CN110308216A - 一种气体中微量永久性杂质气体和水的一体化分析系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气体中微量永久性杂质气体和水的一体化分析系统及其使用方法，属于化学分析技术领域。本发明提供的分析系统的进样口后设置第一阀门，第一阀门后的管路分为第一管路和第二管路；第一管路与水分六通取样器连通；第二管路与色谱六通取样器连通，同时载气的管路采用类似设计，本发明通过上述设计，可将样品同时通入水分析单元和气相色谱分析单元，实现气体与水分同时进行分析；本发明在真空泵前设置第三阀门，第二管路上设置分支管路，分支管路与第三阀门连通，从而使得真空泵能够将进样系统抽真空，可实现负压进样；并且本发明所提供的分析系统的进样口在系统抽空后可直接通入待测气体，实现在线检测。

Description

一种气体中微量永久性杂质气体和水的一体化分析系统及其 使用方法

技术领域

本发明涉及化学分析技术领域，尤其涉及一种气体中微量永久性杂质气体和水的一体化分析系统及其使用方法。

背景技术

氢同位素气体中He、O₂、N₂、CH₄、CO、CO₂及H₂O等微量杂质气体的检测分析是聚变能源氘氚燃料循环过程中的重要环节。

氢同位素气体中He、O₂及N₂等永久性杂质气体的定量分析一般使用气相色谱仪完成，但气相色谱法定量分析带放射性负压气体及含量在0.1％以下的气体中的H₂O却非常困难，进样系统管路对H₂O吸附严重，带来较大测量误差，而且色谱分析气体中水分标定非常困难，因此分析微量水分需要使用其他检测手段。目前分析气体中微量水分的分析仪器主要有水分传感器、露点仪、卡尔费休库仑仪等，但很难分析微量放射性或负压小体积样品。目前分析氢同位素气体中微量He、O₂、N₂等永久性气体和水采用的都是离线取样方法，容易造成含氚样品污染、损失及环境污染，现有方法测量气体中微量H₂O只能正压进样，且所需样品量较大(一般为几升)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体中微量永久性杂质气体和水的一体化分析系统及其使用方法，本发明提供的分析系统可同时分析微量永久性杂质气体和水的含量，且可实现负压进样，能够在线检测，且所需样品量小，用于氢同位素分析时，可避免含氚样品污染、损失及环境污染。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种气体中微量永久性杂质气体和水的一体化分析系统，包括进样口、载气进气口、水分六通取样器、色谱六通取样器、水分析单元、气相色谱分析单元、真空泵和压力传感器；

所述进样口后设置第一阀门，所述第一阀门后的管路分为第一管路和第二管路；所述第一管路与水分六通取样器连通；所述第二管路与色谱六通取样器连通；

所述载气进气口后设置第二阀门，所述第二阀门后的管路分为第三管路和第四管路；所述第三管路与水分六通取样器连通；所述第四管路与色谱六通取样器连通；

所述水分六通取样器与水分析单元连通；所述色谱六通取样器与气相色谱分析单元连通；

所述第二管路上设置分支管路，所述分支管路与真空泵连通，所述真空泵前设置第三阀门；

所述压力传感器设置于第一阀门到第一管路和第二管路的分支点之间的管路、第一管路或第二管路上。

优选地，所述分析系统还包括接收床和四通阀，所述第三阀门前的分支管路上设置再分支管路1；所述再分支管路1与四通阀的第一通路的入口连通；所述四通阀的第一通路的出口与接收床连通；所述接收床的排气管路上设置第九阀门；所述第九阀门后的管路与尾气排气管路连通；所述水分析单元的排气管路、气相色谱分析单元的排气管路和真空泵的排气管路汇合于同一管路，并与四通阀的第二通路的入口连通；所述四通阀的第二通路的出口与尾气排气管路连通；所述再分支管路1上设置第八阀门，在第八阀门和四通阀之间的管路上设置再分支管路2，所述再分支管路2的另一端与接收床和四通阀之间的管路相通；所述第九阀门后的管路与尾气排气管路汇合于总尾气排气管路，所述总尾气排气管路上设置有单向阀。

优选地，所述水分析单元包括可拆卸校准管、加热部件、电磁阀、五氧化二磷电解池和水分分析工作站；所述加热部件用于加热可拆卸校准管；所述可拆卸校准管与电磁阀连通；所述电磁阀与五氧化二磷电解池连通；所述五氧化二磷电解池通过电路与水分分析工作站连接。

优选地，在所述第三管路上设置有稳流阀；在所述水分析单元的尾气出口管路上安装流量计。

优选地，所述气相色谱分析单元包括柱箱、分子筛色谱填充柱、热导池检测器、电子流量控制单元和色谱工作站。

优选地，所述热导池检测器为微池热导池检测器。

优选地，所述第二管路上设置有第四阀门和第五阀门，所述第四阀门和第五阀门分别位于所述分支管路两边的主管路上。

优选地，所述第一管路上设置有第四阀门，所述第二管路上设置有第五阀门。

优选地，所述第三管路上设置有第六阀门；所述第四管路上设置有第七阀门。

本发明还提供了上述技术方案所述的分析系统的使用方法，包括如下步骤：

(1)将待测气体取样口接入分析系统进样口；

(2)开启第二阀门，调节载气流量；

(3)接通系统电源，设置色谱分析单元、水分析单元的工作参数，待仪器稳定后，系统进入样品分析状态；

(4)打开第一阀门，打开第三阀门，将系统抽真空，待系统抽真空后，关闭第三阀门；

(5)打开样品气开关阀，将样品气通入系统，取样后，关闭样品气开关阀，进行气体分析和水分分析。

本发明提供了一种气体中微量永久性杂质气体和水的一体化分析系统，该分析系统的进样口后设置第一阀门，所述第一阀门后的管路分为第一管路和第二管路；所述第一管路与水分六通取样器连通；所述第二管路与色谱六通取样器连通，同时载气进气口后设置第二阀门，所述第二阀门后的管路分为第三管路和第四管路；所述第三管路与水分六通取样器连通；所述第四管路与色谱六通取样器连通，本发明通过上述进样和载气设计，可将样品同时通入水分析单元和气相色谱分析单元，实现水分分析和气体分析同时进行；本发明在真空泵前设置第三阀门，所述第二管路上设置分支管路，所述分支管路与第三阀门连通，上述设计使得真空泵能够将进样系统(即第一阀门和水分六通取样器、色谱六通取样器之间的管路)抽真空，当关闭第三阀门后，进样系统为真空状态，当样品为负压状态时也可完成进样，实现负压进样；并且本发明所提供的分析系统的进样口可直接接入样品取样口或取气容器通入待测气体，实现在线检测，用于氢同位素分析时，可避免含氚样品污染、损失及环境污染。此外，气相和液相均采用六通取样器取样，所需样品气量小。

附图说明

图1实施例1中的气体中微量永久性杂质气体和水的一体化分析系统示意图。

图2实施例1中的水分析单元示意图；

图3实施例1中的气相色谱分析单元示意图。

图4实施例1中的四通阀开、关示意图；

具体实施方式

本发明提供了一种气体中微量永久性杂质气体和水的一体化分析系统，如图1所示，包括进样口、载气进气口、水分六通取样器、色谱六通取样器、水分析单元、气相色谱分析单元、真空泵和压力传感器；

所述进样口后设置第一阀门，所述第一阀门后的管路分为第一管路和第二管路；所述第一管路与水分六通取样器连通；所述第二管路与色谱六通取样器连通；

所述载气进气口后设置第二阀门，所述第二阀门后的管路分为第三管路和第四管路；所述第三管路与水分六通取样器连通；所述第四管路与色谱六通取样器连通；

所述水分六通取样器与水分析单元连通；所述色谱六通取样器与气相色谱分析单元连通；

所述第二管路上设置分支管路，所述分支管路与真空泵连通，所述真空泵前设置第三阀门；

所述压力传感器设置于第一阀门到第一管路和第二管路的分支点之间的管路、第一管路或第二管路上。

本发明提供的上述分析系统的进样口后设置第一阀门，所述第一阀门后的管路分为第一管路和第二管路；所述第一管路与水分六通取样器连通；所述第二管路与色谱六通取样器连通，同时载气进气口后设置第二阀门，所述第二阀门后的管路分为第三管路和第四管路；所述第三管路与水分六通取样器连通；所述第四管路与色谱六通取样器连通，本发明通过上述进样和载气设计，可将样品同时通入水分析单元和气相色谱分析单元，实现水分分析和气体分析同时进行；本发明在真空泵前设置第三阀门，所述第二管路上设置分支管路，所述分支管路与第三阀门连通，上述设计使得真空泵能够将进样系统(即第一阀门和水分六通取样器、色谱六通取样器之间的管路)抽真空，当关闭第三阀门后，进样系统为真空状态，当样品为负压状态时也可完成进样，从而实现了负压进样；并且本发明所提供的分析系统的进样口可直接接入样品取样口或取气容器通入待测气体，实现在线检测。

本发明对所述色谱六通取样器和水分六通取样器在分析系统中的具体连接方式没有特殊限定，本领域技术人员按照常规的色谱仪中的六通取样器的连接方式连接并，保证连接后的气密性达到要求即可。

在本发明中，所述分析系统优选还包括接收床和四通阀；所述第三阀门前的分支管路上设置再分支管路1；所述再分支管路1与四通阀的第一通路的入口连通；所述四通阀的第一通路的出口与接收床连通；所述接收床的排气管路上设置第九阀门；所述第九阀门后的管路与尾气排气管路连通；所述水分析单元的排气管路、气相色谱分析单元的排气管路和真空泵的排气管路汇合于同一管路，并与四通阀的第二通路的入口连通；所述四通阀的第二通路的出口与尾气排气管路连通；所述再分支管路1上设置第八阀门，在第八阀门和四通阀之间的管路上设置再分支管路2，所述再分支管路2的另一端与接收床和四通阀之间的管路相通；所述第九阀门后的管路与尾气排气管路汇合于总尾气排气管路，所述总尾气排气管路上设置有单向阀。在本发明中，所述接收床可用于回收和处理含氚放射性气体，提供了对样品气的回收及尾气的安全防护处理途径；所述单向阀的设置可防止接收床在负压下空气吸入接收床，第九阀门在接收床压力大于平压后方可开启。

在本发明中，为了方便描述四通阀的连接方式，将四通阀的两个通路使用第一通路和第二通路进行了区分，按照上述方法连接后，再分支管路1和再分支管路2连通，真空泵的排气管路与尾气排气管路连通(如图4中的a图所示)，此时用于分析不含氚的气体的分析，尾气直接从尾气排气管路排出；当转动四通阀时，真空泵的排气管路与再分支管路1连通，尾气排气管路与接收床连通(如图4中的b图所示)，此时用于分析含氚气体的分析。

在本发明中，当需要使用接收床时，进样前抽真空时，打开第八阀门，关闭第九阀门，以将接收床处理含氚气体时形成的废气排出；同时四通阀将真空泵排气管路和尾气排气管路连通，以排出真空泵抽出的气体。在本发明中，对含氚气体进行分析时，第八阀门为关闭状态，第九阀门开启，调节四通阀，使所述水分析单元的排气管路、气相色谱分析单元的排气管路和真空泵的排气管路汇合于同一管路后，与再分支管路1连通，使得色谱分析和水分析的尾气通过四通阀后依次进入再分支管路1、再分支管路2和接收床，实现尾气的安全处理。在本发明中，在不使用接收床时，第九阀门关闭，以减少接收床和空气的接触，对接收床起到保护作用。

本发明对所述接收床的具体类型没有特殊限定，采用本领域常用的处理含氚气体的器件即可；在本发明优选的实施例中，所述接收床优选为铀床。

在本发明优选的实施例中，所述水分析单元包括可拆卸校准管、加热部件、电磁阀、五氧化二磷电解池和水分分析工作站；所述加热部件用于加热可拆卸校准管；所述可拆卸校准管与电磁阀连通；所述电磁阀与五氧化二磷电解池连通；所述五氧化二磷电解池通过电路与水分分析工作站连接。在本发明优选的实施例中，所述可拆卸校准管包括检定管和两个接头(如图2所示，其中的流量计即为图1中的流量计，与可拆卸校准管的另一端连接)；两个接头用于固定检定管，同时方便拆卸。在本发明中，使用五氧化二磷电解池测定气体中的微量水，本底低，灵敏度高，所需样品的量较小，可负压进样。

图2为本发明提供的优选的实施例所用的水分析单元示意图，如图2所示，检定管两端使用接头固定，接头一端与水分六通取样器送来的载气连接，另一端与电磁阀连接，电磁阀与电解池连接，电解池通过电路与水分分析工作站连接，图中数据采集模块即为水分分析工作站，水分分析工作站可控制加热部件实现对检定管的干燥，可通过程序实现去除空白、分析数据、校准、控制旁通等功能，图中的载气与流量计连接，此处的流量计即为图1中的流量计，图中未画出加热部件，本领域技术人员可以根据需要选择不同形式的加热部件。

在本发明优选的实施例中，所述可拆卸校准管用于对水分析单元的校正；所述可拆卸校准管优选为石英管。

在本发明中，所述检定测量准确度的方法优选包括如下步骤：

(1)将毛细管经清洗，干燥后，称重，记录质量；

(2)干燥检定管；

(3)然后将检定管从接头卸下，在检定管中部装入称重后的毛细管，安装在水分析单元中，测量仪器空白，并调节水分分析工作站去除空白；

(4)将毛细管一端浸入蒸馏水中，使毛细管充满蒸馏水，然后将毛细管外的水分用吸纸去除，称重，记录质量，并计算毛细管充入的水分质量，记为标准值；

(5)将步骤(4)得到的充满水分的毛细管放入检定管中部，将检定管安装在水分单元中，待系统进入分析状态后，加热检定管，待水分析完成后，测得检定管中的水分质量，记为测量值。

计算绝对误差和相对误差，当标准值＞1000μg时，相对误差≤±3％，认为设备数据可靠；当标准值≤1000μg，绝对误差≤±30μg，认为设备数据可靠。如果绝对误差或相对误差不在上述范围内，则维修设备。

在本发明优选的实施例中，所述毛细管的规格为内径0.5mm，外径1mm，长度10mm。在本发明优选的实施例中，所述毛细管为石英管。

在本发明优选的实施例中，所述称重用称为精确度为十万分之一电子天平。

本发明对所述加热部件的具体种类没有特殊限定，本领域技术人员可以采用常用的加热器件，如加热带、热风机；在本发明优选的实施例中，所述加热部件为热风机。本发明对所述加热部件的具体位置没有特殊限定，能够对毛细管加热并可方便拆卸校准管即可。

本发明对所述电磁阀的具体种类没有特殊限定，采用常规的用于控制流体的电磁阀即可；在本发明优选的实施例中，所述电磁阀为防腐式二位三通道换向阀，型号：FQY23；20VDC。

本发明对所述水分分析工作站没有特殊限定，能够与五氧化二磷电解池连接，并分析出水量即可，如可采用现有的水分分析仪中的水分分析工作站。

在本发明优选的实施例中，在所述第三管路上设置有稳流阀；在所述水分析单元的尾气出口管路上安装流量计。在本发明中，所述稳流阀与流量计联合使用可保证水分析单元中的载气流速稳定。

在本发明优选的实施例中，所述色谱六通取样器上的定量器件为定量环，所述定量环的体积优选为0.5～1mL；所述水分六通取样器上的定量器件为定量管，所述定量管的体积优选为30～60mL。本领域技术人员还可以根据样品气中的含水量来调节定量管的体积，含水量高则选用体积小的定量管，含水量低则选用体积大的定量管。

在本发明优选的实施例中，所述气相色谱分析单元包括柱箱、分子筛色谱填充柱、热导池检测器(即TCD)、电子流量控制单元和色谱工作站。在本发明优选的实施例中，所述分子筛色谱填充柱优选为5A分子筛色谱填充柱。本发明对所述气相色谱分析单元的部件的连接方式没有特殊限定，按照常规的气相色谱仪中的部件连接方式连接，保证气密性达到分析要求即可，

图3为本发明实施例中气相色谱分析单元示意图，如图3所示，色谱六通取样器与5A分子筛色谱填充柱相连，所述5A分子筛色谱填充柱的另一端与微池热导池检测器(FTCD)相连。在本发明优选的实施例中，所述气相色谱分析单元中的连接管路优选为内抛光不锈钢管(316L)。

在本发明优选的实施例中，所述热导池检测器为微池热导池检测器。在本发明中，所述微池热导池检测器的采用可使分析系统的结构更加紧凑。

在本发明优选的实施例中，所述第二管路上设置有第四阀门和第五阀门，所述第四阀门和第五阀门分别位于所述分支管路两边的主管路上，如图1所示。在本发明中，上述设置可以实现单独检测样品中的微量水，具体的，如图1所示，开启第四阀门和第三阀门，关闭第五阀门，抽真空，然后关闭第三阀门，进样分析，正压和负压样品中水分含量均可测定；也可同时测试微量水和气体杂质，具体的，如图1所示，开启开启第四阀门、第三阀门和第五阀门，抽真空，然后关闭第三阀门，进样分析，正压和负压样品均可测定。

在本发明优选的实施例中，当所述第二管路上设置有第四阀门和第五阀门，所述第四阀门和第五阀门分别位于所述分支管路两边的主管路上时，所述压力传感器设置在第四阀门和第五阀门之间的管路上或设置在第一管路上或设置在第四阀门到第一管路和第二管路的分支点之间的管路上或设置在第一阀门到第一管路和第二管路的分支点之间的管路上。

在本发明优选的实施例中，还可以是所述第一管路上设置有第四阀门，所述第二管路上设置有第五阀门。在本发明中，上述第四阀门和第五阀门的设置可以实现单独检测样品中的微量水或单独检测样品中的微量杂质气体。

在本发明优选的实施例中，当所述第一管路上设置有第四阀门，所述第二管路上设置有第五阀门时，所述压力传感器设置在第一管路的第四阀门前面的管路上或第二管路的第五阀门前面或设置在第一阀门到第一管路和第二管路的分支点之间的管路上。

在本发明优选的实施例中，所述第三管路上设置有第六阀门；所述第四管路上设置有第七阀门。在本发明中，当只需要检测样品中的微量杂质气体时，可以关闭第六阀门(即图1中的F6)，当只需检测样品中的微量水时，可以关闭第七阀门(即图1中的F7)，可减少载气的浪费。

本发明还提供了上述技术方案所述的分析系统的使用方法，包括如下步骤：

(1)将待测气体取样口接入分析系统进样口；

(2)开启第二阀门，调节载气流量；

(3)接通系统电源，设置色谱分析单元、水分析单元的工作参数，待仪器稳定后，系统进入样品分析状态；

(4)打开第一阀门，打开第三阀门，将系统抽真空，待系统抽真空后，关闭第三阀门；

(5)打开样品气开关阀，将样品气通入系统，取样后，关闭样品气开关阀，进行气体分析和水分分析。

本发明优选先进行系统检漏。

在本发明中，所述系统检漏优选包括依次进行的真空测试和保压测试或包括依次进行的真空测试和氦质谱检漏仪检漏。

在本发明中，所述真空测试优选为将系统抽真空至极限真空度，然后关闭第三阀门，压力传感器的读数变化低于5Pa/min；所述极限真空度优选<5Pa。

本发明对所述保压测试的方法没有特殊限定，采用常规的检漏方法即可。

在本发明中，所述氦质谱检漏仪检漏的系统漏率优选≤1.0×10^-8Pa·m³s^-1。

系统检漏完成后，本发明将待测气体取样口接入分析系统进样口，然后开启第二阀门，调节载气流量，接通系统电源，设置色谱分析单元、水分析单元工作参数，待仪器稳定后，系统进入样品分析状态。

在本发明中，所述载气优选为高纯氩气(体积纯度为99.999％)，所述高纯氩气的出口压力(即载气源的出口压力)优选为0.5～1.0MPa。

在本发明中，所述色谱分析单元中色谱柱的载气流量优选为30mL/min；所述水分析单元的中的载气流量优选为70～90mL/min。

在本发明优选的实施例中，调节水分析单元的载气流量需要打开第六阀门，调节色谱分析单元中色谱柱的载气流量需要打开第七阀门。本领域技术人员可根据需要选择打开第六阀门和/或第七阀门。

本发明打开第一阀门，打开第三阀门，将系统抽真空，待系统抽真空后，关闭第三阀门。

在本发明中，当使用接收床时，在抽真空时，打开第八阀门，四通阀将真空泵排气管路和尾气排气管路连通，抽真空完成后，关闭第三阀门和第八阀门。

在本发明优选的实施例中，样品气开关与第一阀门之间存在一段管路，在抽真空时打开第一阀门，样品气开关保持关闭，打开第三阀门，将系统抽真空，待系统抽真空后，关闭第三阀门。

载气流量调整完成且系统抽真空后，本发明打开样品气开关阀，将样品通入系统，取样后，关闭样品气开关阀，进行气体分析和水分分析。在本发明中，所述压力传感器的压力稳定时，认定为样品进入定量环或定量管，完成取样。

气体分析和水分分析完成后，本发明优选将所得数据进行分析计算，得到杂质气体浓度和水分含量测定值。

在本发明中，所述气体分析的数据处理方式采用常规的气体分析数据处理方法即可。在本发明实施例中，所述气体分析所得数据的校准方法优选为采用标准曲线法进行校准，得到标准曲线校正因子，即将气体分析所得样品中杂质气体的谱图信息(如进样量、峰面积或峰高)带入标准曲线中，得到测定值；所述标准曲线优选为通过测试若干标准样品的气相色谱图，建立标准样品中杂质气体浓度和谱图信息(如进样量峰面积或峰高)的关系得到。

在本发明中，所述水分分析所得数据的校准方法优选为将水分分析工作站测得的水量与进样的压力、进样体积、进样温度结合计算出水分的体积比浓度或相对湿度RH；具体的计算公式如下：

计算定量管标准体积：

V_标＝(V₀×273×P₀)/101325×(273+T₀) 式(1)；

其中：

V₀—定量管体积(mL)；

V_标—标准状况下定量管体积(mL)；

P₀—取样压力(Pa)；

T₀—取样温度(℃)。

计算体积比浓度:

A(％)＝(m×22400)/(18×V_标×10⁶)×100％ 式(2)；

其中：

A(％)—体积比浓度；

m—实测含水量(μg)；

V_标—标准状况下定量管体积(mL))。

计算相对湿度:

RH(％)＝m/(V_标×饱和水蒸汽压)×100％ 式(3)；

其中：

m—实测含水量(μg)；

V_标—标准状况下定量管体积(mL)。

饱和水蒸汽压(可查表)——取样时的饱和水蒸汽压(g/m³)。

下面结合实施例对本发明提供的一种气体中微量永久性杂质气体和水的一体化分析系统及其使用方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

按照图1所示的图连接气体中微量永久性杂质气体和水的一体化分析系统，其中色谱六通取样器中所用的定量环的体积为0.5mL，水分六通取样器所用的定量管的体积为30.12mL；

(1)水分析单元准确度检测

设定水分析单元工作条件：载气高纯氩(99.999％)；载气流速90mL/min；温度：20℃；

(1)将内径0.5mm，外径1mm，长度10mm的石英毛细管经清洗，干燥后，精确度为十万分之一电子天平称重，记为皮重；

(2)干燥检定管；

(3)然后将检定管从接头卸下，在检定管中部装入一根毛细管，安装在水分析单元中，测量仪器空白，并调节水分分析工作站去除空白；

(4)将毛细管一端浸入蒸馏水中，使毛细管充满蒸馏水，然后将毛细管外的水分去除，精确度为十万分之一电子天平称重，记为注水质量，并计算毛细管充入的水分质量，记为标准值；

(5)将步骤(4)得到的充满水分的毛细管放入检定管中部，将检定管安装在水分单元中，待系统进入分析状态后，加热检定管，测量检定管中的水分质量，记为测量值。

重复上述步骤6次，计算相对误差，结如果表1所示，其中皮重为毛细管重量，注水为。

表1水分析系统准确度检测结果

由表1的数据可知，相对误差应不大于±3％，说明水分析单元的准确度达到设计要求，可以准确测定气体中的微量水含量。

(2)气相色谱分析单元灵敏度的校准：

设定色谱分析单元工作条件：载气高纯氩气(99.999％)；载气流速30mL/min；检测器温度：101℃；色谱柱温度：30℃；采用5A分子筛色谱柱和热导微池检测器；

线性相关系数检测：

标准气在气罐中，气罐的开关阀与分析系统的进样口连接，所用标准气的组成为体积百分含量为21％的He、0.2％的氧，余气为氩气。

打开第一阀门、第四阀门、第五阀门和第三阀门，进行抽真空，抽真空完成后，关闭第三阀门，打开样品气开关阀，开始采样分析。连续采样十次，且每次采样压力不同，以O₂为例测定进样压力和峰面积之间的线性相关系数表2。

表2 O₂线性相关系数检测结果

以每次的进样压力为横坐标，以对应的峰面积为纵坐标，采用最小二乘法拟合标准曲线。拟合所得线性相关系数大于0.999，说明该系统测试杂质气体的数据是可靠的。

上述标准曲线O₂的校正因子γ为6122。

在测试待测样品时，待测样品中氧的体积含量可通过下述式子计算：

O₂含量＝S/(P×γ)×100％；

S＝组分峰面积；

P＝进样压力(Pa)；

γ＝标准曲线校正因子。

采用上述方法可通过标气测试N₂、CO、CH₄等气体的校正因子，并计算待测样品中的N₂、CO、CH₄等气体的含量；

(3)测试样品气：

以样品气A为待测气体，样品气A中的杂质气体和水分的体积百分含量分别为O₂0.008％、N₂0.0039％、CO0.0054％、CH₄0.0410％、水0.0029％，将样品气的开关阀与第一阀门连通；打开第一阀门、第四阀门、第五阀门和第三阀门，开启真空泵，将进样系统抽真空至2Pa，抽真空完成后，关闭第三阀门，打开样品气开关阀，待压力传感器的压力稳定，完成取样，将色谱六通取样器和水分六通取样器切换至进样状态，样品被载气带入气相色谱分析单元和水分析单元，分别开始气体分析和水分析；所述水分析单元的条件为载气流速90mL/min；定量管校准体积：25.19mL，取样温度28℃，所述气相色谱分析单元的条件同步骤(2)；具体数据如表3所示：

表3样品气A中气体杂质的测试结果

由表3的数据可知，同一个样分析两次，分析结果基本一致，说明上述方法的可重复性较好；将上述测试结果与样品气A的各组分真实含量相比，结果相同，说明本发明的方法准确性较高。

水分析单元的测试结果如表4所示：

表4样品气A中水分含量的测试结果

由表4的数据可知，同一个样分析两次，分析结果基本一致，说明上述方法的可重复性较好；将上述测试结果与样品气A的水分真实含量相比，结果相同，说明本发明的方法准确性较高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，如更换色谱柱或检测器类型、安装多检测器、多色谱柱或与色质联用等其它相关仪器联用等，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气体中微量永久性杂质气体和水的一体化分析系统，包括进样口、载气进气口、水分六通取样器、色谱六通取样器、水分析单元、气相色谱分析单元、真空泵和压力传感器；

所述进样口后设置第一阀门，所述第一阀门后的管路分为第一管路和第二管路；所述第一管路与水分六通取样器连通；所述第二管路与色谱六通取样器连通；

所述载气进气口后设置第二阀门，所述第二阀门后的管路分为第三管路和第四管路；所述第三管路与水分六通取样器连通；所述第四管路与色谱六通取样器连通；

所述水分六通取样器与水分析单元连通；所述色谱六通取样器与气相色谱分析单元连通；

所述第二管路上设置分支管路，所述分支管路与真空泵连通，所述真空泵前设置第三阀门；

所述压力传感器设置于第一阀门到第一管路和第二管路的分支点之间的管路、第一管路或第二管路上。

2.根据权利要求1所述的分析系统，其特征在于，所述分析系统还包括接收床和四通阀，所述第三阀门前的分支管路上设置再分支管路1；所述再分支管路1与四通阀的第一通路的入口连通，所述四通阀的第一通路的出口与接收床连通；所述接收床的排气管路上设置第九阀门；所述第九阀门后的管路与尾气排气管路连通；所述水分析单元的排气管路、气相色谱分析单元的排气管路和真空泵的排气管路汇合于同一管路，并与四通阀的第二通路的入口连通；所述四通阀的第二通路的出口与尾气排气管路连通；所述再分支管路1上设置第八阀门，在第八阀门和四通阀之间的管路上设置再分支管路2，所述再分支管路2的另一端与接收床和四通阀之间的管路相通；所述第九阀门后的管路与尾气排气管路汇合为总尾气排气管路，所述总尾气排气管路上设置有单向阀。

3.根据权利要求1所述的分析系统，其特征在于，所述水分析单元包括可拆卸校准管、加热部件、电磁阀、五氧化二磷电解池和水分分析工作站；所述加热部件用于加热可拆卸校准管；所述可拆卸校准管与电磁阀连通；所述电磁阀与五氧化二磷电解池连通；所述五氧化二磷电解池通过电路与水分分析工作站连接。

4.根据权利要求3所述的分析系统，其特征在于，在所述第三管路上设置有稳流阀；在所述水分析单元的尾气出口管路上安装流量计。

5.根据权利要求1所述的分析系统，其特征在于，所述气相色谱分析单元包括柱箱、分子筛色谱填充柱、热导池检测器、电子流量控制单元和色谱工作站。

6.根据权利要求5所述的分析系统，其特征在于，所述热导池检测器为微池热导池检测器。

7.根据权利要求1所述的分析系统，其特征在于，所述第二管路上设置有第四阀门和第五阀门，所述第四阀门和第五阀门分别位于所述分支管路两边的主管路上。

8.根据权利要求1所述的分析系统，其特征在于，所述第一管路上设置有第四阀门，所述第二管路上设置有第五阀门。

9.根据权利要求1、7和8任一项所述的分析系统，其特征在于，所述第三管路上设置有第六阀门；所述第四管路上设置有第七阀门。

10.权利要求1～9任一项所述的分析系统的使用方法，包括如下步骤：

(1)将待测气体取样口接入分析系统进样口；

(2)开启第二阀门，调节载气流量；

(3)接通系统电源，设置色谱分析单元、水分析单元的工作参数，待仪器稳定后，系统进入样品分析状态；

(4)打开第一阀门，打开第三阀门，将系统抽真空，待系统抽真空后，关闭第三阀门；

(5)打开样品气开关阀，将样品气通入系统，取样后，关闭样品气开关阀，进行气体分析和水分分析。