CN114660221A - 一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置及其分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置及其分析方法，分析装置包括第一气动十通阀，第二气动十通阀，两个热导检测器、载气主管、第一载气管、第二载气管、第三载气管、第四载气管、第一平衡气管和第二平衡气管，所述第一气动十通阀和第二气动十通阀有均有一至十号接口；第一载气经七通接头连接第一气动十通阀的一号接口，第二载气经七通接头连接第一气动十通阀的八号口，第三载气经七通接头连接第二气动十通阀的一号口，第四载气经七通接头连接第二气动十通阀的八号口，第一气动十通阀和第二气动十通阀的二号接口和五号接口之间均连接有定量环；所述分析方法在生产成本，分析周期，数据有效性以及气相色谱仪稳定性上有重大突破。

Description

一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置及其分析方法

技术领域

本发明涉及气体分析装置及其分析方法，尤其涉及一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置及其分析方法，属于气体检测和分析技术领域。

背景技术

三氟碘甲烷作为高制冷剂具有油溶性和材料相容性有很好的特点，是高效安全的灭火剂，还是将三氟甲基引入有机分子中的重要试剂。另其更是重要的电子刻蚀气体。

目前工业制备三氟碘甲烷主要使用全氟羟酸盐法和液相碘化法和目前的气相合成法。

三氟碘甲烷在合成过程中产生的杂质，目前普遍使用化学法，但精度较低。使用光谱或质谱精度高，但产生较高检测成本且分析时间长。

因此，研发一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置及其分析方法，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述不足，提供了一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置及其分析方法。

本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置，包括第一气动十通阀、第二气动十通阀、载气主管、七通接头、热导检测器一和热导检测器二，所述载气主管通过七通接头连接有第一载气管、第二载气管、第三载气管、第四载气管、第一平衡气管和第二平衡气管，所述第一气动十通阀和第二气动十通阀上均设有十个接口；第一载气管连接第一气动十通阀的一号接口，第二载气管连接第一气动十通阀的八号接口，第三载气管连接第二气动十通阀的一号接口，第四载气管连接第二气动十通阀的八号接口，第一气动十通阀的二号接口和五号接口之间连接有第一定量环，第二气动十通阀的二号接口和五号接口之间连接有第二定量环；样品进口管连接第一气动十通阀的三号接口，样品出口管连接第二气动十通阀的四号接口，第一气动十通阀的十号接口和热导检测器一分析臂之间连接有13X色谱分析柱，第一气动十通阀的六号接口和九号接口之间连接有CST色谱预分离柱，第二气动十通阀的十号接口和热导检测器二分析臂之间连接有P-Q色谱分析柱，第一气动十通阀的六号接口和九号接口之间连接有P-Q色谱预分离柱，第一气动十通阀的四号接口和第二气动十通阀的三号接口用钝化不锈钢管连接，第一气动十通阀的七号接口和第二气动十通阀的七号接口均分别连接管道排空，第一气动十通阀和第二气动十通阀的分析路和平衡路分别连接管道排空。

进一步地，所述载气主管上设有稳压阀，第一载气管、第二载气管、第三载气管、第四载气管、第一平衡气管和第二平衡气管上均分别设有第二稳流阀，第三稳流阀，第四稳流阀，第五稳流阀、第一稳流阀、第六稳流阀，保证给各个色谱柱及热导检测器提供稳定的气源。

进一步地，所述样品出口管和第二气动十通阀的四号接口之间通过三通接头连接有压力传感器，压力传感器的压力为-100KP-500KP。

进一步地，所述不锈钢管采用内壁经过钝化处理防吸附的内涂层1/16不锈钢钝化管道，消除在检测过程中管道对杂质的吸附，提高检测准确度。

进一步地，所述气动十通阀采用VICI的钝化气动十通阀。

进一步地，所述13X色谱分析柱、CST色谱预分离柱、P-Q色谱分析柱、P-Q色谱预分离柱使用内壁经过钝化处理的1/8不锈钢管填充；

进一步地，所述样品进口管设有用于吹扫样品管路的氦气吹扫装置，以保证样品进入定量管的真实性。

进一步地，所述样品进口管上设有第一隔膜阀，样品出口管上设有第二隔膜阀，以利于抽真空进样的有效性。

本发明还提供了一种三氟碘甲烷中杂质的分析方法，采用前述三氟碘甲烷中杂质的分析装置，具体包括以下步骤：

S1：设置两个自动气动十通阀V1和V2，其中第一气动十通阀配合预CST色谱预分离柱和13X色谱分析柱负责分离氢气、氧氩合峰、氮气、一氧化碳、甲烷和四氟化碳，第二气动十通阀配合P-Q色谱预分离柱和P-Q色谱分析柱负责分离二氧化碳和三氟溴甲烷；

S2：开始分析前，通过氦气吹扫和抽真空，待测样品气通过样品进口管到隔膜阀，通过隔膜阀出口至第一气动十通阀，依次经三号接口、二号接口、五号接口、四号接口，四号接口与第二气动十通阀的三号接口经不锈钢管连接后，依次通过第二气动十通阀的三号接口、二号接口、五号接口、四号接口，然后流至样品出口管，使样品充满两个1mL定量环；

S3：三通接头的一号接口和压力传感器相连接，进样时，压力读数会传到色谱工作站中，通过调节进样前端阀门的压力，控确保每次进样量一致；

S4：开始分析后，同时切换第一气动十通阀和第二气动十通阀，使第一气动十通阀和第二气动十通阀连通状态变为切换状态；

S5：第一载气管的载气依次经过第一气动十通阀的一号接口、二号接口、五号接口、六号接口将第一定量环中的样品带入CST色谱预分离柱中分离，样品中的氢气，空气合峰及四氟化碳先流出CST色谱预分离柱至13X色谱分析柱中，经13X色谱分析柱的分离，H2、O2、N2、CO、CH4、CF4依次流入热导检测器一的检测臂；

S6：当样品中的四氟化碳由CST色谱预分离柱完全流入13X色谱分析柱中时，第一气动十通阀复位至复位状态，通过第二载气管中载气的反吹，使样品中未流出的三氟碘甲烷主成分和其他杂质由第一气动十通阀的七号接口排出至排空管道中；

S7：当第二气动十通阀切换至切换状态时，第三载气管中的载气依次经过第二气动十通阀的一号接口、二号接口、五号接口、六号接口将定量环中的样品带入P-Q色谱预分离柱中分离，样品中的氢气，空气合峰及CO2先流出P-Q色谱预分离柱至P-Q色谱分析柱中；

S8：当样品中的CO2由P-Q色谱预分离柱完全流入P-Q色谱分析柱中时，第一气动十通阀复位至复位状态，通过第二载气管中载气的正吹，继续带动P-Q色谱预分离柱中的其他组分依次流出色谱柱至排空管道中；

S9：在第四载气管中载气的推动下，三氟碘甲烷主成分经P-Q色谱预分离柱由第二气动十通阀的八号接口放入排空管道；

S10：当三氟溴甲烷即将流出预分离柱P-Q时，第二气动十通阀再次切换至切换状态，继续由第四载气管中的载气将三氟溴甲烷推动至P-Q色谱分析柱中；

S11：当样品中的三氟溴甲烷由P-Q色谱预分离柱完全流入P-Q色谱分析柱中时，第二气动十通阀复位至复位状态，通过第四载气管中载气的正吹，使样品中未流出的其他成分由第二气动十通阀的七号接口排出至排空管道中；

S12：流入P-Q色谱分析柱中的组分，在第一载气的推动下，经过P-Q色谱分析柱再次分离，氢气、空气合峰后和CO2依次流入热导检测器二的检测臂；

S13：通过色谱工作站的处理，一次进样可生成两个检测器的检测结果。

工作时，载气采用99.999％的高纯氦气，所述载气连接管均采用经过钝化处理的1/16英寸不锈钢管道，所述气动六通阀使用VICO的钝化阀。载气经过稳压阀将气体压力稳定在40psi，通过七通接头将其分配为六路，分别为第一载气、第二载气、第三载气，第四载气，第一平衡气和第二平衡气，每一路通过稳流阀控制，保证载气稳定输出。

本发明通过CST预分离柱和13X分析柱及P-Q预分离与和P-Q分析柱各自分离特性的结合使用，配合阀切割技术将只能用化学法或光谱、质谱长时间检测的三氟碘甲烷中各杂质，使用色谱仪精准快速检测，具有非常好的实用价值。

本发明与现有技术相比的优点是：

本发明的分析装置及其分析方法在分析周期，数据有效性，色谱仪稳定性以及生产成本上有重大突破。

1、缩短了分析周期。光谱分析周期为45min左右，该装置分析周期在20min以内，

2、分析结果满足要求。通过稳压阀和稳流阀的配合使用，气路受干扰因素减少，进一步确保分析的准确性。各待测杂质完全分离，到达分析要求。

3、降低了分析成本，原本只能用复杂的化学法，或光谱、质谱检测的杂质，现可使用气相色谱仪检测。

附图说明

图1是本发明中所有阀处于复位状态的结构示意图。

图2是本发明中所有阀处于切换状态的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详述。

如图1所示，本发明的一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置，包括第一气动十通阀V1、第二气动十通阀V2、载气主管2、七通接头3、热导检测器一1-12和热导检测器二1-13，所述载气主管2通过七通接头3连接有第一载气管2-2、第二载气管2-3、第三载气管2-4、第四载气管2-5、第一平衡气管2-1和第二平衡气管2-6，所述第一气动十通阀V1和第二气动十通阀V2上均设有十个接口；第一载气管2-2连接第一气动十通阀V1的一号接口，第二载气管2-3连接第一气动十通阀V1的八号接口，第三载气管2-4连接第二气动十通阀V2的一号接口，第四载气管2-5连接第二气动十通阀V2的八号接口，第一气动十通阀V1的二号接口和五号接口之间连接有第一定量环6，第二气动十通阀V2的二号接口和五号接口之间连接有第二定量环7；样品进口管4连接第一气动十通阀V1的三号接口，样品出口管5连接第二气动十通阀V2的四号接口，第一气动十通阀V1的十号接口和热导检测器一1-12分析臂之间连接有13X色谱分析柱1-8，第一气动十通阀V1的六号接口和九号接口之间连接有CST色谱预分离柱1-9，第二气动十通阀V2的十号接口和热导检测器二1-13分析臂之间连接有P-Q色谱分析柱1-10，第一气动十通阀的六号接口和九号接口之间连接有P-Q色谱预分离柱1-11，第一气动十通阀V1的四号接口和第二气动十通阀V2的三号接口用钝化不锈钢管连接，第一气动十通阀V1的七号接口和第二气动十通阀V2的七号接口均分别连接管道排空，第一气动十通阀V1和第二气动十通阀V2的分析路和平衡路分别连接管道排空。

进一步地，所述载气主管2上设有稳压阀，第一载气管2-2、第二载气管2-3、第三载气管2-4、第四载气管2-5、第一平衡气管2-1和第二平衡气管2-2上均分别设有第二稳流阀1-2，第三稳流阀1-3，第四稳流阀1-4，第五稳流阀1-5、第一稳流阀1-1、第六稳流阀1-6，保证给各个色谱柱及热导检测器提供稳定的气源。

进一步地，所述样品出口管5和第二气动十通阀的四号接口之间通过三通接头8连接有压力传感器9，压力传感器的压力为-100KP-500KP。

进一步地，所述不锈钢管采用内壁经过钝化处理防吸附的内涂层1/16不锈钢钝化管道，消除在检测过程中管道对杂质的吸附，提高检测准确度。

进一步地，所述气动十通阀采用VICI的钝化气动十通阀。

进一步地，所述13X色谱分析柱1-8、CST色谱预分离柱1-9、P-Q色谱分析柱1-10、P-Q色谱预分离柱1-11使用内壁经过钝化处理的1/8不锈钢管填充；

进一步地，所述样品进口管4设有用于吹扫样品管路的氦气吹扫装置，以保证样品进入定量管的真实性。

进一步地，所述样品进口管上设有第一隔膜阀1-14，样品出口管5上设有第二隔膜阀1-7，以利于抽真空进样的有效性。

本发明还提供了一种三氟碘甲烷中杂质的分析方法，采用前述三氟碘甲烷中杂质的分析装置，具体包括以下步骤：

S1：设置两个自动气动十通阀V1和V2，其中第一气动十通阀V1配合预CST色谱预分离柱1-9和13X色谱分析柱1-8负责分离氢气、氧氩合峰、氮气、一氧化碳、甲烷和四氟化碳，第二气动十通阀V2配合P-Q色谱预分离柱1-11和P-Q色谱分析柱1-10负责分离二氧化碳和三氟溴甲烷；

S2：开始分析前，通过氦气吹扫和抽真空，待测样品气通过样品进口管4到隔膜阀1-14，通过隔膜阀1-14出口至第一气动十通阀V1，依次经三号接口、二号接口、五号接口、四号接口，四号接口与第二气动十通阀V2的三号接口经不锈钢管连接后，依次通过第二气动十通阀V2的三号接口、二号接口、五号接口、四号接口，然后流至样品出口管5，使样品充满两个1mL定量环；

S3：三通接头的一号接口和压力传感器相连接，进样时，压力读数会传到色谱工作站中，通过调节进样前端阀门的压力，控确保每次进样量一致；

S4：开始分析后，同时切换第一气动十通阀V1和第二气动十通阀V2，使第一气动十通阀V1和第二气动十通阀V2连通状态变为图2所示的连接状态；

S5：第一载气管2-2的载气依次经过第一气动十通阀V1的一号接口、二号接口、五号接口、六号接口将第一定量环6中的样品带入CST色谱预分离柱1-9中分离，样品中的氢气，空气合峰及四氟化碳先流出CST色谱预分离柱1-9至13X色谱分析柱1-8中，经13X色谱分析柱1-8的分离，H2、O2、N2、CO、CH4、CF4依次流入热导检测器一1-12的检测臂；

S6：当样品中的四氟化碳由CST色谱预分离柱1-9完全流入13X色谱分析柱1-8中时，第一气动十通阀V1复位至图1状态，通过第二载气管2-3中载气的反吹，使样品中未流出的三氟碘甲烷主成分和其他杂质由第一气动十通阀V1的七号接口排出至排空管道10中；

S7：当第二气动十通阀V2切换至图2状态时，第三载气管中的载气依次经过第二气动十通阀V2的一号接口、二号接口、五号接口、六号接口将定量环中的样品带入P-Q色谱预分离柱1-11中分离，样品中的氢气，空气合峰及CO2先流出P-Q色谱预分离柱1-11至P-Q色谱分析柱1-10中；

S8：当样品中的CO2由P-Q色谱预分离柱1-11完全流入P-Q色谱分析柱1-10中时，第一气动十通阀复位至图1状态，通过第二载气管中载气的正吹，继续带动P-Q色谱预分离柱1-11中的其他组分依次流出色谱柱至排空管道10中；

S9：在第四载气管中载气的推动下，三氟碘甲烷主成分经P-Q色谱预分离柱1-11由第二气动十通阀V2的八号接口放入排空管道10；

S10：当三氟溴甲烷即将流出预分离柱P-Q时，第二气动十通阀V2再次切换至图2的连接状态，继续由第四载气管中的载气将三氟溴甲烷推动至P-Q色谱分析柱1-10中；

S11：当样品中的三氟溴甲烷由P-Q色谱预分离柱1-11完全流入P-Q色谱分析柱1-10中时，第二气动十通阀V2复位至图1状态，通过第四载气管中载气的正吹，使样品中未流出的其他成分由第二气动十通阀V2的七号接口排出至排空管道10中；

S12：流入P-Q色谱分析柱1-10中的组分，在第一载气的推动下，经过P-Q色谱分析柱1-10再次分离，氢气、空气合峰后和CO2依次流入热导检测器二1-13的检测臂；

S13：通过色谱工作站的处理，一次进样可生成两个检测器的检测结果。

工作时，载气采用99.999％的高纯氦气，所述载气连接管均采用经过钝化处理的1/16英寸不锈钢管道，所述气动六通阀使用VICO的钝化阀。载气经过稳压阀将气体压力稳定在40psi，通过七通接头将其分配为六路，分别为第一载气、第二载气、第三载气，第四载气，第一平衡气和第二平衡气，每一路通过稳流阀控制，保证载气稳定输出。

本实施例通过CST预分离柱和13X分析柱及P-Q预分离与和P-Q分析柱各自分离特性的结合使用，配合阀切割技术将只能用化学法或光谱、质谱长时间检测的三氟碘甲烷中各杂质，使用色谱仪精准快速检测，具有非常好的实用价值。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置，其特征在于：包括第一气动十通阀、第二气动十通阀、载气主管、七通接头、热导检测器一和热导检测器二，所述载气主管通过七通接头连接有第一载气管、第二载气管、第三载气管、第四载气管、第一平衡气管和第二平衡气管，所述第一气动十通阀和第二气动十通阀上均设有十个接口；第一载气管连接第一气动十通阀的一号接口，第二载气管连接第一气动十通阀的八号接口，第三载气管连接第二气动十通阀的一号接口，第四载气管连接第二气动十通阀的八号接口，第一气动十通阀的二号接口和五号接口之间连接有第一定量环，第二气动十通阀的二号接口和五号接口之间连接有第二定量环；样品进口管连接第一气动十通阀的三号接口，样品出口管连接第二气动十通阀的四号接口，第一气动十通阀的十号接口和热导检测器一分析臂之间连接有13X色谱分析柱，第一气动十通阀的六号接口和九号接口之间连接有CST色谱预分离柱，第二气动十通阀的十号接口和热导检测器二分析臂之间连接有P-Q色谱分析柱，第一气动十通阀的六号接口和九号接口之间连接有P-Q色谱预分离柱，第一气动十通阀的四号接口和第二气动十通阀的三号接口用钝化不锈钢管连接，第一气动十通阀的七号接口和第二气动十通阀的七号接口均分别连接管道排空，第一气动十通阀和第二气动十通阀的分析路和平衡路分别连接管道排空。

2.根据权利要求1所述的一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置，其特征在于：所述载气主管上设有稳压阀，第一载气管、第二载气管、第三载气管、第四载气管、第一平衡气管和第二平衡气管上均分别设有第二稳流阀，第三稳流阀，第四稳流阀，第五稳流阀、第一稳流阀、第六稳流阀，保证给各个色谱柱及热导检测器提供稳定的气源。

3.根据权利要求1所述的一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置，其特征在于：所述样品出口管和第二气动十通阀的四号接口之间通过三通接头连接有压力传感器，压力传感器的压力为-100KP-500KP。

4.根据权利要求1所述的一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置，其特征在于：所述不锈钢管采用内壁经过钝化处理防吸附的内涂层1/16不锈钢钝化管道。

5.根据权利要求1所述的一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置，其特征在于：所述气动十通阀采用VICI的钝化气动十通阀。

6.根据权利要求1所述的一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置，其特征在于：所述13X色谱分析柱、CST色谱预分离柱、P-Q色谱分析柱、P-Q色谱预分离柱使用内壁经过钝化处理的1/8不锈钢管填充。

7.根据权利要求1所述的一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置，其特征在于：所述样品进口管设有用于吹扫样品管路的氦气吹扫装置。

8.根据权利要求1所述的一种三氟碘甲烷中杂质的分析装置，其特征在于：所述样品进口管上设有第一隔膜阀，样品出口管上设有第二隔膜阀。

9.一种三氟碘甲烷中杂质的分析方法，其特征在于：采用权利要求1-8中任一权利要求所述的三氟碘甲烷中杂质的分析装置进行分析，具体包括以下步骤：

S1：设置两个自动气动十通阀V1和V2，其中第一气动十通阀配合预CST色谱预分离柱和13X色谱分析柱负责分离氢气、氧氩合峰、氮气、一氧化碳、甲烷和四氟化碳，第二气动十通阀配合P-Q色谱预分离柱和P-Q色谱分析柱负责分离二氧化碳和三氟溴甲烷；

S2：开始分析前，通过氦气吹扫和抽真空，待测样品气通过样品进口管到隔膜阀，通过隔膜阀出口至第一气动十通阀，依次经三号接口、二号接口、五号接口、四号接口，四号接口与第二气动十通阀的三号接口经不锈钢管连接后，依次通过第二气动十通阀的三号接口、二号接口、五号接口、四号接口，然后流至样品出口管，使样品充满两个1mL定量环；

S3：三通接头的一号接口和压力传感器相连接，进样时，压力读数会传到色谱工作站中，通过调节进样前端阀门的压力，控确保每次进样量一致；

S4：开始分析后，同时切换第一气动十通阀和第二气动十通阀，使第一气动十通阀和第二气动十通阀连通状态变为切换状态；

S5：第一载气管的载气依次经过第一气动十通阀的一号接口、二号接口、五号接口、六号接口将第一定量环中的样品带入CST色谱预分离柱中分离，样品中的氢气，空气合峰及四氟化碳先流出CST色谱预分离柱至13X色谱分析柱中，经13X色谱分析柱的分离，H2、O2、N2、CO、CH4、CF4依次流入热导检测器一的检测臂；

S6：当样品中的四氟化碳由CST色谱预分离柱完全流入13X色谱分析柱中时，第一气动十通阀复位至复位状态，通过第二载气管中载气的反吹，使样品中未流出的三氟碘甲烷主成分和其他杂质由第一气动十通阀的七号接口排出至排空管道中；

S7：当第二气动十通阀切换至切换状态时，第三载气管中的载气依次经过第二气动十通阀的一号接口、二号接口、五号接口、六号接口将定量环中的样品带入P-Q色谱预分离柱中分离，样品中的氢气，空气合峰及CO2先流出P-Q色谱预分离柱至P-Q色谱分析柱中；

S8：当样品中的CO2由P-Q色谱预分离柱完全流入P-Q色谱分析柱中时，第一气动十通阀复位至复位状态，通过第二载气管中载气的正吹，继续带动P-Q色谱预分离柱中的其他组分依次流出色谱柱至排空管道中；

S9：在第四载气管中载气的推动下，三氟碘甲烷主成分经P-Q色谱预分离柱由第二气动十通阀的八号接口放入排空管道；

S10：当三氟溴甲烷即将流出预分离柱P-Q时，第二气动十通阀再次切换至切换状态，继续由第四载气管中的载气将三氟溴甲烷推动至P-Q色谱分析柱中；

S11：当样品中的三氟溴甲烷由P-Q色谱预分离柱完全流入P-Q色谱分析柱中时，第二气动十通阀复位至复位状态，通过第四载气管中载气的正吹，使样品中未流出的其他成分由第二气动十通阀的七号接口排出至排空管道中；

S12：流入P-Q色谱分析柱中的组分，在第一载气的推动下，经过P-Q色谱分析柱再次分离，氢气、空气合峰后和CO2依次流入热导检测器二的检测臂；

S13：通过色谱工作站的处理，一次进样可生成两个检测器的检测结果。

本发明通过CST预分离柱和13X分析柱及P-Q预分离与和P-Q分析柱各自分离特性的结合使用，配合阀切割技术将只能用化学法或光谱、质谱长时间检测的三氟碘甲烷中各杂质，使用色谱仪精准快速检测，具有非常好的实用价值。

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