專利名稱：超高純氣體中微量雜質分析的氣相色譜檢測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣相色譜儀檢測設備，尤其涉及超高純氣體中微量雜質分析的氣相色譜檢測系統。
背景技術：
目前，國內用于高純氣體分析的氣相色譜儀，一般都用采用傳統的TCD和FID或氧化鋯檢測器；它們的檢測器大都技術傳統或落后，并且對氣體中雜質分析選擇性很強，一種氣體往往要多臺色譜分析，而且分析的流程簡易分析組份重復地，系統對氣路要求不高，使得系統的檢測靈敏度大降低；氣相色譜分析在多維色譜分離技術方案中，往往要求多達
5-6支色譜分離柱子；而多維色譜柱子之間的氣路聯接又要專用切換閥來實現；特別是應用于氣體分離色譜儀中，多氣路獨立控溫柱箱的設計解決了不同柱溫的要求。隨著我國工業經濟的迅猛發展，氣體在工業生產中有著“血液”之稱，供需二旺，高純氣體與超高純氣體的生產與供應使得近幾年來新的氣體行業國家標準，特別是2006年、2008年、2009年等以后頒布執彳丁的標準中，如聞(超聞)純S、聞(超聞)純氣、聞純(超聞)危、聞純(超聞)気、聞純(超聞)氧；液氣、液IS、液氧等工業氣體和電子工業用氣，標準中因規定了使用ng/g( ppb )級高靈敏度的PDHID氦離子化檢測器(本文中簡稱I3DD )，這對整個色譜分析系統尤其是確保氣體中微量或痕跡組份有效地進入PDHID檢測器響應，是目前擺在國內研究和開發高純氣體分析色譜面前的一個新課題；為此公司設計一套適合國情、用戶接受、分析所需的專用于超高純氣體色譜分析流程，來完善超高純氣體中微量雜質分析的氣相色譜檢測方法。
發明內容本實用新型針對現有技術中普通的氣相色譜儀檢測器技術傳統或落后，并且對氣體中雜質分析選擇性很強，一種氣體往往要多臺色譜分析，而且分析的流程簡易分析組份重復地，系統對氣路要求不高，使得系統的檢測靈敏度大降低等缺點提供了一種通過二次進樣切換氣路來完成超高純氣體中所有雜質組分分析的超高純氣體分析色譜工藝流程。為了解決上述技術問題，本實用新型通過下述技術方案得以解決超高純氣體中微量雜質分析的氣相色譜檢測系統，包括色譜柱箱以及信號采集處理器，尾氣處理器，色譜柱箱包括載I、載2、載3、載4氣路，切換閥V I以及切換閥V II、切換閥VIII和切換閥V IV，切換閥V I與切換閥V II之間設有第一分子篩色譜柱；切換閥V II與切換閥VIV之間設有第二分子篩色譜柱；切換閥V I與切換閥VIII之間設有針閥，切換閥VIII與切換閥V IV之間設有第二柱子分離器。作為優選，載I氣路與切換閥V I的④號接口連接、載2氣路與切換閥V I的⑦號接口連接；樣品進口與切換閥V I的①號接口連接，樣品出口與切換閥V I的②號接口連接，切換閥V I的⑩號接口與③號接口通過管路連接，該管路上還設有定量管；載I氣路與切換閥V I的④號接口連接，切換閥V I的⑤號接口與⑨號接口連接的管路上設有第一柱子分離器；針閥的上端與切換閥V I的⑧號接口連接，下端與切換閥VIII的①號接口連接；載2氣路與切換閥V I的⑦號接口連接；第一分子篩色譜柱的一端與切換閥V I的⑥號接口連接，另一端與切換閥V II的①號接口連接。作為優選，載3氣路與切換閥V II的③號接口連接；第二分子篩色譜柱的一端與切換閥V II的②號接口連接，另一端與切換閥VIV的③號接口連接；切換閥V II的④號接口與⑤號接口通過管路連接，切換閥V II的六號接口與調節閥A連接。作為優選，載4氣路與切換閥VIII的③號接口連接；切換閥VIII的④號接口與⑤號接口通過管路連接，切換閥VIII的⑥號接口與調節閥B連接；第二柱子分離器的一端與切換閥V III的②號接口連接，另一端與切換閥V IV的①號接口連接。作為優選，切換閥VIV的②號接口與氦離子檢測器連接，切換閥V IV的④號接口與⑤號接口通過管路連接，切換閥V IV的⑥號接口與調節閥C連接。作為優選，切換閥V I為十通吹掃氣動切換閥，切換閥V II、V III、V IV為六通吹掃氣動切換閥，載I、載2、載3、載4氣路上分別設有阻尼管。采用Valco帶吹掃氣動切換閥；確保氣路切換過程中空氣的反滲透；采用Valco六通切換閥，相對四通閥而言，使得閥體中的氣路行程最短；采用316LValco 1/16”0. 13mm作阻尼管線，氣密性好且流量穩定；采用公司研發生產的5A色譜柱子，技術創新與產品質量既保障又可靠；采用雙中心切割系統，目的放空主體成份，盡可能地確保基線平穩；采用十通閥正吹方式，特點是本系統的氣路流量在閥體切換后變化小；采用不銹鋼調節針閥，既可控制放空流量又可抑制空氣的反滲；采用外部獨立柱箱，使得不同的色譜柱子具有獨立控溫功能。本實用新型通過十通切換閥與六通切換閥的正吹與反吹切換，中心切割的切換動作全部由系統反控色譜工作站來完成，各閥對應一個外部事件來控制，其動作的階次也由事件編制程序執行，這樣整體分析過程自動化控制，動作快速一致可靠，系統的數據重復性與準確性由穩定的流量氣路和準確無誤的閥切換來保證。

圖I為本實用新型的氣相色譜檢測系統及方法流程示意圖。圖2為十通閥取樣與反吹C02、C2+、H20等到第一柱子分離器示意圖。圖3為十通閥進樣與預切H2、N2、CH4到第一分子篩色譜柱示意圖。圖4為切換閥V II第一切割中心放空第一分子篩色譜柱主峰與吹掃被檢測峰進入到第二分子篩色譜柱中示意圖。圖5為切換閥V II第一切割中心將被檢測峰放入到第二分子篩色譜柱中去分離示意圖。圖6為切換閥V III第二切割中心放空第一柱子分離器中余主峰及H20、C2+等。圖7為切換閥V III第二切割中心切入C02或C2+到第二柱子分離器中分離。圖8為切換閥V IV中H2、02、N2、CH4、C0切換進入到氦離子檢測器中。圖9為切換閥V IV中C02或C2+切換進入到氦離子檢測器中。其中1一切換閥V I、2—切換閥V II、3—切換閥V III、4一切換閥V IV、8—氦離子檢測器、9 一針閥、11 一阻尼管、21—阻尼管、31—阻尼管、41 一阻尼管、51—第一分子篩色譜柱、52—第二分子篩色譜柱、61—第一柱子分離器、62—第二柱子分離器、71—調節閥A、72—調節閥B、73—調節閥C。
具體實施方式
以下結合附圖I至附圖9與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述實施例I超高純氣體中微量雜質分析的氣相色譜檢測系統，包括色譜柱箱以及信號采集處理器，尾氣處理器，色譜柱箱包括載I、載2、載3、載4氣路，切換閥V I I以及切換閥V II 2、切換閥V III 3和切換閥V IV 4，十通吹掃氣動切換閥V I I與六通吹掃氣動切換閥V II 2之間設有第一分子篩色譜柱51 ;切換閥V II 2與切換閥V IV 4之間設有第二分子篩色譜柱52 ;切換閥V I I與切換閥V III 3之間設有針閥9，切換閥V III 3與切換閥V IV 4之間設有第二柱子分離器62。載氣I、載氣2、載氣3、載氣4全部用微孔管作阻尼后計算管線長度來定流量實踐控制，這種方式氣路流量穩定準確；可通過每5-lOcm長度的調整來計量2-3ml/ min流量的微小變化。詳見附圖I。載I氣路與切換閥V I I的④號接口連接、載2氣路與切換閥V I I的⑦號接口連接；樣品進口與切換閥V I I的①號接口連接，樣品出口與切換閥V I I的②號接口連接，切換閥V I I的⑩號接口與③號接口通過管路連接，該管路上還設有定量管12;載I氣路與切換閥V I I的④號接口連接，切換閥V I I的⑤號接口與⑨號接口連接的管路上設有第一柱子分離器61 ;針閥9的上端與切換閥V I I的⑧號接口連接，下端與切換閥VIII 4的①號接口連接；載2氣路與切換閥V I I的⑦號接口連接；第一分子篩色譜柱51的一端與切換閥V I I的⑥號接口連接，另一端與切換閥V II 2的①號接口連接。載3氣路與切換閥V II 2的③號接口連接；第二分子篩色譜柱52的一端與切換閥V II 2的②號接口連接，另一端與切換閥V IV 4的③號接口連接；切換閥V II 2的④號接口與⑤號接口通過管路連接，切換閥V II 2的六號接口與調節閥A71連接。載4氣路與切換閥V III 3的③號接口連接；切換閥V III 3的④號接口與⑤號接口通過管路連接，切換閥VIII3的⑥號接口與調節閥B72連接；第二柱子分離器62的一端與切換閥VIII 3的②號接口連接，另一端與切換閥VIV 4的①號接口連接。切換閥V IV 4的②號接口與氦離子檢測器8連接，切換閥V IV 4的④號接口與⑤號接口通過管路連接，切換閥V IV 4的⑥號接口與調節閥C73連接。切換閥V I I為十通吹掃氣動切換閥，切換閥V II、V IILV IV 2、3、4為六通吹掃氣動切換閥，載I、載2、載3、載4氣路上分別設有阻尼管11、21、31、41。本實用新型中各氣路排空和控制，采用不銹鋼調節針閥9，特點一，能有效地調節與控制出氣流量大小；特點二，可使氣路形成正向朝外壓力，確保空氣無法反滲。氣路連接件、管線與接頭等全部采用VICI公司的Valco標準件；以確保超高純氣體分析氣路泄漏額定值< l*10_8atm cc/sec。超高純氣體中微量雜質分析的氣相色譜檢測系統，采用樣品氣二次的進樣，主體成份在十通切換閥V I I第一次進樣預切分開H2，02，Ar，N2, CH4，CO的組份與第二次進樣反吹C02，C2+，H20組份；再分離后切換進入氦離子檢測器8分析，具體步驟如下A、切換閥V I I采用正向進樣與反吹的方式來改變氣路流向并鏈接管路，利用第一柱子分離器61對載I氣路主體氣中的組份分開并切換閥后氣路改變流路將其他組份反吹到第一分子篩色譜柱51去分離，由載2氣路反向吹掃出余氣體成份流入到第二柱子分離器62 ；切換閥V I I采用正向進樣與反吹方式的來改變氣路流向并鏈接管路，主體成份由載I氣路正向進樣后在第一柱子分離器61預分離H2，02/Ar, N2, CH4，CO的組份放入到第一分子篩色譜柱51分離；然后，由載2氣路反向吹掃出余氣體成份流入到第二柱子分離器62分離C02組份，如圖2、3所示。B、切換閥V II 2對主體成份作第一中心切割，放空大部分的主峰，并依次將雜質組份放到第二分子篩色譜柱52去分離；并控制好閥的多次切換時間將雜質組份降到基線上出峰，以提高其檢測靈敏度；切換閥V II 2作為第一切割中心，閥前后各串聯一支5A分子篩色譜柱子即第一分子篩色譜柱51與第二分子篩色譜柱52，第一分子篩色譜柱51用來預分離及放空大部分主體峰，余下少量主體峰在包含的雜質峰被相對地幾次放空與放入第二分子篩色譜柱52來分離雜質峰，使分析的雜質峰回到水平基線上，提高雜質峰的檢測靈敏度。如附圖4、5所
/Jn οC、切換閥VIII 3作為第二切割中心，主要也是對反吹過來的組份進行二次切除余其主峰，放空不要的組份，如微量水份或硫化物，主要將C02或C2+在第二柱子分離器62上得到分離；采用了 V III六通閥作為第二切割中心，特點是閥前串聯一只阻尼用的精密不銹鋼調節針閥，等同于色譜柱的阻力，V III閥后串聯一支第二柱子分離器62專用來分離C02，也可用來分離C2+ ;V III閥作用是放空不要的被擴散在第一柱子分離器61內而又反吹出的余主體及其組份如微量水份或硫化物等。詳見附圖6、7閥切換示意圖。D、切換閥V IV 4將第二分子篩色譜柱52與第二柱子分離器62上分離的雜質組份分別切換到氦離子檢測器中去響應出峰。采用了 V IV六通閥來切換第一分子篩色譜柱51柱子分離出的H2，02/Ar，N2，CH4，CO組份與第二柱子分離器62柱子分離出的C02或C2+組份進入氦離子檢測器8響應，從而測出各雜質成份的信號值。詳見附圖8、9閥切換示意圖。所述的十通與六通切換閥均采用VICI公司吹掃型Valco標準氣動閥，其主要特征是在腔體內設計正壓式的吹掃氣保護氣路，確保閥體轉子在切換氣路時機械密封造成的間隙有的空氣無法反滲擴散進入，保護氣的正壓完全割離載氣與空氣可能的接觸性；確保閥體孔與孔的切換只是在載氣之間進行。第一次進樣，包括如下步驟a、切換V I十通閥載I氣路串聯定量管12中的高純氮樣品氣進入到第一柱子分離器61預切柱子中預分離出H2、02/Ar、含N2主體峰、CH4、C0并放到第一分子篩色譜柱51中去；如圖3所示。b、然后V I切換氣路，載I氣路反向進入到第一柱子分離器61倒吹出余下的氮氣及包含中的C02/C2+的余下組份；這時載2氣路進入到第一分子篩色譜柱51中去先分離出氮中的H2、02/Ar，放入到第二分子篩色譜柱52中去繼續分離，等N2剛要出第一分子篩色譜柱51時，則切換V II閥放空N2高峰，等擴散在N2中的CH4要出第一分子篩色譜柱51時，則切換V II閥，放入CH4進入第二分子篩色譜柱52中去分離；C、同樣地繼續切換閥放空余N2，等擴散在N2中的CO要出第一分子篩色譜柱51時則切換V II閥，放入CO進入第二分子篩色譜柱52中去分離；[0044]d、每一次的放空N2時間下好調整到能夠將被分析N2中的CH4、⑶由載3中的氦氣稀釋到基線上出峰；e、第二分子篩色譜柱52柱子分離出的H2、02/Ar、CH4、CO組份被V IV閥切換進入氦離子檢測器8中響應；這過程中第一柱子分離器61倒吹出余下的氮氣及包含中的C02/C2+的余下組份全部由V II閥切換放空掉。第二次進樣由外部事件時鐘控制再次切換十通切換閥V I 1，載I氣路串聯定量管12中的高純氮樣品氣進入到第一柱子分離器61預切柱子中預分離出H2、02/Ar、含N2主體峰、CH4、C0并放到第一第一分子篩色譜柱51分子篩色譜柱51中去，并由切換閥V II 2切換全部放空掉；然后控制切換閥V I I切換氣路，載I氣路反向進入到第一柱子分離器61倒吹出余下的氮氣及包含中的C02/C2+的余下組份，C2+主要為烷烴與烯烴；由切換閥V III 3放空吹出余下的氮氣，等C02分離出第一柱子分離器61時切換切換閥VIII 3放入到第二柱子分離器62柱子中去分離C02或C2+組份，這時切換閥V IV 4提前作好切換C02或C2+進入氦離子檢測器8中響應。 二次進樣反吹后的氣路中針閥9可用來調節切換閥V I I閥中的載I與載2流速平衡一致，并使得切換閥V IV 4切換后進到氦離子檢測器中流量相同，其基流變化不大。以下我們通過對超高純氮氣(99. 9999%)的雜質組份分析來實施本方法，達到對超高純氮氣檢測的目的；其實施過程如下儀器第一次自動采樣切換V I十通閥載I氣路串聯Irnl定量管中的高純氮樣品氣進入到第一柱子分離器61預切柱子中預分離出H2、02/Ar、含N2主體峰、CH4、CO并放到第一支第一分子篩色譜柱51中去；然后V I切換氣路載I氣路反向進入到第一柱子分離器61倒吹出余下的氮氣及包含中的C02/C2+的余下組份；這時載2氣路進入到第一分子篩色譜柱51中去先分離出氮中的H2、02/Ar，放入到第二支第二分子篩色譜柱52中去繼續分離，等N2剛要出第一分子篩色譜柱51則切換V II閥放空N2高峰，等擴散在N2中的CH4要出第一分子篩色譜柱51時則切換V II閥，放入CH4進入第二分子篩色譜柱52中去分離；同樣地繼續切換閥放空余N2，等擴散在N2中的CO要出第一分子篩色譜柱51時則切換V II閥，放入CO進入第二分子篩色譜柱52中去分離；每一次的放空N2時間下好調整到能夠將被分析N2中的CH4、CO由載3中的氦氣稀釋到基線上出峰；第二分子篩色譜柱52柱子分離出的H2、02/Ar、CH4、CO組份被V IV閥切換進入I3DHID氦離子檢測器中響應；這過程中第一柱子分離器61倒吹出余下的氮氣及包含中的C02/C2+的余下組份全部由V II閥切換放空掉。總之，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本實用新型專利的涵蓋范圍。
權利要求1.超高純氣體中微量雜質分析的氣相色譜檢測系統，包括色譜柱箱以及信號采集處理器，尾氣處理器，色譜柱箱包括載I、載2、載3、載4氣路，切換閥V I (I)以及切換閥V II(2)、切換閥VIII(3)和切換閥VIV(4)，其特征在于切換閥V I (I)與切換閥V II (2)之間設有第一分子篩色譜柱(51);切換閥V II (2)與切換閥V IV (4)之間設有第二分子篩色譜柱(5 2 );切換閥V I (I)與切換閥V III (3 )之間設有針閥(9 )，切換閥V III (3 )與切換閥V IV(4)之間設有第二柱子分離器(62)。
2.根據權利要求I所述的超高純氣體中微量雜質分析的氣相色譜檢測系統，其特征在于載I氣路與切換閥V I (I)的④號接口連接、載2氣路與切換閥V I (I)的⑦號接口連接；樣品進口與切換閥V I (I)的①號接口連接，樣品出口與切換閥V I (I)的②號接口連接，切換閥V I (I)的⑩號接口與③號接口通過管路連接，該管路上還設有定量管(12);載I氣路與切換閥V I (I)的④號接口連接，切換閥V I (I)的⑤號接口與⑨號接口連接的管路上設有第一柱子分離器(61);針閥(9)的上端與切換閥V I (I)的⑧號接口連接，下端與切換閥V 111(4)的①號接口連接；載2氣路與切換閥V I (I)的⑦號接口連接；第一分子篩色譜柱(51)的一端與切換閥V I (I)的⑥號接口連接，另一端與切換閥V II (2)的①號接口連接。
3.根據權利要求I所述的超高純氣體中微量雜質分析的氣相色譜檢測系統，其特征在于載3氣路與切換閥V II (2)的③號接口連接；第二分子篩色譜柱(52)的一端與切換閥V II (2)的②號接口連接，另一端與切換閥V IV (4)的③號接口連接；切換閥V II (2)的④號接口與⑤號接口通過管路連接，切換閥VII (2)的六號接口與調節閥A (71)連接。
4.根據權利要求I所述的超高純氣體中微量雜質分析的氣相色譜檢測系統，其特征在于載4氣路與切換閥V III(3)的③號接口連接；切換閥V III(3)的④號接口與⑤號接口通過管路連接，切換閥VIIK3)的⑥號接口與調節閥B (72)連接；第二柱子分離器(62)的一端與切換閥V 111(3)的②號接口連接，另一端與切換閥V IV (4)的①號接口連接。
5.根據權利要求I所述的超高純氣體中微量雜質分析的氣相色譜檢測系統，其特征在于切換閥VIV(4)的②號接口與氦離子檢測器(8)連接，切換閥VIV(4)的④號接口與⑤號接口通過管路連接，切換閥VIV (4)的⑥號接口與調節閥C (73)連接。
6.根據權利要求I所述的超高純氣體中微量雜質分析的氣相色譜檢測系統，其特征在于所述的切換閥V I (I)為十通吹掃氣動切換閥，切換閥V II、VIII、VIV(2、3、4)為六通吹掃氣動切換閥，載I、載2、載3、載4氣路上分別設有阻尼管(11、21、31、41)。
專利摘要本實用新型涉及氣相色譜儀檢測設備，尤其涉及超高純氣體中微量雜質分析的氣相色譜檢測系統，包括色譜柱箱以及信號采集處理器，尾氣處理器，色譜柱箱包括切換閥VⅠ(1)與切換閥VⅡ(2)之間設有第一分子篩色譜柱(51)；切換閥VⅡ(2)與切換閥VⅣ(4)之間設有第二分子篩色譜柱(52)；切換閥VⅢ(3)與切換閥VⅣ(4)之間設有第二柱子分離器(62)。本實用新型通過各閥對應一個外部事件來控制，其動作的階次也由事件編制程序執行，這樣整體分析過程自動化控制，動作快速一致可靠，系統的數據重復性與準確性由穩定的流量氣路和準確無誤的閥切換來保證。
文檔編號G01N30/88GK202548108SQ20122016720
公開日2012年11月21日 申請日期2012年4月19日 優先權日2012年4月19日
發明者李聰 申請人:杭州克柔姆色譜科技有限公司