一種定性定量分析SF₆氣體中痕量雜質的方法

專利名稱：一種定性定量分析SF₆氣體中痕量雜質的方法
技術領域：
本發明屬于分析檢測領域，具體涉及到一種定性定量分析SF6氣體中痕量雜質的方法。
背景技術：
SF6氣體在常溫下無色、無味、無毒，具有化學性質穩定、介電強度高以及滅弧性能好等特點，使其作為一種優良的絕緣介質被廣泛地運用在各種電氣設備中。然而，SF6氣體中在工業制備過程中不可避免會引入雜質，特別是碳氟化物(如CF4X2F6等)。由于受成本影響，不同廠家后處理工藝不盡相同，導致導致國產SF6新氣品質不一。隨著SF6絕緣電氣設備運行年限增加，將出現各種絕緣故障問題，其特點是在設備內部絕緣介質在未擊穿前發生局部放電。已有研究表明，低品質SF6在發生絕緣故障時絕緣強度劣化更快。因此，控制SF6新氣品質對延長電氣運行壽命具有重要意義。這就要求在未使用前對SF6氣體所含雜質進行詳細、準確的定性定量分析，從而達到控制SF6氣體品質的目的。目前，分析SF6氣體中痕量雜質的常用方法為氣相色譜法。但是，在實際應用中存在如下問題:I)分析結果不全面。利用氣相色譜法對SF6氣體進行雜質檢測，色譜柱的選擇尤其重要，其對目標化合物的有效分離決定了后續的定量分析。IEC60480-2004標準中建議采用Porapak Q填充柱進行分離，但從特征色譜圖中(

圖1)可以看出，SO2F2的保留時間與SF6的相近，兩者同時出峰，不能實現完全分離。同時，該柱子不能檢測其他硫化物如S2F10O, H2S,且SF6氣體中含有的碳氟化物如C2F6、C4F10等也不易檢出。而若使用申請號為201010134902.6 “一種分析電氣設備中的SF6的分解產物的方法”推薦的Gas Pro色譜柱，雖然能夠實現SO2F2與SF6分離，但是SOF2在柱子里易轉化成SO2而無法檢測。2)準確定性不容易。采用氣相色譜法對未知樣品進行分析，定性過程需要將保留時間與已知物標準氣體進行比對，從而確定未知樣品成分。若無標準氣體或是某些成分共同出峰，則會給準確定性造成困難。3)定量存在互干擾。氣相色譜法只能對完整分離峰形進行積分計算，檢測過程若未能將各目標化合物完全分離，峰形部分疊加甚至完全重合則無法準確定量，相互之間存在干擾。

發明內容
本發明的目的是提供了一種能夠全面分析并且準確定性、定量SF6氣體中痕量雜質的色譜質譜聯用分析方法。為了實現上述目的，本發明的技術方案為:提供一種定性定量分析SF6氣體中雜質的方法，主要步驟包括:I)采樣；
2)利用氣相色譜一質譜聯用儀對樣品進行定性、定量分析，檢測器為四極桿質量檢測器，色譜柱采用CP-Sil 5 CB毛細管柱。所述步驟2)選擇的CP-Sil 5 CB色譜柱，其參數為:長度為60m，膜厚為8 μ m，內徑為0.32_。優選地，所述步驟2)的分析方法，分析條件如下，載氣:高純He氣(99.9999%)；柱箱溫度:起始40°C -60°C，最終150 V -220 V ;升溫速率:5 V /min-20°C /min ;柱流量:
0.9mL/min-l.2 mL/min ;吹掃流量:3 ml ,/mi η。所述步驟2)的分析方法，分析SF6氣體中的痕量雜質，其參數為:①色譜分析條件如下:載氣:高純He 氣(99.9999%)，進樣體積:300μ L，柱箱溫度:40 °〇恒溫保持8.5min,以15 °C /min速率升溫至150 °C，保持Imin，進樣口溫度:200 °C，進樣模式:分流，分流比:10，流量控制方式:恒線速度，壓力:35kPa，柱流量:0.9mL/min,吹掃流量:3.0mL/min②質譜分析條件如下:離子源溫度:200°C，接口溫度:250 °C，檢測器開關時間:開始檢測后，在時間4min打開，在時間4.66min關閉，在時間4.98min打開，在時間8.5min關閉，檢測器采集方式:SM，采集離子峰:包括質荷比為69、50、119、44、131、83、102、67、127、105、89、86、48、169、34、33、181、100、64、66、202、133 的離子峰。所述步驟2)的分析方法，同步利用保留時間和參考離子識別化合物，設定保留時間偏移范圍±0.069min，設定參考離子相對強度偏差值80%。所述步驟2)的SF6中痕量雜質分析檢測包括:進樣；開始檢測后，在SF6出峰前，分析 CF4、C2F6 (時間段 4min-4.66min);待 SF6 出峰完畢，分析 CO2, C2F6S2' C4F10' C5F10' SO2F2'SF5OSO2F' SOF2' S2F10O' SO2, H2S (時間段 4.98min_8.5min)。所述步驟2)的分析方法，目標化合物的定量采用外標法，通過購買化合物標準氣體(CF4、CO2, SO2F2, SOF2, S02、H2S、C3F8),建立“濃度一峰面積”對應的標準曲線，標準曲線線性擬合過程中非強制過零點，根據積分 計算出峰面積，再由標準曲線計算出目標化合物濃度值。對于無法購置標準氣體的化合物(C4Flcl、C5Flcl、C2F6S2、SF50S02F、S2Flcl0)，采用相對校正因子方式進行半定量。其中，C2F6S2、SF5OSO2F、S2FltlO均取相對SF6校正因子為7.0，而C2F6、C4F10, C5F10均取相對C3F8校正因子為1.0。所述步驟2)的分析方法，能夠購置標準氣體的化合物(CF4、CO2, SO2F2, SOF2^H2S),以及已有文獻報道相對校正因子的S2FltlO,可確定檢測下限(如表I所示)；對于半定量的化合物(C2F6、C4F10, C5F10, C2F6S2, SF5OSO2F),以及雖有標準氣體但是定量受柱子殘留影響的SO2,檢測下限無法確定。表1 SF6氣體痕量雜質定量分析方法檢測下限
權利要求
1.一種定性定量分析SF6氣體中痕量雜質的方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)采樣； 2)利用氣相色譜一質譜聯用儀對樣品進行定性、定量分析，檢測器為四極桿質量檢測器，色譜柱采用CP-Sil 5 CB毛細管柱。
2.按權利要求1所述的定性定量分析SF6氣體中痕量雜質的方法，其特征在于:色譜柱參數為:長度為60m,膜厚為8 μ m,內徑為0.32mm。
3.按權利要求1所述的定性定量分析3 6氣體中痕量雜質的方法，其特征在于:分析條件如下: 載氣:高純He氣(99.9999%)， 柱箱溫度:起始40°C -60°C，最終150 V -220 °C， 升溫速率:5 V /min-20 V /min,柱流量:0.9mL/min-l.2 ml ,/mi η , 吹掃流量:3 mL/min。
4.按權利要求3所述的定性定量分析SF6氣體中痕量雜質的方法，其特征在于: 1)色譜分析條件如下: 載氣:高純He氣( 99.9999%)， 進樣體積:300 μ L， 柱箱溫度:40 1:恒溫保持8.5min,以15 V /min速率升溫至150 °C，保持lmin， 進樣口溫度:200 °C, 進樣模式:分流， 分流比:10， 流量控制方式:恒線速度， 壓力:35kPa, 柱流量:0.9mL/min, 吹掃流量:3.0mL/min ； 2)質譜分析條件如下: 離子源溫度:200°C， 接口溫度:250°C， 檢測器開關時間:開始檢測后，在時間4min打開，在時間4.66min關閉，在時間4.98min打開，在時間8.5min關閉， 檢測器采集方式:SM， 采集離子峰:包括質荷比為 69、50、119、44、131、83、102、67、127、105、89、86、48、169、34、33、181、100、64、66、202、133 的離子峰。
5.按權利要求4所述的定性定量分析SF6氣體中痕量雜質的方法，其特征在于:同步利用保留時間和參考離子識別目標化合物，設定保留時間偏移范圍±0.069min，設定參考離子相對強度偏差值80%。
6.按權利要求4所述的定性定量分析SF6氣體中痕量雜質的方法，其特征在于:進樣，開始檢測后，在SF6出峰前，在時間段4min-4.66min，分析CF4X2F6 ;待SF6出峰完畢，在時間段 4.98min-8.5min,分析 CO2, C2F6S2' C4F10' C5F10' SO2F2' SF5OSO2F' SOF2' S2F10O' SO2, H2S0
7.按權利要求4所述的定性定量分析3 6氣體中痕量雜質的方法，其特征在于:目標化合物的定量采用外標法，建立“濃度一峰面積”對應的標準曲線，標準曲線線性擬合過程中非強制過零點，根據積分計算出峰面 積，再由標準曲線計算出目標化合物濃度值。
全文摘要
本發明公開了一種定性定量分析SF6氣體中痕量雜質的方法。其主要步驟包括采樣；利用氣相色譜—質譜聯用儀對樣品進行定性、定量分析，檢測器為四極桿質量檢測器，色譜柱采用CP-Sil 5 CB毛細管柱。與現有技術相比，本發明檢測組分種類全面，能夠檢測CF4、C2F6、CO2、C2F6S2、C4F10、C5F10、SO2F2、SF5OSO2F、SOF2、S2F10O、SO2、H2S等12種組分，并對上述化合物進行快速識別和準確定量分析。通過分析SF6氣體中痕量雜質，能夠控制充入電氣設備中SF6氣體品質，延長電氣設備服役壽命。
文檔編號G01N30/88GK103091440SQ201310014608
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月16日 優先權日2013年1月16日
發明者陳林聰, 裘吟君, 陳曉琳, 張薇, 李欣然 申請人:海南電力技術研究院