主题:【讨论】第一次听说氧化锆气相色谱仪

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sophaloki
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昨天听一个朋友提到氧化锆气相色谱仪,我真是孤陋寡闻啊,没用过也就算啦,居然连听都没有听过呢!查资料看了看主要是分析气体的。不知道论坛里的朋友们听过吗?用过吗?呵呵!
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雨木霖
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chengjingbao
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原文由 sophaloki(sophaloki) 发表:
昨天听一个朋友提到氧化锆气相色谱仪,我真是孤陋寡闻啊,没用过也就算啦,居然连听都没有听过呢!查资料看了看主要是分析气体的。不知道论坛里的朋友们听过吗?用过吗?呵呵!


主要用于我们气体行业的。效果还行,常规的微量分析,比在线仪器要好些,主要针对小客户,不须在线分析的仪器。色谱检测器有它一号,书上有。

其它部分都是色谱一样,只是检测器采用的是氧化锆检测器。
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我来多个事,分享下书上的东西。
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第九章:氧化锆检测器及检测方法



氧化锆检测器(ZD)是高灵敏度、高选择性的电化学检测器。它实际上是氧化锆固体电介质浓差电池。被测组分在该原电池中发生电化学反应,产生电动势而输出信号。它仅对氧化或还原性物质有响应,故又有氧化还原检测器之称。

1962WeissbartRuka首次提出把固体电解质用于测定气体中的氧,出现了氧化锆固体电解质浓差电池测氧仪,1982年法国T.B.T公司将其用作气相色谱检测器,测定氢、氧、甲烷和一氧化碳。林友顺和叶玉琴据此研制成功ZD-氧化锆检测器气相色谱仪。我国化工行业规定用此检测器测定惰性气体中痕量H2O2CH4CO
chengjingbao
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第一节  结构和工作原理



图为ZD结构示意图。(1)为氧化锆管,它通常是用氧化锆和氧化钇混合(如91)的固体电解质,经细粉制备、高压成型、高温烧结而成。紧贴管的外壁为阴极作参比电极(2),以室内空气作参比气体;管内壁有阳极作测量电极(3)。为了使被测气体与测量电极充分接触,同时减小池体积,在氧化锆管内同轴安置一个氧化铝导管(4),还有加热炉(5)和热电偶(6)。该电池结构可写成:


经色谱柱分离后的载气与被测组分由导管(4)中心通入,至氧化锆管底后反向流出,由于电解质二侧都有氧存在,只是浓度不同。氧浓度大一侧的电极为阴极,氧在电极表面取得电子变成负离子:

图1:O+  4e  ------  2O2-



在一定的温度下,O2-通过空穴导电至氧浓度低一侧的电极———阳极,给出电子:

图2:2O2-  ------  O+  4e



这样,该电池总的反应式为:

图3:O(阴极,PO)  ------ O(阳极,Px,o)PO>Px,o



两电极间产生与氧浓度差对应的电动势",可用能斯特(Nernst)方程式计算:

chengjingbao
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H2、CO和CH4三种还原性气体在阴极上的电化学反应同式(1)),在阳极上的反应可能有两种。一是仍起着氧浓差电池的作用,发生氧化还原反应,以CO为例:图4




二是起着燃料电池的作用,直接参加电化学反应,以CO为例,阳极上反应为:图5




图5与图1组成燃料电池反应为:图6



H2、CO和CH4的电池电动势同样可用能斯特方程式计算。以CO为例:




当氧组分进入ZD时,使电池中低氧端的氧量增加,故E为负值,出反峰;H2、CO和CH4进入ZD,因进一步消耗氧,使电极二侧的氧浓度差更大,E也更大,出正峰。这些电化学反应在ZD上产生的电动势是较大的,如样品气中10uL/L O2可产生约10mV反电动势。所以,ZD的输出直接接至记录器即可。
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第二节 性能及操作条件的选择



一、性能

ZD的性能特征是高灵敏度和高选择性。

ZD对H2、O2的检测限为0.1uL/L,对CH4CO0.5uL/L其灵敏度比TCD10100倍。

ZD仅对氧化或还原性物质有响应,其他物质,如N2Ar He Ne KeXe等惰性气体均无响应,具有极高的选择性。用ZD直接进样即可对高纯气体(纯度99.999%)中的痕量杂质进行测定,大大简化了分析方法。另外,由于ZD具有选择性,所以,它对柱流失、污染等不敏感,表现出基线噪声小、信号稳定等优异性能。




ZD典型色谱图



ZD0.110uL/L范围内,响应值与样品量成良好线性关系。



响应值与样品量的关系图

chengjingbao
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二、检测条件选择

载气纯度、流速和检测器温度对ZD的性能有一定的影响,操作中要适当选择。

ZD的灵敏度随载气中氧含量的减小而明显增大。另外,载气中存在氧化、还原性物质将使灵敏度降低。为此,通常用高效脱氧剂去氧,用AgX 氧化态净化剂除H2CO等组分。但载气纯度又不宜太高。



载气中的氧含量对响应值的影响



若载气中氧含量太低,表现为本底电压太高,各组分响应均明显增大,特别是甲烷响应值太大,干扰其他组分测定。此时,在灵敏度足够的前提下,可调松色谱柱出口处的螺丝有意渗入少量氧,以调本底电压至220250mV左右为宜。

ZD的响应值在载气流速为60 ~ 100ml/min范围内,随流速增加而增大。但载气流速太大,柱效会下降,操作时必须二者兼顾。见图:



流速对响应值的影响





ZD的温度对响应值有一定的影响。600700时,响应值随温度的升高而增大,在700750时,响应值达最大。通常操作在此范围。温度再继续升高,响应值下降,见图。



ZD温度对响应值的影响

独钓寒江雪
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我们有这种色谱,
主要测高纯氮和高纯氩中的氢氧甲烷,一氧化碳灵敏度相对较低
该帖子作者被版主 chengjingbao2积分, 2经验,加分理由:感谢CO灵敏度的告知!
chengjingbao
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原文由 独钓寒江雪(hzhhqt) 发表:
我们有这种色谱,
主要测高纯氮和高纯氩中的氢氧甲烷,一氧化碳灵敏度相对较低


上几款图片如何?前几年就想买了,一直举棋不定。
chengjingbao
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原文由 独钓寒江雪(hzhhqt) 发表:
我们有这种色谱,
主要测高纯氮和高纯氩中的氢氧甲烷,一氧化碳灵敏度相对较低


想法上传几张谱图,或私传给我也行。

顺便告知它的各组分实际检测限。如何?
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