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反馈带有脉冲放电氦离子检测器（PDD）的气相色谱仪
在高纯硅烷分析中的应用
上海华爱色谱分析技术有限公司 李朝清
摘要 介绍带有脉冲放电氦离子检测器的气相色谱仪检测高纯气体中的痕量杂质，并通过具体实例对高纯气体中杂质的定量分析时可能遇到的问题进行讨论。
关键词 脉冲放电氦离子;高纯硅烷; 电子气体;痕量杂质;定量分析
1前言
氦离子化检测器至1960年采用以来，作为现行气相色谱法*灵敏检测器之一已被人们普遍承认。PDHID是惟一能检测到ng/ g 级的通用型检测器之一,它对无机和有机化合物均有响应,是非破坏性的浓度型检测器,特别适用于永久性气体的分析。
高(超)纯气体的分析是一个复杂的过程，仅有高灵敏的检测器是不够的，还要考虑样品本身的特性及其背景，如系统吸附，取样及分析过程中是否有空气混入，系统的密闭性等等环节。不同种类的高纯气分析很难在一台分析仪器上实现, 这对生产气体的厂家是一个棘手问题, GC9560HG 分析仪可实现几种高纯气及其不同底气的配气分析, 该系统采用前切、后切及中心切割来实现不同高纯气的杂质分析。
2分析系统的原理、构造
2.1检测器工作原理
用一个稳定的,低能耗的脉冲直流电源,使氦气电离,形成离子源。样品经色谱柱分离进入电离区域的离子源中，产生光离子化，产生的电子聚集在收集电极周围，从而产生电流信号，通过放大板处理产生电压信号。
2.2 分析系统的构造
①GC9560气相色谱仪、配有高频脉冲氦离子放电检测器(PDD) ;
②HP-2氦气纯化器;
④GC9560（4.0）超低噪音色谱工作站;
⑤双级不锈钢减压器;
⑥色谱柱1/8不锈钢柱Porapak Q 2 根;5A 3根; HC-1 1根
⑦标准气为从大连大特气体有限公司购买的不同底气的混合标准气
⑧载气、放电气、吹扫气及驱动气为高纯氦气(纯度为99.999%)
3.分析条件
温度设定: 检测器(PDD)温度为120 ℃; 柱温为60 ℃、载气流速为35ml/ min; 放电流速为30 ml/ min; 进样体积为1ml。
3.不同底气的混合标准气分析
3.1 硅烷中的混合标准气分析
标气浓度:（umol/mol）
|
组分 |
H2 |
O2+Ar |
N2 |
CH4 |
CO |
CO2 |
He |
|
含量 |
10.1 |
10.5 |
9.6 |
10.5 |
9.5 |
10.8 |
底气 |
GC-9560-HG |
表1 硅烷中的混合标准气中各组分峰面积的平均值和相对标准偏差
|
组分 |
H2 (uV*s) |
O2 (uV*s) |
N2 (uV*s) |
CH4 (uV*s) |
CO (uV*s) |
CO2 (uV*s) |
|
1 |
523954 |
2066633 |
1509922 |
3841504 |
1787432 |
2483718 |
|
2 |
524567 |
2036432 |
1510457 |
3843102 |
1783675 |
2503228 |
|
3 |
525083 |
2089521 |
1498678 |
3817845 |
1762786 |
2534228 |
|
4 |
524238 |
2130346 |
1526783 |
3837983 |
1758943 |
2437689 |
|
5 |
525238 |
2112786 |
1537898 |
3829845 |
1795672 |
2526578 |
|
6 |
526389 |
2187953 |
1543789 |
3847839 |
1776538 |
2447896 |
|
平均值 |
524911 |
2130945 |
1521254 |
3836353 |
1777507 |
2492442 |
|
相对偏差(%) |
0.2 |
2.5 |
1.2 |
0.3 |
0.8 |
1.8 |
5结果与讨论
5．1应满足的技术要点：
5．1．1气相色谱仪配备了PDD检测器，确保检测限能够完全满足高（超）纯气体的检测需求
5．1．2大量的底气进入检测器，会影响相邻痕量组分的分析，系统采用阀切割技术，具备切割、反吹、吸附氧和对柱子进行特殊处理的功能
5．1．3阀转动过程中，为了避免空气渗入阀体，采用带吹扫屋的吹扫型气动阀，才能确保数据的准确可靠性
5．1．4痕量分析时，避免载气本底痕量杂质对结果的影响，配备载气纯化器，经纯化后的高纯氦气经H2、O2、CH4、CH4、CO CO2的含量小于10ppb，并避免载气与铜材质的管路接触
5．1．5避免系统对痕量杂质的吸附，连接管道和色谱柱管采用内壁抛光和钝化处理316L材质的不锈钢管，连接采用无死体积卡套式接头
5．1．6对色谱柱中担体进行特殊处理，避免对样品中痕量的氧和一氧化碳的吸附
5．1．7取样阀采用放空型针阀，避免进样管路对结果的影响；样品气的出口安装流量计，控制求每次流过定量管的气体流量保持一致
5．1．8带有脉冲放电氦离子检测器的气相色谱仪检测组分为痕量组分，工作站噪音应小于2uv，阀切换事件能够灵活的控制，反应时间小于0.1秒
5．2系统扩展性的提高：
系统采用阀切换系统，可以灵活设定时间程序进行阀的切换，扩大了特种气体的使范围，如氪气、氙气、硅烷、硼烷、磷烷等等的分析
5．3结论：
随着工艺对气体纯度要求的越来越高，在稀有高纯气体以及电子用高纯气体中的杂质分析等方面，带有脉冲放电氦离子检测器（PDD）的气相色谱仪应用普及化。