CN104297392A - 检测磷化氢气体纯度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种检测磷化氢气体纯度的方法，先将采气袋和双排管路系统抽成真空，缓慢将磷化氢气体经由双排管输入采气袋中；然后，以氮气为载气，采用热导检测器测定待检测磷化氢气体中氢气的峰面积值SH2，以及氢气为载气，采用热导检测器测定待检测磷化氢气体中氮气的峰面积值SN2；最后计算磷化氢的体积百分含量ωPH3。本发明检测磷化氢气体纯度的方法，解决了高纯度(60v/v％以上，尤其是90v/v％以上)磷化氢气体浓度的确定，提高检测准确性和可靠性的同时，还提高了检测操作的安全性和便捷性。

Description

检测磷化氢气体纯度的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种确定气体纯度的方法，尤其涉及一种就化学反应制得的磷化氢气体的纯度进行测定的方法，以及磷化氢气体的采集装置。
背景技术
磷化氢是工业生产中合成膦化合物的重要原料，磷化氢中的P-H键和烯烃加成是合成C≥2的三烃基膦最经济的方法。亚磷酸热解制备磷化氢的过程中伴随有氢气的产生，氢气可以与烯烃进行加成反应，在磷化氢和烯烃加成制备膦化合物过程中生成杂质，降低产品的纯度和质量。磷化氢的整个制备过程在氮气保护下完成，制备的磷化氢中含有氢气和氮气两种杂质气体，为确保磷化氢浓度在可使用范围，有必要对制备的磷化氢的纯度进行检测。
磷化氢是一种无色、剧毒、易燃的气体，与空气混合物爆炸下限为1.79％(体积)，极度易燃，空气中痕量的磷化氢即可自燃。目前报道测定磷化氢的方法主要有钼蓝比色法和气相色谱法，主要用于测定空气中磷化氢的含量。徐浩东等人报道了一种熏蒸场所磷化氢浓度测定的分析方法(江西农业学报[J]，2007，19(4)，101～103)，但该方法不能用于测定高浓度磷化氢气体的纯度。
中国发明专利申请201010284480.0公开了一种高纯磷化氢的净化和分析方法，该技术主要以浓缩色谱法为手段对纯度大于99.9995％的磷化氢气体中所含的氮、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和砷烷等杂质实现痕量分析。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种检测磷化氢气体纯度的方法，无需稀释磷化氢气体即可直接进行气相检测，简化了操作，提高了操作的安全性。
本发明的另一个目的在于提供一种检测磷化氢气体纯度的方法，适用于以亚磷酸为原料热解制备的磷化氢气体中所含磷化氢、氢气和氮气等含量的检测。
本发明的再一个目的在于提供一种检测磷化氢气体纯度的采集装置，适用于磷化氢气体的收集和安全处置。
本发明提供的一种检测磷化氢气体纯度的方法，包括：
先将采气袋和双排管路系统抽成真空，缓慢将磷化氢气体经由双排管输入采气袋中；
然后，以氮气为载气，采用热导检测器测定待检测磷化氢气体中氢气的峰面积值SH2，以及氢气为载气，采用热导检测器测定待检测磷化氢气体中氮气的峰面积值SN2；
计算待检测磷化氢气体中氢气和氮气的体积百分含量ωH2和ωN2，其中ωH2＝SH2×fH2，ωN2＝SN2×fN2；
计算磷化氢的体积百分含量ωPH3，ωPH3＝100％-ωH2-ωN2。
本发明提供的检测磷化氢气体纯度的方法，fH2为氢气的校正因子，是以氮气作载气，采用热导检测器测定氢气和氮气标准混合气中体积百分比为ω标H2的氢气的峰面积值S标H2，而计算得出，fH2＝ω标H2/S标H2。fN2为氮气的校正因子，是以氢气作载气，采用热导检测器测定氢气和氮气标准混合气中体积百分比为ω标N2的氮气的峰面积值S标N2，而计算得出fN2＝ω标N2/S标N2。
亚磷酸为原料热解制备的磷化氢气体中所含高纯磷化氢(60v/v％以上)、氢气和氮气等气体，本发明提供的检测磷化氢气体纯度的方法，可实现对磷化氢浓度及其所含杂质气体的准确检测和定量。
本发明提供的检测磷化氢气体纯度的方法，以双排管路系统对磷化氢气体进行采集，该系统包括并排设置的第一管路和第二管路，第一管路和第二管路经由若干中间管路连接，第一管路一端与氮气源连接，第二管路一端与真空泵连接。待测磷化氢气体经一条中间管路单独或同时进入第一管路和第二管路后，由另一条中间管路输入采气袋。
为便于磷化氢气体的收集和残留气体的安全处置，本发明提供的一种检测磷化氢气体纯度的采集装置，包括
双排管路系统，包括并排设置的第一管路和第二管路，第一管路和第二管路经由若干中间管路连接，第一管路一端与氮气源连接，第二管路一端与真空泵连接；
一条中间管路还与磷化氢气源连接，另一条中间管路还与磷化氢气体采集袋相连。
本发明提供的另一种检测磷化氢气体纯度的采集装置，包括
双排管路系统，包括并排设置的第一管路和第二管路，第一管路和第二管路经由若干中间管路连接，第一管路一端与氮气源连接，第二管路一端与真空泵连接；
燃烧器，用于处置管路中未收集的残留磷化氢气体；
磷化氢气体安全排放系统，包括气体缓冲器和第一鼓泡器，气体缓冲器与第一鼓泡器连接，第一鼓泡器出口将磷化氢气体输至燃烧器；
一条中间管路还与磷化氢气源连接，另一条中间管路还同时与磷化氢气体采集袋和气体缓冲器相连。
本发明提供的另一种检测磷化氢气体纯度的采集装置，包括
双排管路系统，包括并排设置的第一管路和第二管路，第一管路和第二管路经由若干中间管路连接，第一管路一端与氮气源连接，第二管路一端与真空泵连接；
燃烧器，用于处置管路中未收集的残留磷化氢气体；
磷化氢气体安全排放系统，包括气体缓冲器和第一鼓泡器，气体缓冲器与第一鼓泡器连接，第一鼓泡器出口将磷化氢气体输至燃烧器；
磷化氢气体过压保护系统，包括汞柱和第二鼓泡器，第二鼓泡器和汞柱连接，第二鼓泡器出口将磷化氢气体输至燃烧器；
一条中间管路还与磷化氢气源连接，另一条中间管路还同时与磷化氢气体采集袋和气体缓冲器相连。
本发明提供的上述各种检测磷化氢气体纯度的采集装置，还包括控制阀门，设于双排管系统、磷化氢气体安全排放系统和磷化氢气体过压保护系统，以便于控制气体按需流通。
本发明技术方案实现的有益效果：
本发明提供的检测磷化氢气体纯度的方法，解决了高纯度(60v/v％以上，尤其是90v/v％以上)磷化氢气体浓度的确定，提高检测准确性和可靠性的同时，还提高了检测操作的安全性和便捷性。对于通过亚磷酸为原料热解制备的磷化氢气体生产方式，本发明方法能实现所含高磷化氢浓度及其所含杂质气体的准确检测和定量。
本发明还提供了检测磷化氢气体纯度的采集装置，使得高纯度磷化氢气体浓度的检测更简便和安全。
附图说明
图1为本发明检测磷化氢气体纯度的采集装置一实施例的结构示意图；
图2为本发明磷化氢气体样品气相进样示意图；
图3为以氮气为载气，使用热导检测器测定氢气和氮气标准混合气的谱图，图中的检测峰为氢气；
图4为以氢气为载气，使用热导检测器测定氢气和氮气标准混合气的谱图，图中的检测峰为氮气；
图5为以氮气为载气，使用热导检测器测定磷化氢气体样品的谱图，图中“1”表示氢气检测峰，“3”表示磷化氢检测峰；
图6为以氢气为载气，使用热导检测器测定磷化氢气体样品的谱图，图中“2”表示氮气检测峰，“3”表示磷化氢检测峰。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
本发明实施检测磷化氢气体纯度的方法，均采用图1所示的气体采集装置，以及图2所示的方式进样。
如图1所示，检测磷化氢气体纯度的采集装置包括双排管路系统100、磷化氢气体安全排放系统、磷化氢气体采集装置300、磷化氢气体过压保护系统和燃烧器500。
双排管路系统100包括并排设置的第一管路110和第二管路120，若干中间管路131,132,133,134,135设于第一管路110和第二管路120之间，两端分别将第一管路110和第二管路120连接，第一管路110一端与氮气源710连接，第二管路120一端与真空泵720连接。
磷化氢气体输出系统包括第三管路910、第四管路920和第五管路930，第三管路910的一端与磷化氢气源940连接，第四管路920两端分别与第三管路910和第一中间管路131连接，第五管路930的两端分别与第三管路910的另一端和第二中间管路132连接。
磷化氢气体采集装置300包括磷化氢气体采集袋310和载气气球320。磷化氢气体采集袋310用于采集磷化氢气源940输出经第三管路910和第四管路920，进入双排管路系统100的磷化氢气源940，经第三中间管路133输入磷化氢气体采集袋310。
第三中间管路133还同时与气体缓冲器210相连。残留的磷化氢气体经由气体缓冲器210输入与气体缓冲器210连接的第一鼓泡器220，再由第一鼓泡器220出口将磷化氢气体输至燃烧器500燃烧，使得磷化氢气体被安全排放系统所处置。
当磷化氢气体输出压力过载时，由磷化氢气体过压保护系统将磷化氢气体予以处置，其包括汞柱410和第二鼓泡器420，第二鼓泡器420和汞柱410连接，第二鼓泡器420出口将磷化氢气体输至燃烧器500燃烧。
为便于气体的按需流通、管路气体的置换和管路真空度的检测，本实施例的采集装置，还在该条管路上设置若干控制阀门800、真空表730，以及压力表740。
如图2所示，磷化氢气体采集完后，载气气球320与气相进样阀600(如：六通阀)相连，排净气相检测仪中的空气，然后将收集后的磷化氢气体随载气进样，即得获得磷化氢气体的纯度及其它杂质含量。分析所采的设备和工作条件如下：
仪器采用N5级(99.999％)高纯氮气作载气；
色谱柱：GS-GasPro毛细管柱，柱长：30米，柱径：0.32mm；
柱温：初始温度30℃，以1℃/min的速度升温到35℃；
进样口温度：40℃，检测器温度：50℃，电流：40mA，电极：-，分流比：50
仪器采用N5级(99.999％)高纯氢气作载气；
色谱柱：GS-GasPro毛细管柱，柱长：30米，柱径：0.32mm；
柱温：初始温度30℃，以1℃/min的速度升温到35℃；
进样口温度：40℃，检测器温度：50℃，电流：80mA，电极：+，分流比：50。
氮气作载气，采用热导检测器测定氢气和氮气标准混合气中氢气(体积百分比ω标H2＝49.5％)的峰面积值S标H2为3251292(参见图3)，用如下公式计算得出氢气的校正因子fH2(fH2＝ω标H2/S标H2)，即fH2＝49.5％/3251292＝1.52×10-7；
氢气作载气，采用热导检测器测定氢气和氮气标准混合气中氮气(体积百分比ω标N2＝50.5％)的峰面积值S标N2为2502800(参见图4)，用如下公式计算得出氮气的校正因子fN2(fN2＝ω标N2/S标N2)，即fN2＝50.5％/2502800＝2.02×10-7；
按图1所示的气体采集装置，除磷化氢气源940外，整个装置用氮气充分置换后，向载气气球320中充入一定量氮气，真空泵730将采气袋和双排管路系统抽成真空，缓慢释放气源940中的磷化氢到采气袋320中。
磷化氢气体采集装置300按图2所示方式连接并进样和检测：
氮气作载气，采用热导检测器测定待检测磷化氢气体中氢气的峰面积值SH2＝37829(参见图5)；
氢气作载气，采用热导检测器测定待检测磷化氢气体中氮气的峰面积值SN2＝57415(参见图6)；
计算待检测磷化氢气体中氢气和氮气的体积百分含量ωH2和ωN2，其中ωH2＝SH2×fH2＝6204×1.52×10-7×100％＝0.094％，ωN2＝SN2×fN2＝31354×2.02×10-7×100％＝0.63％；
计算磷化氢的体积百分含量ωPH3，ωPH3＝100％-ωH2-ωN2＝100％-0.094％-0.63％＝99.28％，即磷化氢的纯度为99.28％。

Claims (7)

1.一种检测磷化氢气体纯度的方法，其特征在于包括：
先将采气袋和双排管路系统抽成真空，缓慢将磷化氢气体经由所述双排管路系统输入采气袋中；
然后，以氮气为载气，采用热导检测器测定待检测磷化氢气体中氢气的峰面积值SH2，以及氢气为载气，采用热导检测器测定待检测磷化氢气体中氮气的峰面积值SN2；
计算待检测磷化氢气体中氢气和氮气的体积百分含量ωH2和ωN2，其中ωH2＝SH2×fH2，ωN2＝SN2×fN2；
计算磷化氢的体积百分含量ωPH3，ωPH3＝100％-ωH2-ωN2；
所述的fH2为氢气的校正因子，是以氮气作载气，采用热导检测器测定氢气和氮气标准混合气中体积百分比为ω标H2的氢气的峰面积值S标H2，而计算得出，fH2＝ω标H2/S标H2；
所述的fN2为氮气的校正因子，是以氢气作载气，采用热导检测器测定氢气和氮气标准混合气中体积百分比为ω标N2的氮气的峰面积值S标N2，而计算得出fN2＝ω标N2/S标N2。
2.根据权利要求1所述的检测磷化氢气体纯度的方法，其特征在于所述的双排管路系统包括并排设置的第一管路和第二管路，所述的第一管路和所述的第二管路经由若干中间管路连接，第一管路一端与氮气源连接，第二管路一端与真空泵连接；
磷化氢气体经一条所述的中间管路单独或同时进入所述的第一管路和所述的第二管路后，由另一条所述的中间管路输入所述的采气袋。
3.根据权利要求1所述的检测磷化氢气体纯度的方法，其特征在于所述的磷化氢气体由亚磷酸为原料热解制备而得，纯度大于90v/v％以上。
4.一种检测磷化氢气体纯度的采集装置，其特征在于包括
双排管路系统，包括并排设置的第一管路和第二管路，所述的第一管路和所述的第二管路经由若干中间管路连接，所述的第一管路一端与氮气源连接，所述的第二管路一端与真空泵连接；
一条所述的中间管路还与磷化氢气源连接，另一条所述的中间管路还与所述的磷化氢气体采集袋相连。
5.根据权利要求4所述的检测磷化氢气体纯度的采集装置，其特征在于还包括
燃烧器，用于处置管路中未收集的残留磷化氢气体；
磷化氢气体安全排放系统，包括气体缓冲器和第一鼓泡器，所述的气体缓冲器与所述的第一鼓泡器连接，所述的第一鼓泡器出口将磷化氢气体输至燃烧器。
6.根据权利要求4所述的检测磷化氢气体纯度的采集装置，其特征在于还包括
燃烧器，用于处置管路中未收集的残留磷化氢气体；
磷化氢气体安全排放系统，包括气体缓冲器和第一鼓泡器，所述的气体缓冲器与所述的第一鼓泡器连接，所述的第一鼓泡器出口将磷化氢气体输至燃烧器；
磷化氢气体过压保护系统，包括汞柱和第二鼓泡器，所述的第二鼓泡器和所述的汞柱连接，所述的第二鼓泡器出口将磷化氢气体输至燃烧器；
所述的另一条中间管路还同时与所述的磷化氢气体采集袋和所述的气体缓冲器相连。
7.根据权利要求4-6之一所述的检测磷化氢气体纯度的采集装置，其特征在于还包括控制阀门，用于控制气体按需流通。
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