气体分析仪器评议组

1、气体分析仪器评议组气体分析仪器评议组20092009工作总结工作总结 专家组：沈学静专家组：沈学静 张伟光张伟光 朱跃进朱跃进 秘书：胡少成秘书：胡少成2010.02.092009工作计划 无机材料中氧、氮和氢含量测定比对实验方案无机材料中氧、氮和氢含量测定比对实验方案C:Documents and Settingsshen桌面仪器评议评议实验方案.doc 邀请函邀请函邀请函邀请函1.doc1.doc 各家仪器测量范围、测量准确性和重复性等指标各各家仪器测量范围、测量准确性和重复性等指标各异，指标的获取方式也不相同。异，指标的获取方式也不相同。 通过不同仪器间的实验比对，考察仪器实际性能，通过

2、不同仪器间的实验比对，考察仪器实际性能，规范分析性能指标的表述，方便广大分析测试人员规范分析性能指标的表述，方便广大分析测试人员参考和使用参考和使用专题1：PMA1000脉冲熔融脉冲熔融-飞行时间质谱飞行时间质谱气体元素分析仪气体元素分析仪 研发单位：北京纳克分析仪器有限公司研发单位：北京纳克分析仪器有限公司 特色之处特色之处原理性创新原理性创新 引入质谱检测器引入质谱检测器 氧、氮、氢和氩的单机单次测定氧、氮、氢和氩的单机单次测定 测量范围的扩展（高、低）测量范围的扩展（高、低） 特殊需求特殊需求Ar、He的测定的测定l 已有成果：已有成果： BCEIA金奖金奖2009 1项发明专利在美国公

3、开项发明专利在美国公开 2项国家发明专利已授权项国家发明专利已授权 论文论文 人才培养人才培养开发背景开发背景传统技术测定氧氮氢传统技术测定氧氮氢仪器开发背景仪器开发背景现有商品仪器现有商品仪器 美国美国LECO：TCH600系列氮系列氮/氧氧/氢测定仪氢测定仪 日本日本HORIBA：EMGA-930氧氧/氮氮/氢分析仪氢分析仪 德国德国ELTRA：ONH-2000氧氮分析仪氧氮分析仪 利曼中国利曼中国G8 GALILEO氧氮氢分析仪氧氮氢分析仪 北京纳克：红外氧分析仪，氧氮北京纳克：红外氧分析仪，氧氮-3000分析仪以及分析仪以及氢分析仪；氢分析仪； 上海宝英：新近推出的上海宝英：新近推出的

4、TC-306氧氮分析仪氧氮分析仪 PMA-1000设计思路 传统脉冲熔融释放技术与质谱检测传统脉冲熔融释放技术与质谱检测技术联用技术联用 提出“脉冲熔融&质谱联测分析方法” 研制“脉冲熔融-质谱气体分析仪”实现同时检测O,N,H,Ar扩展分析范围提高分析灵敏度系统原理图（系统原理图（2项专利项专利）关键问题关键问题 质谱检测器选择质谱检测器选择 接口设计接口设计 高频信号采集与处理高频信号采集与处理 方法建立方法建立所用飞行时间质谱检测器成品仪器（成品仪器（20082008年推出的原理样机）年推出的原理样机）脱气曲线当前性能指标：1）功能：单机单次可实现无机材料中氧、氮、氢）功能：单机

5、单次可实现无机材料中氧、氮、氢和氩元素的同时测定；更换载气，可用于氦元素和氩元素的同时测定；更换载气，可用于氦元素的分析。的分析。2）灵敏度：实际样品中氧、氮可测定下限，用碎）灵敏度：实际样品中氧、氮可测定下限，用碎片离子峰可达片离子峰可达1ug/g; 用分子离子峰可达用分子离子峰可达0.1ug/g; 实际样品氢和氩可测定下限，用分子离子峰可达实际样品氢和氩可测定下限，用分子离子峰可达0.1ug/g。 3）精密度：含量高于）精密度：含量高于100ug/g时，测量相对标准偏时，测量相对标准偏差小于差小于1%；低含量样品，测量标准偏差低于；低含量样品，测量标准偏差低于1ug/g。 4）分析速度：从

6、投样到出结果不超过）分析速度：从投样到出结果不超过1分钟。分钟。与现有仪器对比：与现有仪器对比： 首次实现了材料中氧，氮，氢和氩元素的单机单次首次实现了材料中氧，氮，氢和氩元素的单机单次同时分析，而国外同类设备仅有极少数仪器可单机同时分析，而国外同类设备仅有极少数仪器可单机单次测量氧、氮和氢；单次测量氧、氮和氢； 对于常规分析任务，与传统国内外同类仪器相比，对于常规分析任务，与传统国内外同类仪器相比，由于不必进行氧化转化、去除干扰等，该仪器气路由于不必进行氧化转化、去除干扰等，该仪器气路结构非常简化；结构非常简化； 通过调整质谱参数、接口参数、加入氧化转化等，通过调整质谱参数、接口参数、加入氧

7、化转化等，各元素的测量范围可以很容易实现向上或向下拓展，各元素的测量范围可以很容易实现向上或向下拓展，可检测下限比现有仪器至少下降可检测下限比现有仪器至少下降1 1个数量级，可很个数量级，可很大程度拓宽该技术的应用范围，例如用于特种材料大程度拓宽该技术的应用范围，例如用于特种材料如超纯净钢、储氢、储氦等材料的分析；如超纯净钢、储氢、储氦等材料的分析； 相对于传统的方法，该技术测量速度快，测量效率相对于传统的方法，该技术测量速度快，测量效率高，有显著的性价比优势。高，有显著的性价比优势。总体评述 相对于传统的脉冲熔融相对于传统的脉冲熔融- -红外红外/ /热导技术而言，在灵敏热导技术而言，在灵敏

8、度、准确度以及分析速度方面具备独特的技术优势，度、准确度以及分析速度方面具备独特的技术优势，并且为金属中超痕量并且为金属中超痕量ArAr及特殊材料中的及特殊材料中的HeHe的分析的分析创造了条件。具有先进性和创新性。创造了条件。具有先进性和创新性。 由于商品化仪器刚刚诞生，该技术广泛应用还需要由于商品化仪器刚刚诞生，该技术广泛应用还需要在参数优化、分析程序库完善及应用研究方面积累在参数优化、分析程序库完善及应用研究方面积累更多的数据，以获得更优的测量结果。更多的数据，以获得更优的测量结果。 可以预计，该仪器未来可广泛应用于材料、冶金、可以预计，该仪器未来可广泛应用于材料、冶金、矿业、陶瓷、玻璃

9、等行业产品设计、研究、生产和矿业、陶瓷、玻璃等行业产品设计、研究、生产和应用过程中质量控制和测试，并且可扩展用于特种应用过程中质量控制和测试，并且可扩展用于特种（如储氦、储氢）材料中的元素分析。（如储氦、储氢）材料中的元素分析。 对于材料中气体元素的技术水平提高和检测方法应对于材料中气体元素的技术水平提高和检测方法应用创新具有十分重要的现实意义。用创新具有十分重要的现实意义。 2009年年BCEIA“工业在线分析工业在线分析”成为热成为热门主题词门主题词 参展的过程质谱仪有参展的过程质谱仪有7家之多，显著多于家之多，显著多于往届往届 国产过程质谱闪亮登场（舜宇恒平，广国产过程质谱闪亮登场（舜宇

10、恒平，广州禾信）州禾信）专题2：用于气体在线分析的过程质谱仪用于气体在线分析的过程质谱仪综合评议综合评议过程质谱仪的基本背景过程质谱仪的基本背景 通过仪器对过程变化进行在线实时监控，检测特定化学物质通过仪器对过程变化进行在线实时监控，检测特定化学物质或物理状态，得到过程信息（如反应状态、速率、均匀性和或物理状态，得到过程信息（如反应状态、速率、均匀性和浓度浓度等）等） 传统气体成分在线分析：工业色谱、非色散红外和其它单一传统气体成分在线分析：工业色谱、非色散红外和其它单一的气体检测单元（紫外，热导，磁氧），存在分析速度慢、的气体检测单元（紫外，热导，磁氧），存在分析速度慢、准确度差、系统集成化

11、和自动化程度不高，不能及时地反映准确度差、系统集成化和自动化程度不高，不能及时地反映过程的快速变化等问题过程的快速变化等问题 过程质谱：原理同实验室质谱。在过程检测中，由于质谱仪过程质谱：原理同实验室质谱。在过程检测中，由于质谱仪能够进行实时、多点、多组分检测，提供定性定量信息，具能够进行实时、多点、多组分检测，提供定性定量信息，具有灵敏度高、检测快速等优势，因此越来越受到在线过程监有灵敏度高、检测快速等优势，因此越来越受到在线过程监控应用领域的重视。控应用领域的重视。 应用领域：石油化工、半导体、冶金、环境、食品、催化和应用领域：石油化工、半导体、冶金、环境、食品、催化和地质勘探等气相工业反

12、应的监测。地质勘探等气相工业反应的监测。工业现场对过程质谱仪的要求工业现场对过程质谱仪的要求1. 需要配备功能完善的连续自动取样装置；2. 质谱仪本身需要耐受来自环境的振动、粉尘、电磁干扰、潮气及酸雾等;3. 需要按照工艺控制的要求提供数据、信号及图表等;4. 成套系统应能完全自动化，以配合工业生产的节奏。应用领域简述应用领域简述 生物制药：生物制药：O2与与CO2，各种挥发性物质；主用于发，各种挥发性物质；主用于发酵过程优化。进口设备独占。酵过程优化。进口设备独占。 钢铁：炼焦炉，鼓风炉，烧结炉，高炉，转炉，电钢铁：炼焦炉，鼓风炉，烧结炉，高炉，转炉，电弧炉，真空精炼炉以及废气发电等，弧炉，

13、真空精炼炉以及废气发电等，50套左右，进套左右，进口设备。恶劣环境下长期稳定运行。口设备。恶劣环境下长期稳定运行。 石油化工：诸多工艺，多种成分，用于工艺控制。石油化工：诸多工艺，多种成分，用于工艺控制。取样和多成分分析方法的问题。国外设备独占。取样和多成分分析方法的问题。国外设备独占。 环境监测：暂时被电化学传感器等为主。一些简单环境监测：暂时被电化学传感器等为主。一些简单领域可作为国产过程质谱的应用切入点（太湖蓝藻）领域可作为国产过程质谱的应用切入点（太湖蓝藻） 钻井：国外有应用，国内没有受到关注。钻井：国外有应用，国内没有受到关注。 .各厂家仪器情况各厂家仪器情况舜宇恒平舜宇恒平SHP8

14、400PMS 四极杆质谱四极杆质谱 台式和机架式两种机型台式和机架式两种机型 多流路多组分测量多流路多组分测量 初步应用于初步应用于“太湖蓝藻太湖蓝藻”预预警警未来：未来：1.1.大量的应用研究大量的应用研究2. 2. 成分的拓展成分的拓展3. 3. 定量分析定量分析1.质量数范围：质量数范围：1-100 amu，1-200 amu，1-300amu; 2.分辨力：分辨力：1(u) 3.响应时间：响应时间：ms 级级; 4.灵敏度：灵敏度：1.510-6（A/Pa）（）（N228,法拉第筒）法拉第筒）; 5.最小检测分压：最小检测分压：510-9（Pa）（法拉）（法拉第筒）第筒）; 6.检出限

15、：检出限：10ppm(法拉第筒法拉第筒); 7.质量轴稳定性：质量轴稳定性：0.1（u/24h） EI源正交加速飞行时间质谱仪源正交加速飞行时间质谱仪 便携式便携式 分辨率可达分辨率可达5000 质量范围上限质量范围上限1000 灵敏度灵敏度1PPM 没有应用报告没有应用报告各厂家仪器情况各厂家仪器情况广州禾信广州禾信HXTOF-501a 四极杆质谱仪四极杆质谱仪 多流路多组分多流路多组分(32最多最多)；样品压力；样品压力:14-140KPa； 质量范围：质量范围：1-100AMU/1-200AMU/1-300AMU 可选；可选； 测量的准确性测量的准确性: 好于好于0.5%（测量空气中的（

16、测量空气中的Ar，相对，相对误差）；误差）； 检测范围检测范围:1ppm-100%; 若检测器增加电子倍增器若检测器增加电子倍增器,检出限可降至检出限可降至ppb； 目前仅在半导体行业有应用，市场量较少目前仅在半导体行业有应用，市场量较少各厂家仪器情况各厂家仪器情况阿美泰克阿美泰克PROLINE过程过程质谱仪质谱仪 四极杆质谱仪四极杆质谱仪 质量数范围质量数范围 1-300 amu 检测器：法拉第筒或倍增器检测器：法拉第筒或倍增器 检测极限检测极限 1 ppm 最大工作压强最大工作压强 mbar 1000ppm)100ppm)1.0% 痕量痕量10.0% 目前在焦炉煤气离线分析等领域有用，市场

17、量不目前在焦炉煤气离线分析等领域有用，市场量不大。大。各厂家仪器情况各厂家仪器情况瑞士安维瑞士安维GAM300在线质谱在线质谱 EIEI源飞行时间质谱源飞行时间质谱 质量数范围质量数范围1 1200a.m.u.200a.m.u.，理论可同时测定多达，理论可同时测定多达8080种成分的含量。种成分的含量。 不须进行电流或电压扫描，可在不须进行电流或电压扫描，可在0.30.3秒之内给出所秒之内给出所有组分的分析结果。有组分的分析结果。 测量准确度：对于空气中的测量准确度：对于空气中的Ar, Ar, 测量值相对误差为测量值相对误差为0.20.2。 EMG-20-1EMG-20-1型过程质谱尺寸为型过

18、程质谱尺寸为400400540540700700；重量重量40kg40kg。 目前应用集中于钢铁行业，有一定影响。目前应用集中于钢铁行业，有一定影响。各厂家仪器情况各厂家仪器情况俄罗斯俄罗斯METTEK,EMG-20-1过程质谱过程质谱 各厂家仪器情况各厂家仪器情况美国美国Extrel MAX300-IG 第七代四极杆质谱仪第七代四极杆质谱仪 10ppm至至100%采用法拉第平板技术采用法拉第平板技术(Faraday plate); 量程量程由由10ppb至至100%采用电子倍增器采用电子倍增器 (Electronic Multipier)技技术进行讯号处理。术进行讯号处理。 稳定性：按空气中

19、稳定性：按空气中1%的氩气为标本，的氩气为标本，30天的天的RSD可达可达0.5 (相对标准偏差相对标准偏差) 准确度：按空气中准确度：按空气中1%的氩气为标本，误差范围可达的氩气为标本，误差范围可达0.0025； 速度：速度：300ms/组份；依据分析过程要求，分析时间可长可组份；依据分析过程要求，分析时间可长可短。短。 在在ABB旗下时，多用于石化行业，近几年进展较慢。旗下时，多用于石化行业，近几年进展较慢。各厂家仪器情况各厂家仪器情况英国英国VGPrima在线质谱分析仪在线质谱分析仪 第三代磁扇式质谱仪第三代磁扇式质谱仪 准确度和精密度指标较四极杆优越准确度和精密度指标较四极杆优越 新改进的主过滤器，电源和具有增强诊断能力的电新改进的主过滤器，电源和具有增强诊断能力的电路设计能保证最短的停机时间。路设计能保证最短的停机时间。 三种全配置的通讯端口使用户能将三种全配置的通讯端口使用户能将VGPrimaVGPrima与与DCSDCS系统连接，采用工业标准协议，如系统连接，采用工业标准协议，如ModbusModbus和和西门子西门子3964(R)3964(R)等。等。 IOIO板具有标准化的分析仪故障接口，以及可选的板具有标准化的分析仪故障接口，以及可选的8