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[摘 要]介绍了放电离子化检测器（DID）气相色谱仪的工作原理、仪器结构、技术指标、操作方法等。实验证明放电离子化检测器（DID）对空分样品中C2H2和N2O的检测能达到10个ppb的标准。
[关键词]放电离子化检测器（DID），空分安全，C2H2，N2O，。
中图分类号：TH833 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0326-02
随着冶金与三大化工（石化、化肥、煤化工）的快速发展，空分装置的发展规模越来越大，空分设备也正向大型化、高效节能、安全性更高的方向发展[1]，空分装置多采用传统的浴式冷凝蒸发器，它的循环倍率高，杂质聚积可能性低，一般都能长期安全生产。考虑到节能，现代大型制氧机很多采用膜式冷凝蒸发器，在长时间运行的情况下，会有N2O 固体的积累，可能造成装置内局部通道的堵塞，液氧不能流动，促使CnHm浓度不断提高。凝聚的CnHm在沸腾的液氧中引爆的危险是存在的。因此，要对空分周围的N2O和CnHm含量定时分析监控，以保证空分安全生产。
目前，各生产单位在空分安全方面，传统上采用气相色谱法检测N2O和CnHm 的含量。检测室需要用TCD气相色谱检测N2O含量，同时配备另一台FID气相色谱仪检测CnHm含量。此方法中间环节过于繁琐且增大了分析检测的误差，而且两种检测器的精度难以达到工业生产的安全标准。因此，使用一种精确、快速测定液氧中N2O和CnHm含量的分析仪器和分析方法对空分设备的安全生产非常必要。放电离子化检测器（DID）采用简单的操作方法，能够精确、快速、稳定地测定液氧中N2O和CnHm的含量，并已被运用到实际生产中，对生产过程中氧化亚氮含量进行监控，以满足安全生产的需要。
1 原理及操作
放电离子化检测器（DID）结构如图1 所示。DID 检测器有上下两个小室构成，两个小室由一狭缝连接，上边的小室是放电室，超高纯的氦气充满其中，小室内有一对相距很近的柱状和针状电极，当电极两端施以高压直流电后，两级之间就会产生辉光放电，从而得到一束高能紫外线（400～500nm）。高能紫外线将放电气He 原子激发至亚稳态的He*，亚稳态的He*和紫外线通过狭缝被引入下边的小室——电离室，然后具有较高能量的He*再与经色谱柱分离的由载气带到电离室的杂质分子发生非弹性碰撞并使其电离。此时在收集极上施以适当的电压收集被电离的离子，形成电流，并将其信号放大、记录，即得到被测组分的谱峰。
一些常规检测气体的电离能如表1。
DID检测器是一种非选择性、通用型很强的检测器，除了He气以外对任何气体都有十分灵敏的响应，检测范围可为10-9～1%，是目前测定痕量气体杂质用的最多的检测器之一。同时，由于亚稳态的He*或者说是光子具有很高的能量（24.5eV），因此可使包括氖（Ne）在内的一切气体分子电离，所以DID检测器是一种通用型检测器。
操作过程中，DID氣相色谱仪分析空分气体中的有机物采用直接进样法，减少了使用传统检测器必须的中间环节（样品气浓缩，多次进样等）；DID检测器配套使用的载气纯化器能将氦气纯化至7N的纯度，而且DID气相色谱仪的阀箱和检测器受7N超纯氦气正压环境保护，检测器的灵敏度最大化的同时，防止了空气中杂质的干扰。同时525V高压下充分电离亚稳态的氦，电离能提高为24.5ev，可以使包括氖（电离能为21.6ev）在内的一切气体电离；经色谱柱分离后的样品组分在体积很小的电离室电离，由图1可以看出，检测器的放电室和电离室通过一条狭缝连接，如此的距离确保了检测器的高灵敏度，检测器对某些组分的检测限见表2。
色谱气路系统。
DID气相色谱检测氦气中5ppmCO2和14ppmN2O的谱图用该工作站自带的测量基线噪声的功能（RMS 方式），测量出峰前1 分钟的基线噪声，CO2 和N2O出峰前1分钟的噪声分别为11.35μV和11.55μV，CO2和N2O的峰高分别为15883.76μV和7844.69μV。
根据GB16912-2008《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》对吸风口空气中N2O 的限量为0.35ppm[6]，该方法完全满足上述国家标准的要求。
图3：DID 气相色谱检测氦气中100ppbC2H2 的谱图乙炔出峰前1 分钟的基线噪声为2.16μV，峰高为45.36μV，该情况下计算C2H2 的检测限为14ppb。该方法能完全满足空分安全的报警指标0.1ppm。
检测液氧的样品谱图：
讨论
DID检测器的预柱和柱1的配置是用来分析高纯氢、高纯氧、高纯氮和高纯氩气中H2、O2、N2、CH4、CO的，分析上述样品时是用的柱2，如果用上述仪器的系统配置，将预柱和柱1分别更换上Hayesep T，利用阀3来放空主组分氧气，当分析液氧时，可以认为是分析氦气中的杂质，分析效果会更好。
结论
放电离子化检测器（DID）气相色谱仪在空分装置的安全分析中具有操作简单、精确度高的优点。且放电离子化检测器（DID）对空分样品中C2H2和N2O的检测能达到10个ppb的标准。
[关键词]放电离子化检测器（DID），空分安全，C2H2，N2O，。
中图分类号：TH833 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0326-02
随着冶金与三大化工（石化、化肥、煤化工）的快速发展，空分装置的发展规模越来越大，空分设备也正向大型化、高效节能、安全性更高的方向发展[1]，空分装置多采用传统的浴式冷凝蒸发器，它的循环倍率高，杂质聚积可能性低，一般都能长期安全生产。考虑到节能，现代大型制氧机很多采用膜式冷凝蒸发器，在长时间运行的情况下，会有N2O 固体的积累，可能造成装置内局部通道的堵塞，液氧不能流动，促使CnHm浓度不断提高。凝聚的CnHm在沸腾的液氧中引爆的危险是存在的。因此，要对空分周围的N2O和CnHm含量定时分析监控，以保证空分安全生产。
目前，各生产单位在空分安全方面，传统上采用气相色谱法检测N2O和CnHm 的含量。检测室需要用TCD气相色谱检测N2O含量，同时配备另一台FID气相色谱仪检测CnHm含量。此方法中间环节过于繁琐且增大了分析检测的误差，而且两种检测器的精度难以达到工业生产的安全标准。因此，使用一种精确、快速测定液氧中N2O和CnHm含量的分析仪器和分析方法对空分设备的安全生产非常必要。放电离子化检测器（DID）采用简单的操作方法，能够精确、快速、稳定地测定液氧中N2O和CnHm的含量，并已被运用到实际生产中，对生产过程中氧化亚氮含量进行监控，以满足安全生产的需要。
1 原理及操作
放电离子化检测器（DID）结构如图1 所示。DID 检测器有上下两个小室构成，两个小室由一狭缝连接，上边的小室是放电室，超高纯的氦气充满其中，小室内有一对相距很近的柱状和针状电极，当电极两端施以高压直流电后，两级之间就会产生辉光放电，从而得到一束高能紫外线（400～500nm）。高能紫外线将放电气He 原子激发至亚稳态的He*，亚稳态的He*和紫外线通过狭缝被引入下边的小室——电离室，然后具有较高能量的He*再与经色谱柱分离的由载气带到电离室的杂质分子发生非弹性碰撞并使其电离。此时在收集极上施以适当的电压收集被电离的离子，形成电流，并将其信号放大、记录，即得到被测组分的谱峰。
一些常规检测气体的电离能如表1。
DID检测器是一种非选择性、通用型很强的检测器，除了He气以外对任何气体都有十分灵敏的响应，检测范围可为10-9～1%，是目前测定痕量气体杂质用的最多的检测器之一。同时，由于亚稳态的He*或者说是光子具有很高的能量（24.5eV），因此可使包括氖（Ne）在内的一切气体分子电离，所以DID检测器是一种通用型检测器。
操作过程中，DID氣相色谱仪分析空分气体中的有机物采用直接进样法，减少了使用传统检测器必须的中间环节（样品气浓缩，多次进样等）；DID检测器配套使用的载气纯化器能将氦气纯化至7N的纯度，而且DID气相色谱仪的阀箱和检测器受7N超纯氦气正压环境保护，检测器的灵敏度最大化的同时，防止了空气中杂质的干扰。同时525V高压下充分电离亚稳态的氦，电离能提高为24.5ev，可以使包括氖（电离能为21.6ev）在内的一切气体电离；经色谱柱分离后的样品组分在体积很小的电离室电离，由图1可以看出，检测器的放电室和电离室通过一条狭缝连接，如此的距离确保了检测器的高灵敏度，检测器对某些组分的检测限见表2。
色谱气路系统。
DID气相色谱检测氦气中5ppmCO2和14ppmN2O的谱图用该工作站自带的测量基线噪声的功能（RMS 方式），测量出峰前1 分钟的基线噪声，CO2 和N2O出峰前1分钟的噪声分别为11.35μV和11.55μV，CO2和N2O的峰高分别为15883.76μV和7844.69μV。
根据GB16912-2008《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程》对吸风口空气中N2O 的限量为0.35ppm[6]，该方法完全满足上述国家标准的要求。
图3：DID 气相色谱检测氦气中100ppbC2H2 的谱图乙炔出峰前1 分钟的基线噪声为2.16μV，峰高为45.36μV，该情况下计算C2H2 的检测限为14ppb。该方法能完全满足空分安全的报警指标0.1ppm。
检测液氧的样品谱图：
讨论
DID检测器的预柱和柱1的配置是用来分析高纯氢、高纯氧、高纯氮和高纯氩气中H2、O2、N2、CH4、CO的，分析上述样品时是用的柱2，如果用上述仪器的系统配置，将预柱和柱1分别更换上Hayesep T，利用阀3来放空主组分氧气，当分析液氧时，可以认为是分析氦气中的杂质，分析效果会更好。
结论
放电离子化检测器（DID）气相色谱仪在空分装置的安全分析中具有操作简单、精确度高的优点。且放电离子化检测器（DID）对空分样品中C2H2和N2O的检测能达到10个ppb的标准。