[发明专利]为分析器供应气体混合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于分析流体的装置和一种特别是给流体分析器输送至少一种气体混合物的方法。

背景技术

可被分析的流体可以是气体或者液体，这些流体可以为了质量控制的目的通过在工业过程中直接取样获得，也可以为了监控或控制的目的通过在给定气氛(例如环境大气)中取样获得。

用于在流体样本中测量小浓度的化学物质的分析器对提供给分析器的纯气体和气体混合物的特性很敏感。纯气体或气体混合物用于将样本适当地传送到检测器，并且在校准过程中设置“零”点，这在流体分析领域十分重要。它们还可以用于操作装置本身。这些纯气体或气体混合物叫做检测气。例如，这些检测气为氦气、氮气、空气或混合物，例如H₂/He，H₂/Ar，CH₄/Ar，CO₂/Ar以及H₂/N₂。

存在于这些检测气中的杂质含量和关于生产检测气的操作明细(或技术规范)是对分析器的灵敏度和分析的再现性产生影响的参数。

包含在检测气中的杂质的水平和特性使得能达到相当于99.999％纯度的品质。最常见的杂质是湿气和烃类。碳的氧化物(CO和CO₂)和氧气也可以成为保证物。

由于越来越严格的法规，分析实验室必须测量越来越低的浓度。因此分析器特性的改进集中在它们的检测限制和精度上。在检测气的情况下，如今所提供的保证物(杂质)不再足以满足纯度和制造精度方面的这些要求，这是因为浓度太高的杂质干扰了分析器的背景噪声，因而降低了其灵敏度。保证杂质的范围可能是不满足的并且成为测量中的干扰源。例如，保证杂质是湿气和氧气，而那些对分析有关键影响的是烃类，(需要)能对分析的干扰进行限制的附加规范。最后，在一种混合物与另一种混合物的组成方面的偏差之间的差异是导致分析结果不精确的一个来源，与理论上期望产生的检测气的不同成分的比例相比，该差异太高。

作为分析器的火焰电离检测器(FID)的特定示例包括被供以氢气/氦气混合物和空气的火焰以及收集极板。待分析的样本经过火焰，该火焰分解出有机分子并产生离子，在偏压电极上这些分子和离子被收回并因此产生了电信号。FID非常灵敏并且提供了宽的动态范围。FID用于检测烃类，例如甲烷、乙烷或甚至乙炔。在预热区中待分析的样本预先与易燃的检测混合物混合。收集在火焰中形成的离子和电子并因此使电流在外围电路中流动。电流与离子的数量成正比，而离子的数量取决于待分析的流体中烃类的浓度。电流由适合的静电计测量并显示在模拟输出装置上。因此，FID提供了对烃类浓度的快速、精确(低于ppb)和连续的读取。

FID被供以两种气体混合物，即以适当限定的各自比例(例如40％和60％)混合的氢气/氦气(H₂/He)，和以适当限定的各自比例(例如20％和80％)混合的氧气/氮气(O₂/N₂)。在相对于理论上期望产生的一种混合物与另一种混合物的不同成分比例的偏差方面的变化构成了关于使用FID执行的分析所得到的结果的不确定性的一个来源。为了改进由FID执行的分析的可靠性，被称为火焰气体的H₂/He混合物和O₂/N₂混合物因此必须具有从一种混合物到另一种混合物的稳定的生产精度等级，从而能够限制此参数对测量的影响。此外，检测气中存在的杂质的含量也是要考虑的因素，当不得不通过FID分析小的量(小于或等于百万分之一)时尤应如此。

因此，为了保证分析的可靠性，必须改进这些技术参量。

例如在FID的情况下，目前以气瓶的形式输送火焰气体，其中在H₂/He混合物情况下关于氢气含量的生产精度等级在绝对的1％和2％之间，而在O₂/N₂混合物情况下关于氧气含量的生产精度等级在绝对的0.5％和1％之间。关于不同的气瓶中的这些混合物的组成方面的变化对终端客户来说是一个误差来源。这是因为在H₂/He混合物中关于H₂浓度的绝对2％的变化可能在分析烃类而获得的FID信号中产生高达30％的变化。类似地，在提供给FID的O₂/N₂混合物中氧气含量的2％的变化在FID信号中产生10％的变化。