[发明专利]色谱系统和消除来自干扰媒介的干扰的方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种色谱系统和流体分析系统中用于测量气体样本内 的杂质的方法。更详而言之，本发明涉及一种改进的色谱系统和用于消除 来自气体样本自身或者来自系统材料的干扰媒介对在气体样本内要量化 的杂质的干扰的改进方法。

背景技术

在鉴别和量化气体样本内的杂质中，流程气相色谱仪是非常有用的并 且是很常用的处理方法。在空气分离工业中，半导体或者所谓的晶片加工 工业，H2和CO生产、CO2车间和其他的很多处理中，流程气相色谱仪 (gas chromatograph，G.C.)是将最终产品合格化或者控制生产过程的常 见且广泛使用的工具。

当前在本领域内所使用的典型的色谱构造依靠简易注射阀、分离柱、 检测器、信号放大和调制，以及最后在合适的工程单元内用于峰值杂质面 积计算和转换的集成软件。

然而，很多气体制造过程使用另一处理车间的副产品作为用于特定气 体生产的“原材料输入”。在这种类型的处理中，在原材料中一般存在着 很多杂质。

在从另一处理车间的副产品生产高纯度H2的一种类型中可以发现该 种处理的一个例子。氢气是来自用于油漆制造的氯酸钠制造中的副产品。 在该氢气副产品中，存在着很多杂质。作为非限制性示例，典型的杂质是 CO2、CO、N2、CL2、H2S、氯仿、三氯乙烷、二氯甲烷、硫醇。在最 终的H2产品中，可能存在着少量的这些杂质。在质量过程控制中，流程 气相色谱仪被用于测量最终H2中的杂质。测量的典型杂质是O2、N2、 Ar、CH4、CO、CO2和总烃。

典型的色谱仪构造一般使用由分子筛和各种多孔聚合体构成的分离 柱。然而，对于这种典型的构造，在样本中存在的其他杂质出现了问题并 且干扰要量化的杂质。

由于采样闸(sample trap)也在一定程度上影响要测量的杂质，因此， 不能够在样本入口线路上安装这种采样闸以消除不想要的干扰杂质。

在上述的这种特殊情况下，O2的峰值(peak)受分离柱中的一些杂质积 累的影响。这些杂质被阻止在分离柱内并且限定了活性部位，这些杂质与 来自样本的O2反应。因此，O2的峰值消失，导致了错误的测量值。

这种问题的另一个示例当试图在C3流中测量H2和O2时被发现，C3 流即丙烯85-95％、丙烷≈5-15％、H2 50-100ppm。在这种特定的处理车间 中，存在着小量TEAL(即，三乙基铝，triethylaluminium)，TEAL是烷基 金属。它与空气剧烈反应，以将其转化为氧化铝。

这里再次，O2峰值受影响。TEAL被流程G.C.分离柱阻止并且与样本 中的O2反应。在几次注射之后，O2峰值慢慢下降为零。再次，在这个特 定情况中，由于采样闸会影响要测量的某些其他杂质，因此不能将在样本 线路上使用采样闸。

这种问题的另一个示例可以在一些CO的制造车间中发现。高压且高 温的CO与来自用于载运CO的钢管的铁反应。该反应产生五羰基铁或者 Fe(CO)5。该Fe(CO)5也影响在流程G.C.中的O2的峰值。Fe(CO)5在分离 柱内积累并且去除样本中的O2。

Fe(CO)5对分析系统的另一个负面影响当试图利用FID(火焰电离检 测器)测量烃时被发现。在H2火焰中燃烧的Fe(CO)5被分离并且生产堵 塞FID的喷嘴的氧化铁。仅仅操作了几天并且这仅仅利用了几个ppm的 样本，FID就不能使用了。CO还与在一些金属垫圈和系统的配件或者过 滤器中存在的镍反应，从而产生四羰基镍，即Ni(CO)4。该羰基金属将会 像Fe(CO)5一样产生相同类型的干扰。

再次，在这种情况下，由于上述相同的原因，采样闸不能在样本线路 上使用。

本领域还已知的是，授权予Ragsdale等人的美国专利No.5,612,489中 公开了一种减少主要由分离柱填充引起的干扰的方法。他们建议使用掺杂 的运载气体(doped carrier gas)。他们给出了氧掺杂氦运载气体作为示例。 因此，在任何时候存在着一定量的氧气流入分离柱和检测器。他们典型地 在运载气体中掺杂少于10ppm的O2。这种方法消除了与要测量的杂质反 应的活性部位。