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用气相色谱法测定纯二氧化碳中的微量水

摘要：本文采用气相色谱法测定纯二氧化碳中微量水，固定相为国产GDX-105担体，

浓缩柱为PEG-400，氢气为载气，以硫酸饱和水分压为定量标准，热导池为检测器，成功地

检测了二氧化碳中ppm级的微量水，其最小检测量达0.1ppm。

我国工业上对高纯度二氧化碳的需求迅速增长，其中二氧化碳激光、二氧化碳保护焊、

制冷技术等工业必须严格控制二氧化碳中的微量水。由于高浓度二氧化碳的干扰，原有的分

析法如露点法等又不能移用，而目前在高浓度二氧化碳中微量水的测试方法报导不多，因此，

研究在高浓度二氧化碳中微量水分析的新方法，以满足高纯度二氧化碳的质量检测。

近年来，由于气相色谱法具有高选择性、高灵敏度、高分离效能和快速、简便等特点，

特别是浓缩色谱法的增大进样量，只要选择用适当的浓缩柱和操作条件，就可以几百倍地降

低最小检测浓度，又减小了吸附的影响。本工作采用了浓缩色谱法，分析高浓度二氧化碳中

微量水，固定相为国产GDX-105担体、浓缩柱为PEG-400，氢气为载气，以硫酸饱和水分

压为定量标准，热导池为检测器，成功地检测了二氧化碳中ppm级的微量水，其最小检测

量达0.1ppm。

一、实验

1、仪器和主要试剂

GC-7800型气相色谱仪；附热导池检测器（北京普瑞分析仪器有限公司）；PR-3000色

谱工作站；硫酸鼓泡发生器；GDX-105担体；60——80目（天津试剂二厂）；PEG-400固定

液（Chrompack进口分装）；ChromosorbW/AW；60——80目（Chrompack进口分装）；氢

气：99.99%

2、色谱条件

色谱柱：￠4mm×1mm×3.6m聚四氟乙烯管，填充GDX-105担体；

温度：柱室110℃，检测器110℃，汽化室200℃

桥流：150mA

浓缩柱：聚四氟乙烯管浓缩柱，体积0.5mL，填充10%PEG-400/chromosorbW；

浓缩柱温度：冷却温度0℃，加热温度98±1℃。

四通阀定体积进样，进样量为5.5mL

3、分析流程及实验方法

浓缩器中采用浓缩柱相连的六通阀，其操作流程如图1所示。

浓缩：四通阀、六通阀转至实验线位置，将待测气体样品通过处于低温的浓缩柱，以使待测

组分保留在柱内。

加热：通过浓缩柱的气体样品达到预定量后，关闭六通阀，并加热，使浓缩柱中保留的待测

样品解脱。

进样：将六通阀、四通阀转至虚线位置，将待测组分送入分析柱。

二、结果与讨论

1、分析条件的选择

（1）分析柱温度：不同柱温与保留时间的考察，结果见图2：

由图2可知，分析柱温度越高，水与二氧化碳分离越不完全，温度在191℃时，两组分不能

分离。因而最佳温度为100℃左右，但考虑到水在100℃时为气—液两相共存，可能有部分

水沉积于分析柱内，所以柱温选择为110℃。

（2）载气流速与分析柱柱效的关系：分别用2、2.5、3和3.6m的分析柱进行了实验，其结

果是：3.6m的分析柱能将水与二氧化碳很好的分离。该柱在不同载气条件下的理论塔板高

度与载气线速关系见图3：

曲线最低点的载气流速为35ml/min，所以载气流速在34—36mL/min时，柱效最高。我们取

流速为36ml/min，此时水与二氧化碳的理论塔板数每米分别为627和692块。

（3）硫酸鼓泡时间的影响：微量水标准气采用硫酸鼓泡器达到饱和时的水浓度。分析时只

要注意通过硫酸鼓泡器的流速恒定在200ml/min以下，均能达到饱和。

在上述操作条件下，采用标准水分的硫酸鼓泡发生器中硫酸学度为82%，温度为27℃，

含水91.75ppm，鼓泡两小时后达到饱和（见表1）

2、定量方法的考察

（1）进样量的影响：为考察在上述条件下浓缩柱的最大负荷量，进行了不同进样量与峰面

积关系的试验，其结果见图4。

由图4可知，当通入相当于含水8.1ppm的二氧化碳（标准水分的硫酸鼓泡发生器中硫酸浓

度86%，温度10℃），在240ml以内的进样量均在线性范围内。

（2）水含量与峰面积的线性关系：对于气体中微量水的分析，可取硫酸饱和水分压作标准。

当硫酸浓度确定后，与其平衡的水蒸气压力符合克拉伯龙—克劳修斯关系式：

根据气体分压定律，即可计算通过硫酸鼓泡器的硫酸饱和气体中的水含量。

实验证明，通过硫酸鼓泡器水的含量与峰面积成线