化载气组成和设置标物为对照组进一步提高了检测的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种测定氢气中杂质含量的气相色谱仪及检测方法
本方案是气体分析领域，具体涉及一种测定氢气中杂质含量的气相色谱仪及检测方法。
技术介绍
近年来全球氢能源技术快速发展，氢能源的应用越来越广泛，特别是氢燃料电池汽车是当前氢能源技术发展的重点领域。然而，氢燃料中的杂质会导致氢燃料电池催化剂中毒或稀释氢燃料浓度，使得燃料电池性能发生不可逆的衰减。在GB/T37244《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》对氢燃料中的氦气、氩气、氧气、氮气、总烃、甲烷、一氧化碳、二氧化碳的含量进行了严格的限制。由于杂质种类较多，通常采用搭配不同检测器的多台气相色谱仪进行检测，不仅仪器投入成本较高并且检测所需时间较长，另外由于不同仪器分析需要多个进样，各仪器在调试时难免存在分析误差，导致多个样品的分析结果可能会由于分析设备的不同不能在同一基准线上比较，使得结果产生误差。
技术实现思路
本专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种测定氢气中杂质含量的气相色谱仪及检测方法，简化多种杂质组分的分析装置，满足一次进样同时检测多个样品杂质，提高检测效率及准确性，降低检测成本。本专利技术的
技术实现思路
如下：一种测定氢气中杂质含量的气相色谱仪，包括若干气动阀，每一气动阀设置对应的定量环、带流量控制的载气管线和带温控的色谱柱，色谱柱包括分离各分析组分的填料色谱柱和填料为空的色谱柱；一样品气管线，将各气动阀及对应定量环串联，样品气可通过该管线充满各定量环，通过气动阀的切换各气动阀与之对应的定量环、载气管线、色谱柱连通形成独立的分析通路；至少一热导检测器，分别与分离出需要热导分析组分的色谱柱连接；至少一火焰离子化检测器，分别与分离出需要燃烧分析组分的色谱柱连接；一甲烷化转化炉，连接在分离出的组分需转化为甲烷后进行燃烧分析的色谱柱与火焰离子化检测器之间；所述热导检测器与火焰离子化检测器与信号处理器连接，所述信号处理器连接有显示装置。作为本专利技术所述的气相色谱仪的一个具体实施方案，所述气相色谱仪包括至少三个气动阀，其中两气动阀为六通阀，各自对应一个定量环及其匹配的载气管线和色谱柱形成独立的分析通路，另一气动阀为十通阀，对应两定量环及其匹配的载气管线和色谱柱形成两条独立的分析通路；色谱柱至少包括分离氧氩的第一色谱柱、分离氮氦的第二色谱柱、分析总烃的填料为空的第三色谱柱和分离一氧化碳、二氧化碳和甲烷的第四色谱柱；所述第一色谱柱和第二色谱柱进样端分别与不同的六通阀的对应通路连接，出口端与热导检测器连接；所述第三色谱柱和第四色谱柱的进样端分别与十通阀的两通路连接，出口端汇合后与火焰离子化检测器连接，所述甲烷化转化炉连接在第四色谱柱与火焰离子化检测器之间。作为选择，所述十通阀可由两个六通阀替换，第三色谱柱和第四色谱柱的进样端分别各连接一个替换的六通阀，形成与第一色谱柱和第二色谱柱连接管线同样的分析通路。采用十通阀方案作为优选方案，可以同时控制样品气进入第三色谱柱和第四色谱柱，通过控制各目标组分的保留时间实现火焰离子化检测器的分别燃烧，与采用六通阀方案相比，简化了仪器设置，操作控制更为简单。作为本专利技术所述的气相色谱仪的一个具体实施方案，所述气动阀、定量环、载气管线及色谱柱形成的分析通路的数量可根据分析组分的增长而增加。前述方案能够满足现有的GB/T37244《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》中对于氢燃料的杂质组分含量分析的要求，但随着技术发展与规范，可能有更多的杂质需要分析及限制，采用本装置的思路可以进行分析通路的添加，或对色谱柱进行筛选，满足分析的要求。作为本专利技术所述的气相色谱仪的一个具体实施方案，所述第一色谱柱为氧氩分离色谱柱，包括但不限于ArDArDSieve型色谱柱。作为本专利技术所述的气相色谱仪的一个具体实施方案，所述第二色谱柱为氮氦分离色谱柱，可选择分子筛色谱柱，包括但不限于13x型分子筛。作为本专利技术所述的气相色谱仪的一个具体实施方案，所述第三色谱柱可由模拟色谱柱形态的带一定阻尼的弯曲管线替代。作为本专利技术所述的气相色谱仪的一个具体实施方案，所述第四色谱柱为碳分子筛，包括但不限于SHINCARBONST碳分子筛。。本专利技术还包括利用前述的气相色谱仪测定氢气中杂质含量的检测方法，包括以下步骤：S1、通过调节气动阀的开向，串联连通样品气管线与各气动阀及对应定量环后排空，稳定一定时间使得各定量环充满氢气样品；S2、通过调节气动阀的开向，使得各气动阀与之对应的定量环、载气管线、色谱柱连通形成独立的分析通路；S3、由载气推动对应定量环中的样品气进入色谱柱，分离出各分析通路所对应的目标组分，所述目标组分根据其性质再进入热导检测器、火焰离子化检测器或经甲烷化转化炉后进入火焰离子化检测器；S4、各检测器信号经过信号处理器处理后传输至显示装置，从而读取各杂质组分的峰面积值；S5、将氢气样品替换为含有杂质组分的单组分或多组分气体标准物质，重复步骤(1)-步骤(4)，通过将气体标准物质与氢气样品的分析结果相比较，得到目标杂质组分的检测含量。作为本专利技术所述的气相色谱仪的一个具体实施方案，色谱进样的载气选择高纯氢气，纯度大于99.99％。作为本专利技术所述的气相色谱仪的一个具体实施方案，各色谱柱柱温选择40～60℃，柱流量控制在1～3ml/min。由于采用了上述方案，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术开发出了包括热导检测器、火焰离子化检测器、甲烷化转化炉及具有多条不同色谱柱的分析通路的气相色谱仪，能够满足目前GB/T37244《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》的相关要求；具体包括以下三个方面：1)将氧氩和氦氮分组检测，解决了氧气、氩气、氦气、氮气不易于分离的问题；2)通过无分离作用的空色谱柱实现了FID对总烃的检测；3)通过甲烷转化炉有效地将微量的CO和CO2转化为了CH4，可实现FID对CO、CO2及原本含有的CH4的分别检测，避免了CO和CO2在TCD中响应灵敏度较低的问题；由此实现了本色谱仪器对目前氢气中所需检测组分的分类且准确的测量。(2)采用本气相谱仪进行分析，本专利技术能够实现一次进样检测样品中的多种杂质，极大的节约了样品用量、检测时间和检测成本，所有分析结果基于同一时间段的同一仪器来分析，排除了由于环境变化及仪器调试误差所带来的不同组分的分析结果的差异，提高了分析的统一性及准确性。(3)本专利技术采用氢气作为载气，有效防止氢气样品中的氢气对检测器响应的干扰。(4)本专利技术通过单组份或多组分的气体标准物质作为对照组，测试结果更准确。(5)本专利技术适用范围广，适合氢气中多种无机、有机、永久气体的检测，并且能够适应于后期增加其它组分后的分析。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因为不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。附图1是本专利技术的气相色谱仪装置原理及气动阀状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测定氢气中杂质含量的气相色谱仪，其特征在于：包括若干气动阀，每一气动阀设置对应的定量环、带流量控制的载气管线和带温控的色谱柱，色谱柱包括分离各分析组分的填料色谱柱和填料为空的色谱柱；一样品气管线，将各气动阀及对应定量环串联，样品气可通过该管线充满各定量环，通过气动阀的切换各气动阀与之对应的定量环、载气管线、色谱柱连通形成独立的分析通路；至少一热导检测器，分别与分离出需要热导分析组分的色谱柱连接；至少一火焰离子化检测器，分别与分离出需要燃烧分析组分的色谱柱连接；一甲烷化转化炉，连接在分离出的组分需转化为甲烷后进行燃烧分析的色谱柱与火焰离子化检测器之间；所述热导检测器与火焰离子化检测器与信号处理器连接，所述信号处理器连接有显示装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种测定氢气中杂质含量的气相色谱仪，其特征在于：包括若干气动阀，每一气动阀设置对应的定量环、带流量控制的载气管线和带温控的色谱柱，色谱柱包括分离各分析组分的填料色谱柱和填料为空的色谱柱；一样品气管线，将各气动阀及对应定量环串联，样品气可通过该管线充满各定量环，通过气动阀的切换各气动阀与之对应的定量环、载气管线、色谱柱连通形成独立的分析通路；至少一热导检测器，分别与分离出需要热导分析组分的色谱柱连接；至少一火焰离子化检测器，分别与分离出需要燃烧分析组分的色谱柱连接；一甲烷化转化炉，连接在分离出的组分需转化为甲烷后进行燃烧分析的色谱柱与火焰离子化检测器之间；所述热导检测器与火焰离子化检测器与信号处理器连接，所述信号处理器连接有显示装置。


2.根据权利要求1所述的测定氢气中杂质含量的气相色谱仪，其特征在于：所述气相色谱仪包括至少三个气动阀，其中两气动阀为六通阀，各自对应一个定量环及其匹配的载气管线和色谱柱形成独立的分析通路，另一气动阀为十通阀，对应两定量环及其匹配的载气管线和色谱柱形成两条独立的分析通路；色谱柱至少包括分离氧氩的第一色谱柱、分离氮氦的第二色谱柱和分析总烃含量的填料为空的第三色谱柱、分离一氧化碳、二氧化碳和甲烷的第四色谱柱；所述第一色谱柱和第二色谱柱进样端分别与不同的六通阀的对应通路连接，出口端与热导检测器连接；所述第三色谱柱和第四色谱柱的进样端分别与十通阀的两通路连接，出口端汇合后与火焰离子化检测器连接，所述甲烷化转化炉连接在第四色谱柱与火焰离子化检测器之间。


3.根据权利要求2所述的测定氢气中杂质含量的气相色谱仪，其特征在于：所述十通阀可由两个六通阀替换，第三色谱柱和第四色谱柱的进样端分别各连接一个替换的六通阀。


4.根据权利要求1所述的测定氢气中杂质含量的气相色谱仪，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维康，潘义，邓凡锋，祁绩，方正，
申请(专利权)人：中国测试技术研究院化学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51