专利名称:一种定量检测六氟化硫气体中杂质的系统和方法
技术领域:
本发明涉及杂质检测领域,具体地,涉及一种定量检测六氟化硫气体中杂质的系统,以及利用该系统定量检测六氟化硫气体中杂质的方法。
背景技术:
六氟化硫(SF6)气体具有不燃烧、优异的绝缘性能和灭弧性能,目前被广泛用于高压/超高压/特高压电器(如断路器、GIS等)中。虽然SF6气体的化学性质极为稳定且其纯气体无毒无害,但在生产和使用过程中常带入一定杂质,此外在大功率电弧冲击、高温、高能离子等作用下其本身会发生分解且可与其它杂质反应而产生若干产物。其中某些杂质组分毒性较大,会严重危害人生健康及设备安全,因此必须对出厂及使用过的SF6气体中的微量/痕量杂质实行严格的质量检测。
关于SF6气体中杂质的检测方法有过一些报道,有一些使用的是填充柱、热导检测器(IOD)/火焰光度检测器(FPD)双检测器串联气相色谱法,这些方法不足之处主要有1)、需要手动切换对SF6进行放空,以避免FH)熄火;2)、需要两次进样,操作相对繁琐;3)、对含硫氟化物的检测最低到只能到O. 5ppm ;4)、没有系统性对SF6气体中的氟碳和含硫氟化物杂质进行有效检测。而文献气相色谱一质谱联用技术在六氟化硫气体痕量杂质分析中的应用(王继宗等,《质谱》,1981年第02期)公开的是采用色谱-质谱联用技术,分析得到了六氟化硫中的十四种杂质组分。存在的问题为文献仅对六氟化硫进行了气相色谱-质谱联用技术进行分析,检测出其中含有十四种痕量杂质,并未涉及任何对杂质进行定量的技术,并且文中也未提及可以将C2F6与SF6进行完全分离。因此,为了解决现有技术中存在的问题,需要开发出一种新的定量检测SF6气体中杂质的系统,以及相关的检测方法。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题,本发明的目的之一在于,提供一种定量检测六氟化硫气体中杂质的系统。本发明的另一目的在于,提供一种利用所述系统定量检测六氟化硫气体中杂质的方法。该系统和方法可用于生产过程在线监控,系统性地对SF6产品进行质量控制以及对电器中使用过的SF6中进行杂质检测和定量分析。本发明提供的定量检测六氟化硫气体中杂质的系统,其中的检测仪器为气质联用仪,配有双柱、双检测器并联装置,所述双柱、双检测器并联装置的结构为六通阀作为进样器,其后连接一个可调出口分流器,从可调出口分流器处分出两个通路,一路为依次串联的色谱柱HP-PLOT A1203M和质谱检测器(MSD ),另一路为依次串联的毛细管色谱柱GS-CarbonPLOT和热导检测器(TCD);所述两个通路为并联连接。其中,六通阀及其去活管路放置在一个阀箱中。其中,所述阀箱进行温度控制。阀箱控制的温度为80°C。
对进样系统(六通阀及其去活管路)加热能够有效降低含硫氟化物杂质在进样系统管路中的吸附。其中,所述六通阀与载气流路和排空口连接。进一步地,载气流路中还配有电子流量控制器。进一步地,六通阀的进样口和排空口中间还配有定量环。其中,所述色谱柱HP-PLOT Al2O3M和毛细管色谱柱GS-CarbonPLOT共用一个柱温 箱。进一步地,对所述柱温箱进行程序升温控制的条件为初始温度40°C后恒温保持6分钟,然后以15°C /分钟的速度升温至190°C后,继续恒温保持4分钟。其中,所述色谱柱HP-PLOTAi2O3M的规格为长度X内径X膜厚=30mX O. 53mmX 15 μ m、50mX O. 53mmX 15 μ m 或 50mX 0. 32mmX 8 μ m。 优选50m X 0. 32mm X 8 μ m。其中,所述色谱柱HP-PLOT Al2O3M的柱流量为lmL/min。其中,所述质谱检测器的电离方式为电子轰击EI源,70eV。离子源电压由仪器自动调谐优化。扫描模式为选择离子扫描SIM方式。其中,所述质谱检测器的接口温度280°C。离子源温度150°C。其中,所述定量环的体积为I 5mL。优选2mL。其中,所述毛细管色谱柱GS-CarbonPLOT规格为长度可以选择15m或30m,内径可以选择O. 32mm或O. 53mm,膜厚可以选择I. 5 μ m或3 μ m。优选长度X内径X膜厚=30mX O. 53mm X 3 μ m。其中,所述毛细管色谱柱GS-CarbonPLOT的柱流量为2mL/min。其中,所述热导检测器的类型为微量池型。其中,所述热导检测器的温度为6(T15(TC。优选80°C。其中,所述热导检测器的尾吹气流量3"l0mL/min。优选5mL/min。其中,所述可调出口分流器用来进行流量分配调节,保证后面并联两个通路的柱流量比例(色谱柱HP-PLOT Al2O3M :毛细管色谱柱GS-CarbonPLOT)为1:2,这样做能够保证进样的准确性和精密性。本发明提供的利用所述系统定量检测六氟化硫气体中杂质的方法,包括从六通阀进检测样品六氟化硫气体,其流经可调出口分流器,从中分流,一部分检测样品进入质谱检测器所在通路,另一部分进入热导检测器所在通路。其中,六通阀的进样压力为0· 0Γ0. 05Mpa。优选O. 02Mpa。其中,检测样品经分流,进入质谱检测器所在通路和热导检测器所在通路的体积比为1:2。其中,两个通路中,色谱柱HP-PLOT Al2O3M和毛细管色谱柱GS-CarbonPLOT的柱流量比例为1:2。其中,质谱检测器所在通路检测出的杂质为氟碳和含硫氟化物。进一步地,所述氟碳为CxFy,其中X为I到6的整数,y为4到14的偶数。优选y=4,6,8,10 或 12。进一步地,所述含硫氟化物为=SpFqOn,其中P为I到2的整数,q为2到10的整数,η为O到2的整数。优选q=2,4或10。还检测出一种特殊的含硫氟化物,具体为CF3OSF5。其中,热导检测器所在通路检测出的杂质为空气。本发明的提供的定量检测六氟化硫气体中杂质的系统和方法,具体使用气质联用仪,并且将双柱、双检测器并联,可以快速、准确、稳定地定量检测SF6中空气、氟碳及含硫氟化物杂质的方法。不需要手动切换对SF6进行放空,只需要一次进样。以S / N=IO计算,本发明方法检测六氟化硫中氟碳杂质的定量限为O. 02ppm(V/V),检测六氟化硫中的含硫杂质的定量限为O. 05ppm (V/V),检测六氟化硫中空气的定量限为5ppm。本发明提供的技术内容,可用于生产过程在线监控,系统性地对SF6产品进行质量控制以及对电器中使用过的SF6中进行杂质检测,方便快捷,响应线性较好,且重现性和准确性非常好,检测快速,对含硫氟化物的检测最低可达到O. 02ppm。并且,在本发明系统条 件下检测高纯六氟化硫中的空气、氟碳及含硫氟化物杂质具有很好的分离度和较高的灵敏度,总体具有很高的应用和推广价值。
图I :双柱、双检测器并联装置示意图;其中,I为六通阀,2为阀箱,3为定量环,4为电子流量控制器,5为进样口,6为排空口,7为载气流路,8为可调出口分流器,9为毛细管色谱柱GS-CarbonPLOT,10为色谱柱HP-PLOT Al2O3M, 11为热导检测器(TCD),12为质谱检测器(MSD),13为柱温箱,14为热导尾吹气流路。图2 :根据实施例I得到的SF6气体中杂质检测典型总离子流图。图3 :根据实施例I得到的SF6气体中空气含量典型检测色谱图。图4 :根据实施例3得到的SF6气体中空气定量线性曲线;其中,Y=3. 719Χ,R2=O. 9965。图5 :根据实施例3得到的SF6气体中C3F8定量线性曲线;其中,Υ=22669Χ,R2=O. 9913。图6 :根据实施例3得到的SF6气体中SO2F2定量线性曲线;其中,Υ=18060Χ,R2=O. 9999。图7:根据实施例3得到的SF6气体中S2FltlO定量线性曲线;其中,Υ=13735Χ,R2=O. 9983。
具体实施例方式以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。本发明未提及的其他操作条件均为本领域的常规操作,未给出型号和供应商的部件均可以从市场上购得。本发明检测样品的SF6气体来自中昊晨光化工研究院有限公司。实施例I本实施例用本发明的检测系统和方法,检测SFf^R瓶气体,对其中空气、氟碳及含硫氟化物杂质进行定量分析。一、检测系统气质联用仪型号安捷伦6890-5973Ν。
配有的双柱、双检测器并联装置进样器六通阀I (通阀及其去活管路放置在一个阀箱2内;六通阀与载气流路和排空口连接,载气流路中还配有电子流量控制器4,六通阀的进样口 5和排空口 6中间还配有定量环3),其后连接一个可调出口分流器8,从可调出口分流器处8分出两个通路,一路为依次串联的色谱柱HP-PLOT Al2O3M 10和质谱检测器(MSD) 12,另一路为依次串联的毛细管色谱柱GS-CarbonPLOT 9和热导检测器(TCD,微量池型)11 (分流体积比为1:2);这两个通路为并联连接,色谱柱HP-PLOT Al2O3M 10和毛细管色谱柱GS-CarbonPLOT 9共用一个柱温箱13。具体配置条件I)阀箱80O。2 )柱温箱进行程序升温控制条件
权利要求
1.一种定量检测六氟化硫气体中杂质的系统,其中的检测仪器为气质联用仪,其特征在于,配有双柱、双检测器并联装置,所述双柱、双检测器并联装置的结构为六通阀作为进样器,其后连接一个可调出口分流器,从可调出口分流器处分出两个通路,一路为依次串联的色谱柱HP-PLOTAi2O3M和质谱检测器,另一路为依次串联的毛细管色谱柱GS-CarbonPLOT和热导检测器;所述两个通路为并联连接。
2.根据权利要求I所述的系统,其特征在于,六通阀及其去活管路放置在阀箱中,阀箱的温度为80°C。
3.根据权利要求I或2所述的系统,其特征在于,所述色谱柱HP-PLOTAi2O3M和毛细管色谱柱GS-CarbonPLOT共用一个柱温箱,对所述柱温箱进行程序升温的条件为初始温度40°C后恒温保持6分钟,然后以15°C /分钟的速度升温至190°C后,继续恒温保持4分钟;所述热导检测器的温度为6(T150°C ;质谱检测器的接口温度为280°C,离子源温度为150°C。
4.根据权利要求f3任意一项所述的系统,其特征在于,六通阀的进样口和排空口中间还配有定量环,它的体积为l 5mL ;热导检测器的尾吹气流量为3 10mL/min。
5.一种利用权利要求Γ4任意一项所述系统定量检测六氟化硫气体中杂质的方法,包括从六通阀进检测样品六氟化硫气体,其流经可调出口分流器,从中分流,一部分检测样品进入质谱检测器所在通路,另一部分进入热导检测器所在通路。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,六通阀的进样压力为0.0f0.05Mpa。
7.根据权利要求5或6所述的方法,其特征在于,检测样品经分流,进入质谱检测器所在通路和热导检测器所在通路的体积比为1:2。
8.根据权利要求5或6所述的方法,其特征在于,两个通路中,色谱柱HP-PLOTAl2O3M和毛细管色谱柱GS-CarbonPLOT的柱流量比例为1:2。
9.根据权利要求51任意一项所述的方法,其特征在于,质谱检测器所在通路检测出的杂质为氟碳和含硫氟化物;热导检测器所在通路检测出的杂质为空气。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述氟碳为=CxFy,其中X为I到6的整数,y为4到14的偶数;所述含硫氟化物为SpFqOn,其中p为I到2的整数,q为2至Ij 10的整数,η为O到2的整数。
全文摘要
本发明涉及一种定量检测六氟化硫气体中杂质的系统,以及利用该系统定量检测六氟化硫气体中杂质的方法。该系统中的检测仪器为气质联用仪,其特征在于,配有双柱、双检测器并联装置,所述双柱、双检测器并联装置的结构为六通阀作为进样器,其后连接一个可调出口分流器,从可调出口分流器处分出两个通路,一路为依次串联的色谱柱HP-PLOT Al2O3M和质谱检测器,另一路为依次串联的毛细管色谱柱GS-CarbonPLOT和热导检测器;所述两个通路为并联连接。在本发明系统条件下检测高纯六氟化硫中的空气、氟碳及含硫氟化物杂质具有很好的分离度和较高的灵敏度,总体具有很高的应用和推广价值。
文档编号G01N30/02GK102879492SQ201210358140
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者蔡醇洋, 贺颖 申请人:中昊晨光化工研究院有限公司