一种混合气中氢气和氘气的定量测定方法
【专利摘要】本发明涉及一种混合气中氢气和氘气的定量测定方法，将氢气和氘气的混合气体注入定量气体分析仪，将氢气和氘气进行分离，并使用Masssoft 7.0对氢气和氘气的响应曲线进行面积积分；将待测样品注入定量气体分析仪，使用Masssoft 7.0软件采集氢气和氘气的响应曲线，使用Origin8.0对每次进样后氢气和氘气的响应曲线进行面积积分，将氢气和氘气的面积积分分别带入氢气和氘气线性回归方程，计算氢气和氘气的体积。本发明通过制作混合气中氢气、氘气和氘化氢的标准曲线来测定未知气体组成的混合气中氢气和氘气，提供一种常规条件下，测定成本低、操作简易的混合气中氢气和氘气定量测定方法。
【专利说明】
_种混合气)中氢气)和気气)的定量测定方法
技术领域
[0001]本发明涉及稳定态同位素分离和测定的技术领域，更具体的说涉及一种利用定量 气体分析仪测定混合气体中氢气和氘气含量的方法。
【背景技术】
[0002]氖(deuterium)是氢的一种同位素，其原子核中含有一个质子和一个中子，相对原 子量为氢原子的2倍。氘常用于热核反应，被称为"未来天然燃料"，其在化学和生物学的研 究工作中可被用作不踪原子。
[0003] 目前，用于测定氢同位素的方法有中子热能谱法、核磁共振法、气相色谱法、气相 色谱-质谱联用法和质谱法。这些方法实施的测定条件十分苛刻(如气相色谱法需要液氮环 境和特制气相色谱和色谱柱），或者必需依赖价格昂贵的精密仪器(需要使用核磁共振仪、 气相色谱-质谱联用仪等）。例如，在使用质谱法测定混合气体中氢同位素含量时，目前报道 的方法主要依靠稳定性同位素质谱仪MAT253。该仪器的价格高达几百万元，一般单位难以 承受。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于为了解决现有测定混合气体中氢气与氘气含量困难，成本高昂 的缺陷而提供一种常规条件下，测定成本低、操作简易的混合气中氢气和氘气定量测定方 法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 一种混合气中氢气和氘气的定量测定方法，所述测定方法包括以下步骤： (1) 将氢气和氘气的混合气体注入定量气体分析仪，将氢气和氘气进行分离，并使用 Masssoft 7.0对氢气和氖气的响应曲线进行面积积分； (2) 将待测样品注入定量气体分析仪，使用Masssoft 7.0软件采集氢气和氘气的响应 曲线，使用Origins.0对每次进样后氢气和氘气的响应曲线进行面积积分，将氢气和氘气的 面积积分分别带入(1)中所述氢气和氘气线性回归方程，计算氢气和氘气的体积。
[0006] 作为优选，氢气线性回归方程为 YH2 = 124.36 X XH2-0.0033 (R2 = 0.9997)。
[0007]作为优选，氘气线性回归方程为 YD2 = 436.28 X XD2-0.0033 (R2 = 0.9998)。
[0008]作为优选，所述具体步骤为： 1) 标线制作： 将采气袋抽成真空，依次向其中注入0、〇.5、1、2、4、6、8、10mL的氢气和氘气标准气体， 并向采气袋补加氮气，使采气袋内气体总体积固定为10mL，将采气袋接入气体定量分析质 谱仪，使用MASsoft7.0监测分析氢气和氘气的响应曲线，导出数据，使用0rigin8.0对每次 进样后获取的数据进行面积积分，以面积积分作为变量，氢气和氘气的体积作为因变量，做 氢气和氖气的回归曲线； 2) 样品分析： 使用体转移器具吸取待测混合气体，注入到采气袋中，并向采气袋补加氮气，记录采气 袋内气体总体积，将采气袋内混合气体注入气体定量分析仪，使用MASsoft7.0监测混合气 中氢气和氘气的响应曲线，使用Origins.0对每次进样后获取的数据进行面积积分，使用氢 气和氘气的回归曲线计算各气体组分的含量。
[0009]作为优选，定量质谱仪型号为QGA。
[0010]本发明的有益效果:本发明使用价格在20万元左右的定量气体分析仪，通过制作 混合气中氢气、氖气和氖化氢的标准曲线来测定未知气体组成的混合气中氢气和氖气，提 供一种常规条件下，测定成本低、操作简易的混合气中氢气和氘气定量测定方法。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所 述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
[0012] 下面对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本 发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0013] 本发明所用质谱仪型号为QGA，购自Hiden，England。
[0014] 实施例 氢气回归曲线方程制作:取8只有效容积为10ml以上的采气袋，编号1-8，依次向编号为 1_8的采气袋中加入0、0.5、1、2、4、6、8、1〇1111氢气标准气体(纯度大于99.99%)，然后再依次 向编号为1_8的采气袋中加入10、9.5、9、8、6、4、2、〇1111氮气标准气体(纯度大于99.99%)。然 后将氢气和氮气混合气体依次注入定量气体分析仪(Quantitative Gas Analyser，QGA, Hidden,England)，使用Masssoft 7.0(Hidden，England)软件采集氢气的响应曲线。使用 Origins.0对每次进样后获取的数据进行面积积分。以氢气响应曲线的面积积分(X H2)为横 坐标，氢气的实际体积(YH2，ml)为纵坐标制作回归曲线。得到ΥΗ2和Χ Η2的线性回归方程。 Υη2= 124.36 XXh2_0.0033(R2 = 0· 9997)〇
[0015] 氘气回归曲线方程制作:取8只有效容积为10ml以上的采气袋，编号1-8，依次向编 号为1_8的采气袋中加入0、0.5、1、2、4、6、8、1〇1111氘气标准气体(纯度大于99.99%)，然后再 依次向编号为1-8的采气袋中加入10、9.5、9、8、6、4、2、〇1111氮气标准气体（纯度大于 99.99% )。然后将氖气和氮气混合气体依次注入定量气体分析仪（Quantitative Gas Analyser，QGA，Hidden，England)，使用Masssoft 7.0(Hidden，England)软件米集氖气的响 应曲线。使用Origins.0对每次进样后获取的数据进行面积积分。以氘气响应曲线的面积积 分(X D2)为横坐标，氘气的实际体积(YD2，ml)为纵坐标制作回归曲线。得到YD2和X D2的线性回 归方程:YD2 = 436 · 28 X XD2-0 · 0033 (R2 = 0 · 9998)。
[0016] 样品测定:取4份总体积均为10ml，但各成分比例不同的氮气、氢气和氘气混合气， 每份样品分成两等份，第一等份4个样品分别编号1-4,另一等份编号5-8,将1-4号样品注入 定量气体分析仪，使用Masssoft 7.0(Hidden,England)软件采集氢气和氖气的响应曲线， 使用Origins.0对每次进样后氢气和氘气的响应曲线进行面积积分，将氢气和氘气的面积 积分分别带入氢气和氖气线性回归方程： (1) Yh2=124.36XXh2-0.0033(R2 = 0.9997) (2) Yd2 = 436 · 28 X Xd2_0 · 0033 (R2 = 0 · 9998) 〇
[0017] 计算1-4号样品中氢气和氘气的实际体积(ml)和百分比含量，计算结果如表1所 不。
[0018] 表1气体定量分析仪对测试样品的分析结果
将5-8号样品送至上海化工研究院，由该院使用MAT253稳定同位素质谱仪进行定量分 析，分析结果如表2所示。
[0019] 表1 MAT253对测试样品的分析结果
通过比较表1和表2可以看出，气体定量分析仪对1-4号样品的分析结果与MAT253对5-8 号样品的测试结果完全一致。因此，本发明在分析常规气体样品中氢气和氘气含量时，完全 能够替代使用稳定同位素质谱仪的方法，是一种成本低廉、操作简易的混合气中氢气和氘 气定量测定方法。
[0020] 以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的 限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
【主权项】
1. 一种混合气中氢气和氘气的定量测定方法，其特征在于，所述测定方法包括以下步 骤： (1) 将氢气和氘气的混合气体注入定量气体分析仪，将氢气和氘气进行分离，并使用 Masssoft 7.0对氢气和氖气的响应曲线进行面积积分； (2) 将待测样品注入定量气体分析仪，使用Masssoft 7.0软件采集氢气和氘气的响应 曲线，使用Origins.0对每次进样后氢气和氘气的响应曲线进行面积积分，将氢气和氘气的 面积积分分别带入(1)中所述氢气和氘气线性回归方程，计算氢气和氘气的体积。2. 根据权利要求1所述的一种混合气中氢气和氘气的定量测定方法，其特征在于，氢气 线性回归方程为Y H2=l 24 · 36 X XH2-0 · 0033 (R2=0 · 9997) 〇3. 根据权利要求1所述的一种混合气中氢气和氘气的定量测定方法，其特征在于，氘气 线性回归方程为Y D2=436.28 X XD2-0.0033 (R2=0.9998)。4. 根据权利要求1所述的一种混合气中氢气和氘气的定量测定方法，其特征在于，所述 具体步骤为： 1) 标线制作： 将采气袋抽成真空，依次向其中注入〇、〇.5、1、2、4、6、8、1〇11^的氢气和氘气标准气体， 并向采气袋补加氮气，使采气袋内气体总体积固定为10mL，将采气袋接入气体定量分析质 谱仪，使用MASsoft7.0监测分析氢气和氘气的响应曲线，导出数据，使用0rigin8.0对每次 进样后获取的数据进行面积积分，以面积积分作为变量，氢气和氘气的体积作为因变量，做 氢气和氖气的回归曲线； 2) 样品分析： 使用体转移器具吸取待测混合气体，注入到采气袋中，并向采气袋补加氮气，记录采气 袋内气体总体积，将采气袋内混合气体注入气体定量分析仪，使用MASsoft7.0监测混合气 中氢气和氘气的响应曲线，使用Origins.0对每次进样后获取的数据进行面积积分，使用氢 气和氘气的回归曲线计算各气体组分的含量。5. 根据权利要求1所述的一种混合气中氢气和氘气的定量测定方法，其特征在于，定量 质谱仪型号为QGA。
【文档编号】G01N27/62GK105866228SQ201610020752
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月13日
【发明人】葛亚明, 刘俊稚, 孙静亚
【申请人】浙江海洋学院