一次進(jìn)樣分析氬氣中碳、硫化物和質(zhì)量數(shù)豐度值與比值

潘 旭

(中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心，蘭州 730000)

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一次進(jìn)樣分析氬氣中碳、硫化物和質(zhì)量數(shù)豐度值與比值

潘 旭

(中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心，蘭州 730000)

建立了一次進(jìn)樣分析氬氣中的碳、硫化物信號(hào)和質(zhì)量數(shù)豐度值與比值的方法，并可獲知單位氬氣內(nèi)不同質(zhì)量數(shù)的分子、原子分布20，Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%。

氬氣；氣相色譜(GC)；質(zhì)量檢測(cè)器(MSD)；火焰電離檢測(cè)器(FID)；火焰光度檢測(cè)器(FPD)

上世紀(jì)90年代，在分析大氣中CO、CH4、CO2時(shí)，發(fā)現(xiàn)采用多孔高聚物小球柱分離，甲烷轉(zhuǎn)換器(Ni)將碳化物加氫轉(zhuǎn)換為甲烷送至FID檢測(cè)，在CO、CH4前有一個(gè)數(shù)幾十倍于大氣甲烷濃度的未知碳化物峰〔1〕。能在大氣中CO、CH4前出峰僅有氬、氧、氮，故此選擇氬氣作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。為此設(shè)計(jì)組裝了一套由MSD-FID-FPD三檢測(cè)器同時(shí)檢測(cè)的測(cè)量系統(tǒng)(見表1、圖1)。用以觀測(cè)氬氣在上述三檢測(cè)器上的表現(xiàn)，同時(shí)對(duì)氬氣進(jìn)行研究。

表1 檢測(cè)器功能原理表

圖1 一次進(jìn)樣分析鋼瓶氬氣的碳、硫化物和質(zhì)量數(shù)豐度值與比值示意圖

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

TRACE GC ULTRA氣相色譜儀，配有 FPD、FID和MSD檢測(cè)器以及配套使用的色譜、質(zhì)譜工作站(美國(guó)Thermo公司)。

1.2 氣相色譜、質(zhì)譜條件

色譜柱:用5A分子篩柱(Φ3mm×2.4m)；載氣：He、H2；輔助氣：Air、H2；柱溫：恒溫 40℃；進(jìn)樣口溫度: 130℃;甲烷轉(zhuǎn)化器溫度:380℃；FID檢測(cè)器溫度:250℃；FPD檢測(cè)器溫度：300℃;MSD檢測(cè)器溫度:250℃;柱流速:30～40mL/min; 進(jìn)樣量：0.2mL; 進(jìn)樣方式: 六通閥編程自動(dòng)或手動(dòng);MSD傳輸線溫度:250℃; MSD離子源溫度:250℃;MSD離子化方式:EI；離子化能:70eV。

1.3 樣品

鋼瓶氬(99.9%)

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按上述設(shè)備條件,注入0.2mL鋼瓶氬,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

從圖2 MSD離子流圖可看出主要成分為氬氣(Ar)，還有一點(diǎn)氮(N2)；Ni-FID碳化物色譜圖中可看出氬氣峰中含有碳化物；FPD硫化物色譜圖中氬氣峰中含有硫化物信號(hào)。說(shuō)明從分子篩柱餾出的是含有碳、硫化物的氬氣峰而不是純氬分子峰。

2.2 氬氣內(nèi)質(zhì)量數(shù)分布

了解氬氣內(nèi)的質(zhì)量數(shù)分布:設(shè)定掃描范圍2～1000 amu,檢測(cè)結(jié)果扣除本底，見圖3、表2。

表2 質(zhì)量選擇檢測(cè)器(MSD)分析氬氣質(zhì)量數(shù)掃描2～1000amu豐度表

從圖3、表2可看出氬氣的質(zhì)量數(shù)2～1000amu的掃描，在質(zhì)量數(shù)(Mass)二位數(shù)至三位數(shù)均有表達(dá)，而總豐度(Intensity)值達(dá)99.99%的質(zhì)量數(shù)均在50以下。說(shuō)明從分子篩柱餾出的氬氣峰包含有眾多質(zhì)量數(shù)(Mass)在二位數(shù)至三位數(shù)的原子、分子。

2.3 重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)

設(shè)定氬氣質(zhì)量數(shù)掃描范圍2～50amu,做10個(gè)同一氬氣樣品重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果扣除本底，見圖4、表3。

表3 質(zhì)量選擇檢測(cè)器(MSD)分析10個(gè)氬氣樣品質(zhì)量數(shù)掃描2～50amu豐度值重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)表

續(xù)表3

圖4 MSD分析氬氣質(zhì)量數(shù)掃描2～50amu色-質(zhì)譜圖

從圖4、表3看出在氬氣質(zhì)量數(shù)2～50amu的掃描，可看出不同質(zhì)量數(shù)的分子、原子分布，通過(guò)表3中各個(gè)質(zhì)量數(shù)豐度相互比值的重現(xiàn)性計(jì)算、歸納統(tǒng)計(jì),相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD(%)≤ 5%的質(zhì)量數(shù)豐度比值見表4，從表4確定可使用的質(zhì)量數(shù)見表5。

表4 質(zhì)量選擇檢測(cè)器(MSD)分析10個(gè)氬氣樣品質(zhì)量數(shù)掃描2～50amu豐度比值重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)表

表5 可使用的質(zhì)量數(shù)

表4說(shuō)明氬氣可使用的質(zhì)量數(shù)豐度比值：36Ar/20Ar≈0.053、37Ar/20Ar≈0.027、40Ar/20Ar≈19.12、41Ar/20Ar≈10.33、42Ar/20Ar≈0.0053、37Ar/36Ar≈0.51、40Ar/36Ar≈358.94、41Ar/36Ar≈194.14、40Ar/37Ar≈701.28、41Ar/37Ar≈379.068、42Ar/37Ar≈0.19、41Ar/40Ar≈0.54、42Ar/40Ar≈0.00028、42Ar/41Ar≈0.00051。

通過(guò)表5可看出單位氬氣內(nèi)的20Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%。

3 結(jié)論

(1) 該方法通過(guò)Ni+FID、FPD驗(yàn)證氬氣含有碳、硫化物信號(hào)；

(2)質(zhì)譜圖和質(zhì)量數(shù)豐度表可呈現(xiàn)氬氣內(nèi)不同質(zhì)量數(shù)豐度的分子、原子；

(3)單位氬氣內(nèi)含有20Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%；

(4)分子篩柱餾出的氬氣峰是質(zhì)量數(shù)20Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%為主的含有碳、硫元素的氬氣(Ar)而不是僅有分子量：39.95的純氬氣(Ar)；

(5)氬氣可使用的質(zhì)量數(shù)豐度比值：36Ar/20Ar≈0.053、37Ar/20Ar≈0.027、40Ar/20Ar≈19.12、41Ar/20Ar≈10.33、42Ar/20Ar≈0.0053、37Ar/36Ar≈0.51、40Ar/36Ar≈358.94、41Ar/36Ar≈194.14、40Ar/37Ar≈701.28、41Ar/37Ar≈379.068、42Ar/37Ar≈0.19、41Ar/40Ar≈0.54、42Ar/40Ar≈0.00028、42Ar/41Ar≈0.00051。

[1] 潘旭 . 空氣中“近代標(biāo)志”峰對(duì)氣體色譜分析和碳同位素氣體分析的影響[G]∥第11次全國(guó)色譜學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文集，1997.

A sample analysis of the argon gas carbon, sulphur and mass number abundance value with the ratio.

Panxu

(KeyLaboratoryofPetroleumResourcesResearch,InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences;Lanzhou730000,PRChina)

This method can detect the argon gas carbon and sulphur in the value and the ratio of signal and the mass number abundance, you can also learn the unit in the argon gas distribution of different mass number of molecules, atoms,20Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%.

argon; gas chromatography(GC); mass detector(MSD); flame ionization detector(FID); flame photometric detector (FPD)

潘旭，男，大學(xué)學(xué)歷，高級(jí)工程師，E-mail：panxu201410@163.com 。

10.3936/j.issn.1001-232x.2015.03.016

2014-10-11