檢測燃料氫氣的利用雜質時,使燃料氫氣通過氧化還原反應裝置。其餘雜質由載氣載入色譜分離係統進行有效達0.055～5000(μL/L),氧化且無需采用中心切割方法。
氫氣作為一種清潔能源，还原現在已經成為最受矚目的检测新能源，被廣泛應用於新能源汽車和分布式發電產業中。燃料隨著產業升級和環境保護的氢气加強，當今社會對氫氣的中的杂质需求量越來越大，純度要求越來越高；在新能源汽車行業，利用對氫氣純度要求達到99.97%，氧化其中組分氬、还原氮分別小於300（μmol/mol)。检测在集成電路加工生產中對氫氣的燃料純度要求更高，達到99.999%甚至99.9999%。氢气現有的中的杂质氫氣中微量雜質的檢測方法存在氧和氬在色譜柱上分離困難，氮氣峰被氫氣峰掩蓋，利用普通進樣方式無法準確定量的問題。一種分析方法是采用中心切割後得到氧+氬，再用微量氧分析儀測得氧，扣除氧後間接得到氬含量，這種間接的方法在定量上並不精確。另一種分析方法是用吸附劑將氧除去，再用閥切割方法得到氬，但主成分氫氣峰在氣路切割時易幹擾到氬組分，甚至氮組分也會出現在氫氣拖尾峰上，影響氬和氮測量的準確性和重複性。
本文研究設計了氧化反應裝置，不通過中心切割方法實現了對氫氣中氬、氮和甲烷的定量檢測，解決了氫氣峰對雜質峰的幹擾問題，提高了測試的準確度和精度。
儀器：GOW-MAC816型氣相色譜儀，氦離子化放電檢測器（DID）。
色譜柱：預柱：矽膠柱，1/8”×1m；柱1:13X分子篩柱，1/8”×3m；柱2:5A分子篩柱，1/8”×3m。
載氣：氦氣，純度不低於99.9999%。
氫氣為底氣的氣體標準物質，瓶號L55003074；氧氣為底氣的氣體標準物質，瓶號388618。組分與含量見表1。
氫氣中的氬氣的測定主要是用吸附劑吸收樣品中的氧，再用中心切割方法得到樣品中氬的含量。主成分氫氣先於氬出峰，且保留時間較為接近。中心切割處理不當，氫氣峰和氬氣峰易發生黏連甚至氫氣峰完全覆蓋氬氣峰，造成氬氣峰定量困難。
研究設計了氧化反應裝置，內部裝有CuO2和Cu。在加熱的狀態下，氫氣、氧氣發生氧化還原反應，其反應方程式如下：
當氣體經過氧化反應裝置時，氫氣和氧氣完全被反應，原有的主成分氫氣被完全除去，剩餘的組分由氦氣載入氣相色譜儀，通過外標法準確定量其剩餘組分的含量。譜圖隻有氬峰、氮峰及甲烷等雜質峰。
實驗條件是載氣輸出壓力482.65kPa，色譜柱溫50℃（恒溫），反應器填充CuO2、Cu溫度80℃（恒溫），載氣流速30mL/min，定量管1mL，六通閥自動進樣。如圖1所示，在正常試驗條件下，樣品被載氣攜帶從定量管吹出，經過反應器，主成分氫氣與雜質氧發生氧化還原反應生成水，水和其他組分一起隨載氣進入色譜柱，經色譜分離後由檢測器檢測。圖中有兩個六通閥，前一個六通閥起進樣作用，後一個六通閥起反應器主路或者旁路切換作用。
實驗采用的定量方法是外標法，公式如下：
式中，Ai是組分i的峰麵積；Ais是組分i標準品的峰麵積；uis是組分i標準氣的含量。
檢出限按儀器3倍噪音來定，基線噪音N=0.9026mV。以濃度氬為5.1（μL/L），氮為4.1（μL/L）氣體標準物質為樣品檢測得到氬峰高為345.417mV，計算得到氬檢出限為0.039（μL/L）；氮峰高為199.656mV，計算得到氮檢出限為0.055（μL/L）。
氫氣為底的氣體標準物質作為樣品進行色譜分析。實驗表明，在上述分析條件下，未見氫峰，被裝置完全去除，見圖2。氬保留時間tR1=7.16min，氮保留時間tR2=9.68min，則分離度R=2.2，相鄰組分完全分離，且雜質峰峰形對稱。
氧氣為底的氣體標準物質做比對，得到與圖2相似的色譜圖，按照公式（1）得到氬含量為10.0（μL/L），分析結果和標稱結果一致，證明該裝置徹底消除了氫氣和氧氣。
用中心切割方法做比對進行分析，試驗條件是兩根5A分子篩色譜柱。圖3結果顯示，主成分氫與氬保留時間依然接近，切割甲烷窗口期引入的氫氣在保留時間上和氮氣接近，兩者間形成幹擾，因此氫峰和氬峰、氮峰發生黏連，影響氬峰、氮峰麵積的計算，最終影響含量的測定。利用氧化還原方法除去氫氣，主組分對雜質無任何幹擾，因此該方法優於中心切割方法。
按上述方法對氣體標準物質平行測定7次，由表2可知，相對標準偏差小於3%，說明本方法有較好的重複性，且通過表2與表3對比發現本方法重複性優於傳統的中心切割方法。
研究了氫氣中雜質的分析方法，利用氧化還原反應，除去樣品中的氫和氧，保留目標組分氬和氮及其他雜質，再利用氦離子化放電檢測器檢測。該方法分析氣路設計簡單，易於操作。結果表明，該方法能夠有效消除主成分氫氣的影響，色譜圖上氬峰對稱性良好，不受氫拖尾峰的幹擾，相鄰組分完全分離，有利於定量分析。該方法較傳統方法有以下優點：
（1）分析範圍廣：該方法可以分析0.055～5000（μL/L）的雜質含量。傳統方法窗口期不能開的過大，造成氫主峰對雜質峰幹擾，所以在分析高含量的氬氣時中心切割方法會帶來較大分析誤差，氧化還原方法卻能完全適用。
（2）分析方法簡單：該方法隻需要讓樣品通過氧化還原反應管後直接進入色譜柱分析，而中心切割需製定複雜的時間開關序列來實現雜質峰的分離。
（3）方法穩定性好：該方法即使保留時間有偏移，也不需改變分析方法，隻需和標氣比對即可，提高方法穩定性。中心切割保留時間變化後，切割窗口期完全改變，需要重新尋找合適的窗口期，費時費力。
（4）定量準確，重複性好。該方法最大特點就是消除主峰幹擾，不僅滿足燃料氫氣的雜質分析要求，也可以用於超高純氫氣的雜質分析要求。
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