一种定性定量分析SF₆气体中痕量杂质的方法

专利名称：一种定性定量分析SF₆气体中痕量杂质的方法
技术领域：
本发明属于分析检测领域，具体涉及到一种定性定量分析SF6气体中痕量杂质的方法。
背景技术：
SF6气体在常温下无色、无味、无毒，具有化学性质稳定、介电强度高以及灭弧性能好等特点，使其作为一种优良的绝缘介质被广泛地运用在各种电气设备中。然而，SF6气体中在工业制备过程中不可避免会引入杂质，特别是碳氟化物(如CF4X2F6等)。由于受成本影响，不同厂家后处理工艺不尽相同，导致导致国产SF6新气品质不一。随着SF6绝缘电气设备运行年限增加，将出现各种绝缘故障问题，其特点是在设备内部绝缘介质在未击穿前发生局部放电。已有研究表明，低品质SF6在发生绝缘故障时绝缘强度劣化更快。因此，控制SF6新气品质对延长电气运行寿命具有重要意义。这就要求在未使用前对SF6气体所含杂质进行详细、准确的定性定量分析，从而达到控制SF6气体品质的目的。目前，分析SF6气体中痕量杂质的常用方法为气相色谱法。但是，在实际应用中存在如下问题:I)分析结果不全面。利用气相色谱法对SF6气体进行杂质检测，色谱柱的选择尤其重要，其对目标化合物的有效分离决定了后续的定量分析。IEC60480-2004标准中建议采用Porapak Q填充柱进行分离，但从特征色谱图中(

图1)可以看出，SO2F2的保留时间与SF6的相近，两者同时出峰，不能实现完全分离。同时，该柱子不能检测其他硫化物如S2F10O, H2S,且SF6气体中含有的碳氟化物如C2F6、C4F10等也不易检出。而若使用申请号为201010134902.6 “一种分析电气设备中的SF6的分解产物的方法”推荐的Gas Pro色谱柱，虽然能够实现SO2F2与SF6分离，但是SOF2在柱子里易转化成SO2而无法检测。2)准确定性不容易。采用气相色谱法对未知样品进行分析，定性过程需要将保留时间与已知物标准气体进行比对，从而确定未知样品成分。若无标准气体或是某些成分共同出峰，则会给准确定性造成困难。3)定量存在互干扰。气相色谱法只能对完整分离峰形进行积分计算，检测过程若未能将各目标化合物完全分离，峰形部分叠加甚至完全重合则无法准确定量，相互之间存在干扰。

发明内容
本发明的目的是提供了一种能够全面分析并且准确定性、定量SF6气体中痕量杂质的色谱质谱联用分析方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案为:提供一种定性定量分析SF6气体中杂质的方法，主要步骤包括:I)采样；
2)利用气相色谱一质谱联用仪对样品进行定性、定量分析，检测器为四极杆质量检测器，色谱柱采用CP-Sil 5 CB毛细管柱。所述步骤2)选择的CP-Sil 5 CB色谱柱，其参数为:长度为60m，膜厚为8 μ m，内径为0.32_。优选地，所述步骤2)的分析方法，分析条件如下，载气:高纯He气(99.9999%)；柱箱温度:起始40°C -60°C，最终150 V -220 V ;升温速率:5 V /min-20°C /min ;柱流量:
0.9mL/min-l.2 mL/min ;吹扫流量:3 ml ,/mi η。所述步骤2)的分析方法，分析SF6气体中的痕量杂质，其参数为:①色谱分析条件如下:载气:高纯He 气(99.9999%)，进样体积:300μ L，柱箱温度:40 °〇恒温保持8.5min,以15 °C /min速率升温至150 °C，保持Imin，进样口温度:200 °C，进样模式:分流，分流比:10，流量控制方式:恒线速度，压力:35kPa，柱流量:0.9mL/min,吹扫流量:3.0mL/min②质谱分析条件如下:离子源温度:200°C，接口温度:250 °C，检测器开关时间:开始检测后，在时间4min打开，在时间4.66min关闭，在时间4.98min打开，在时间8.5min关闭，检测器采集方式:SM，采集离子峰:包括质荷比为69、50、119、44、131、83、102、67、127、105、89、86、48、169、34、33、181、100、64、66、202、133 的离子峰。所述步骤2)的分析方法，同步利用保留时间和参考离子识别化合物，设定保留时间偏移范围±0.069min，设定参考离子相对强度偏差值80%。所述步骤2)的SF6中痕量杂质分析检测包括:进样；开始检测后，在SF6出峰前，分析 CF4、C2F6 (时间段 4min-4.66min);待 SF6 出峰完毕，分析 CO2, C2F6S2' C4F10' C5F10' SO2F2'SF5OSO2F' SOF2' S2F10O' SO2, H2S (时间段 4.98min_8.5min)。所述步骤2)的分析方法，目标化合物的定量采用外标法，通过购买化合物标准气体(CF4、CO2, SO2F2, SOF2, S02、H2S、C3F8),建立“浓度一峰面积”对应的标准曲线，标准曲线线性拟合过程中非强制过零点，根据积分 计算出峰面积，再由标准曲线计算出目标化合物浓度值。对于无法购置标准气体的化合物(C4Flcl、C5Flcl、C2F6S2、SF50S02F、S2Flcl0)，采用相对校正因子方式进行半定量。其中，C2F6S2、SF5OSO2F、S2FltlO均取相对SF6校正因子为7.0，而C2F6、C4F10, C5F10均取相对C3F8校正因子为1.0。所述步骤2)的分析方法，能够购置标准气体的化合物(CF4、CO2, SO2F2, SOF2^H2S),以及已有文献报道相对校正因子的S2FltlO,可确定检测下限(如表I所示)；对于半定量的化合物(C2F6、C4F10, C5F10, C2F6S2, SF5OSO2F),以及虽有标准气体但是定量受柱子残留影响的SO2,检测下限无法确定。表1 SF6气体痕量杂质定量分析方法检测下限
权利要求
1.一种定性定量分析SF6气体中痕量杂质的方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)采样； 2)利用气相色谱一质谱联用仪对样品进行定性、定量分析，检测器为四极杆质量检测器，色谱柱采用CP-Sil 5 CB毛细管柱。
2.按权利要求1所述的定性定量分析SF6气体中痕量杂质的方法，其特征在于:色谱柱参数为:长度为60m,膜厚为8 μ m,内径为0.32mm。
3.按权利要求1所述的定性定量分析3 6气体中痕量杂质的方法，其特征在于:分析条件如下: 载气:高纯He气(99.9999%)， 柱箱温度:起始40°C -60°C，最终150 V -220 °C， 升温速率:5 V /min-20 V /min,柱流量:0.9mL/min-l.2 ml ,/mi η , 吹扫流量:3 mL/min。
4.按权利要求3所述的定性定量分析SF6气体中痕量杂质的方法，其特征在于: 1)色谱分析条件如下: 载气:高纯He气( 99.9999%)， 进样体积:300 μ L， 柱箱温度:40 1:恒温保持8.5min,以15 V /min速率升温至150 °C，保持lmin， 进样口温度:200 °C, 进样模式:分流， 分流比:10， 流量控制方式:恒线速度， 压力:35kPa, 柱流量:0.9mL/min, 吹扫流量:3.0mL/min ； 2)质谱分析条件如下: 离子源温度:200°C， 接口温度:250°C， 检测器开关时间:开始检测后，在时间4min打开，在时间4.66min关闭，在时间4.98min打开，在时间8.5min关闭， 检测器采集方式:SM， 采集离子峰:包括质荷比为 69、50、119、44、131、83、102、67、127、105、89、86、48、169、34、33、181、100、64、66、202、133 的离子峰。
5.按权利要求4所述的定性定量分析SF6气体中痕量杂质的方法，其特征在于:同步利用保留时间和参考离子识别目标化合物，设定保留时间偏移范围±0.069min，设定参考离子相对强度偏差值80%。
6.按权利要求4所述的定性定量分析SF6气体中痕量杂质的方法，其特征在于:进样，开始检测后，在SF6出峰前，在时间段4min-4.66min，分析CF4X2F6 ;待SF6出峰完毕，在时间段 4.98min-8.5min,分析 CO2, C2F6S2' C4F10' C5F10' SO2F2' SF5OSO2F' SOF2' S2F10O' SO2, H2S0
7.按权利要求4所述的定性定量分析3 6气体中痕量杂质的方法，其特征在于:目标化合物的定量采用外标法，建立“浓度一峰面积”对应的标准曲线，标准曲线线性拟合过程中非强制过零点，根据积分计算出峰面 积，再由标准曲线计算出目标化合物浓度值。
全文摘要
本发明公开了一种定性定量分析SF6气体中痕量杂质的方法。其主要步骤包括采样；利用气相色谱—质谱联用仪对样品进行定性、定量分析，检测器为四极杆质量检测器，色谱柱采用CP-Sil 5 CB毛细管柱。与现有技术相比，本发明检测组分种类全面，能够检测CF4、C2F6、CO2、C2F6S2、C4F10、C5F10、SO2F2、SF5OSO2F、SOF2、S2F10O、SO2、H2S等12种组分，并对上述化合物进行快速识别和准确定量分析。通过分析SF6气体中痕量杂质，能够控制充入电气设备中SF6气体品质，延长电气设备服役寿命。
文档编号G01N30/88GK103091440SQ201310014608
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日
发明者陈林聪, 裘吟君, 陈晓琳, 张薇, 李欣然 申请人:海南电力技术研究院