主题：【第十届原创】图解常见CO2、H2、Ar、N2、CH4、CO气体分析色谱气路阀图

前言：一次进样混合气体中CO2、H2、Ar、N2、CH4、CO组分分析，色谱应用非常广泛，各仪器厂家和相关技术人员设计出了很多专用气路阀图，单阀双柱、双阀双柱、双阀三柱、双阀四柱、三阀四柱等等，为了让初学者更好看懂看明白色谱气路阀图，我们首先从相关色谱柱知识开始讲解。
一、相关色谱柱出峰顺序和性能
1、CO2、H2、Ar、N2、CH4、CO组分在Porapak系列（GDX系列）色谱柱中出峰顺序

性能说明：Porapak（国产GDX）系列色谱柱耐酸、碱、硫、水，是分离腐蚀性混合气体中CO2的最佳选项，H2、Air、CO、CH4组分在Porapak（国产GDX）系列色谱柱出峰顺序、保留时间基本一致，区别是CO2、H2S、H2O...组分保留时间不同，如Porapak T（GDX501）色谱柱CO2出峰时间大于Porapak Q（GDX102/104）色谱柱。
2、H2、Ar、N2、CH4、CO组分在5A/13X分子筛色谱柱中出峰顺序


性能说明：空气分离的最佳选择---5A/13X分子筛色谱柱，5A/13X色谱柱吸附CO2(不出峰)，13X色谱柱和5A区别是各组分出峰更快更紧凑，5A/13X分子筛色谱柱易吸收微量水分，随着时间的推移，分离性能逐渐变差，失效后，可在300-320度柱箱温度下通N2活化4小时 ，恢复如新。
3、H2、Ar、N2、CH4、CO、CO2组分在TDX碳分子筛色谱柱中出峰顺序

性能说明：用一根碳分子筛色谱柱可实现全部组分分析（长4-6米TDX01碳分子筛色谱柱在30-50度柱温条件下能分离低含量Ar和N2），因CH4和CO2组分在碳分子筛柱中保留时间太长，选用碳分子筛色谱柱的比较少，碳分子筛色谱柱耐微量水分，柱寿命远大于5A/13X分子筛色谱柱。
二、载气的选取
  1、氢气：H2、Ar、N2、CH4、CO、CO2组分分析必选载气。
    优点：灵敏度高，分析速度快。
    缺点：安全性差，H2组分需要差减得出，外标法定量，对进样手法要求较严。
  2、氦气：H2、Ar、N2、CH4、CO、CO2组分分析首选载气。
    优点：安全，灵敏度高，所需分析组分全部出峰，归一法定量。
    缺点：价格贵，对色谱柱长度和柱温的选取要求较高（H2峰和CO2峰容易重叠），H2为负峰，需要极性反转调整。
  3、氮气：用于H2单一组分分析，双TCD检测器选项。
三、色谱气路阀图
1、单阀双柱并联气路图


优点：气路简单，不需切阀调整，分析速度快。
缺点：需要定期更换吸收CO2碱石棉管，样气均分进入两根色谱柱，灵敏度会降低一倍左右（常量分析，影响较小）。
2、单阀双柱切换气路图

优点：单阀单载气。分析速度快。
缺点：含水、醇样气，进样时需要过滤。
3、单阀双碳分子筛柱气路图




优点：柱寿命长。
缺点：Ar、N2分离不完全，不适合高含量Ar、N2组分分析，分析时间较长。
4、双阀双柱气路图



优点：分析速度快，阀切时间容易调整。
缺点：含水、醇样气，进样时需要过滤。
5、双阀三柱（带预柱反吹）气路图




优点：安捷伦公司推出的经典色谱气路阀图，含水含硫样气无需过滤，直接进样，阀切时间容易调整，可切除可选取测定样气中硫、水、醇组分，如下图：一次进样合成甲醇出塔气全组分分析。
缺点：分析时间较长，阀2在关闭5A分子筛色谱柱过程中，会有微量空气渗透，出现小氧气峰、小氮气峰干扰，干扰峰的大小和阀2关闭时间成正比。

6、双阀三柱带预柱反吹改进版气路图




优点：在双阀三柱带预柱反吹气路阀图基础上，缩短了分析时间，去除了空气干扰峰。
缺点：对色谱柱长度、柱温选取要求较高，增加了阀切调整难度。
7、双阀四柱气路图


优点：样气中各组分取舍自如，阀切时间容易调整，分析速度快。
缺点：两路载气分成四路，流量分配调整比较难。
8、三阀四柱双TCD气路图
气路分析见双阀三柱带预柱反吹改进版，这里不再叙述，注意：N2载气分析H2，H2为负峰，需要极性反转调整，除H2外，其它组分响应值非常小。

优点：选用H2、N2做载气，所需组分全部出峰，归一法定量，替代氦气，运行成本低。
缺点：仪器造价较高。
阀图中气阻说明：作用是模拟色谱柱阻力，一般选用针阀或外径1/16英寸内径0.13-0.15mm不锈钢管替代。
结语：以上由简到难图解分析了8种常见CO2、H2、Ar、N2、CH4、CO组分分析色谱气路阀图，依照图中载气流向和各组分在色谱柱中位置，初学者很容易快速了解掌握气相色谱阀切换知识。