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痕量杂质的“捕手”:光谱与色谱技术在氢气检测中的对决

2025-09-02

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面对氢气中ppb(十亿分之一)级别的痕量杂质,传统的检测手段已力不从心。现代氢气纯度分析的战场,早已成为光谱学与色谱学两大技术流派的“对决”。它们各施绝技,“捕获”那些肉眼不可见却足以致命的杂质分子。

在GB/T 16942-2009中,光腔衰荡光谱法(CRDS) 被明确推荐用于水分(H₂O)的测定。这项技术的原理堪称精妙:一束脉冲激光被射入由一对超高反射率镜面构成的光学谐振腔内。在纯净的氢气中,光在腔内来回反射,其强度衰减的时间(即“衰荡时间”)是恒定的。当腔内存在水分子时,激光在特定波长被水分子吸收,导致光能损失加剧,衰荡时间显著缩短。通过精确测量这一时间差,即可反演出水分子的浓度。

其优势在于灵敏度极高(检测限可达0.05 ppm),响应速度快,且实现了非接触式测量,避免了采样污染,完美契合了电子工业对超高纯度和在线监控的需求。

而色谱技术,尤其是气相色谱法(GC),则在多组分分析中占据统治地位。GB/T 37244-2018和GB/T 16942-2009均将GC作为一氧化碳、二氧化碳、总烃等杂质的仲裁方法。其核心在于“分离”与“检测”。样品气在载气推动下通过色谱柱,不同组分因在固定相中溶解度的差异而实现分离,先后到达检测器。对于氢气这种背景气,氦离子化检测器(PDHID) 是理想选择,它对几乎所有杂质都有高响应,且不受氢气背景的干扰。

更前沿的 硫化学发光检测器(SCD),被ASTM D7652(GB/T 37244引用)用于总硫检测,它对硫化物具有极高的选择性和灵敏度,能将硫元素转化为激发态的SO₂,通过测量其发光强度来定量,有效避免了其他组分的干扰。

这场“对决”并非零和博弈。在实际应用中,往往是多种技术的联用。例如,先用GC分离复杂组分,再用CRDS或SCD等高选择性检测器进行精确定量。正是这些技术的协同作战,才使得我们有能力对氢气进行全方位的“体检”,为高纯度氢气的应用保驾护航。


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