1.概述
     氣中的微量氧含量是氣產(chǎn)品的一項(xiàng)重要指標(biāo)，除產(chǎn)品氧和中間產(chǎn)品外，其他各種空分氣均需對(duì)其中的微量氧進(jìn)行分析。因?yàn)檠鯕馐茄趸?，而空分氣主要做為氣，主要是為了隔絕氧氣，無(wú)論是氮?dú)膺€是惰性氣中的氬氣、氪氣和氙氣，其中的微量氧含量都是一項(xiàng)主要的指標(biāo)。本文針對(duì)空分氣中使用的微量氧分析儀進(jìn)行探討。
2.分類、原理及特點(diǎn)
     微量氧的分析方法主要有比色法、化學(xué)電池法、黃磷發(fā)光法、濃差電池法和氣相色譜法。其中比色法是較早采用的分析方法，它是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法，利用銅氨溶液進(jìn)行比色分析，由于操作復(fù)雜，度難以，并且不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在線分析，現(xiàn)在已很少采用，不過(guò)它還是一種仲裁方法。黃磷發(fā)光法是利用氧氣與黃磷氧化燃燒進(jìn)行分析，分析速度快，可以連續(xù)分析的特點(diǎn)，但該方法采用的黃磷是危險(xiǎn)化學(xué)品，生成的產(chǎn)物腐蝕性，并且檢測(cè)限低，所以現(xiàn)在已很少采用。在這里主要介紹化學(xué)電池法、濃差電池法和氣相色譜法。
2.1.化學(xué)電池法
     化學(xué)電池法的微量氧分析儀指的利用氧化還原電池的原理進(jìn)行微量氧分析，它的傳感器（檢測(cè)器）是化學(xué)原電池，主要由一個(gè)陰極，一個(gè)陽(yáng)極和電解液組成，以上部件密封于惰性的殼中，被測(cè)氣中的氧進(jìn)入電池中陰極附近Ｏ２得到電子，陽(yáng)極由金屬鉛制成，失去電子本身被氧化，電池產(chǎn)生的電子由電路引出然后進(jìn)行補(bǔ)償修正放大，即可測(cè)出被測(cè)氣中的氧含量。反應(yīng)式如下：
Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４e-→４０Ｈ- 陰極
Pb+2OH-→pbo+H2O+2e 陽(yáng)極
總反應(yīng)式2pb＋O2→2pbO
     因?qū)崿F(xiàn)方式的不同，可分為原電池法、燃料電池法和赫茲電池法，下面分別介紹。
2.1.1.原電池法
     原電池法的微氧儀是早期的產(chǎn)品，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)池是開(kāi)發(fā)式的，需要添加電解液，并可以清洗更換電極，使用成本較低。不過(guò)使用時(shí)要自配堿液，還要經(jīng)常添加蒸餾水，更換干燥劑硅膠，氣密性不易，維護(hù)起來(lái)比較麻煩。
2.1.2燃料電池法
     該類儀器是原電池儀器的集成化、微型化，它的傳感器（檢測(cè)器）是微燃料電池，主要由一個(gè)陰極，一個(gè)陽(yáng)極和電解液組成，以上部件密封于惰性的殼中，被測(cè)氣中的氧通過(guò)電池一面的（半透膜）擴(kuò)散膜進(jìn)入電池中，而內(nèi)部的電解液卻不能滲出，陰極由隋性的金屬制成，本身不參與氧化還原反應(yīng)，陰極附近Ｏ２得到電子，陽(yáng)極由金屬鉛制成，失去電子本身被氧化，電池產(chǎn)生的電子由電路引出檢測(cè)，即測(cè)出被測(cè)氣中的氧含量。它的關(guān)鍵技術(shù)是擴(kuò)散漫膜，可以定量控制氧的滲透，阻止水的滲出，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有的產(chǎn)品。該類儀器的主要缺點(diǎn)是需定期更換傳感器，并且傳感器不能長(zhǎng)期儲(chǔ)存，對(duì)樣品的溫度和壓力敏感。
     國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的該類儀器主要有英國(guó)SYSTECH公司的EC90和EC910系列,美國(guó)EDYNE公司的3000系列，美國(guó)AII公司的GPR系列，技術(shù)都比較成熟，此類儀器使用時(shí)要注意根據(jù)背景氣和干擾雜質(zhì)進(jìn)行選擇，才能得到的結(jié)果。
2.1.3赫茲電池法
     赫茲電池式微氧儀算是化學(xué)電池法的一個(gè)特例，電極在使用過(guò)程中不消耗，類似一個(gè)電解池，儀器內(nèi)部提供1.300V直流電壓，提供電子轉(zhuǎn)移的能量，氧氣分子從樣氣入口進(jìn)入，樣氣出口排放出，電極、電解質(zhì)和樣品沒(méi)有任何損耗，陰極為碳合金，陽(yáng)極為鉑金絲，美國(guó)的DELTA.F公司生產(chǎn)，測(cè)量原理是（1）：
在陽(yáng)極板上（鉑金絲，樣氣出口）：４０Ｈ-→Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４e-
在陰極板上（碳合金，樣氣入口）：Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４e-→４０Ｈ-
     該儀器在使用過(guò)程中只需定期添加純凈水或去離子水，維護(hù)量很小，并且加水后儀器可以很快穩(wěn)定。適用于N2、HE、Ar、H2和碳?xì)浠锏鹊姆治觯蜋z測(cè)限可達(dá)到75PPt，性很高。
2.2濃差電池法
     濃差電池法也稱為氧化鋯電池法，它是利用氧化鋯元件為檢測(cè)器的關(guān)鍵部件，以它為主體構(gòu)成測(cè)氧電池，包括氧化鋯管及涂制在管底部的鉬電極和電極引線，電極引線可將信號(hào)引出；加熱爐用于加熱氧化鋯管，使它恒定在設(shè)定溫度（780±10℃）上；標(biāo)氣管用于接通標(biāo)氣，校準(zhǔn)探頭；熱電偶用于測(cè)量氧電池中的溫度，接入變送器溫控系統(tǒng)；接線板設(shè)有信號(hào)、熱電偶和加熱爐三對(duì)接線柱，其它還有過(guò)濾器、安裝法蘭和探頭外殼。如圖1所示，在氧化鋯管底的內(nèi)外表面有兩個(gè)鉑電極，即參比電極和測(cè)量電極，分別帶有兩根鉑引線，構(gòu)成一個(gè)氧化鋯測(cè)氧電池，即氧濃差電池,它在鉑電極的反應(yīng)原理是O2＋4e→2O2- ；2O2-→O2＋4e ,于是，兩電極間形成了電位差，組成了濃差電池（2）。
     氧化鋯電池老化、積灰、SO2 和SO3 對(duì)電池的腐蝕等許多干擾因素的影響，運(yùn)行過(guò)程中，儀器參數(shù)將發(fā)生逐漸變化，而給測(cè)量帶來(lái)誤差，電池老化表現(xiàn)在內(nèi)阻升高和本底電勢(shì)增大兩個(gè)主要參數(shù)上。內(nèi)阻大于800Ω或本底電勢(shì)增大到（―25～―30）mV時(shí)，氧量顯示出現(xiàn)跳動(dòng)現(xiàn)象，響應(yīng)遲緩。為了使測(cè)量，必須定期用標(biāo)氣進(jìn)行校準(zhǔn)。
     產(chǎn)品氮中微量氧分析是用的進(jìn)口的ZR810型氧分析器，此儀器屬氧化鋯式，有兩個(gè)檢測(cè)器，可同時(shí)分析出氣中氧和水的含量，自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換，可數(shù)顯出0.01×10-4%-100%的范圍，使用時(shí)只氣流量在150ml/min，通電恒溫650℃即可快速，準(zhǔn)備分析出樣品氣中的氧和水含量，所以此儀器用起來(lái)也非常方便。
     氧化鋯濃差電池的主要缺點(diǎn)是還原性雜質(zhì)對(duì)微量氧的分析有影響。因?yàn)樵?00－800攝氏度的情況下，還原性物質(zhì)可以與氧發(fā)生反應(yīng)，消耗氧使分析結(jié)果偏低,它的主要優(yōu)點(diǎn)是量程范圍寬，可覆蓋常量微量的氧含量分析，使用方便，使用壽命長(zhǎng)。
2.3氣相色譜法
     氣相色譜法進(jìn)行微量氧分析的優(yōu)勢(shì)在于多種雜質(zhì)可以同時(shí)檢測(cè)，因?yàn)榭辗謿庵械碾s質(zhì)分離比較容易，所以色譜柱系統(tǒng)的配置簡(jiǎn)單。在進(jìn)行包含微量氧的多種雜質(zhì)檢測(cè)時(shí)，選擇色譜分析比較合適?？梢赃x擇的色譜檢測(cè)器主要有熱導(dǎo)檢測(cè)器、電子捕獲檢測(cè)器、氦離子化檢測(cè)器、氬離子化檢測(cè)器、放電離子化檢測(cè)器、原子發(fā)射檢測(cè)器（AED）等，下面進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
     選擇色譜檢測(cè)器主要考慮所測(cè)樣品的性質(zhì)，例如主組分的成份、干擾雜質(zhì)的含量和對(duì)檢測(cè)器的適應(yīng)性。如氦離子化檢測(cè)器、放電離子化檢測(cè)器和電磁感應(yīng)檢測(cè)器進(jìn)行氦氣中微量氧；而氬離子化檢測(cè)器、電磁感應(yīng)檢測(cè)器進(jìn)行氬氣中微量氧分析十分方便，不必進(jìn)行主主組分的處理。再是要根據(jù)微量氧的檢測(cè)范圍來(lái)選擇，熱導(dǎo)檢測(cè)器的檢測(cè)限較高，不適合較低含量的微量氧分析，而氦離子化檢測(cè)器、氬離子化檢測(cè)器、放電離子化檢測(cè)器可以進(jìn)行PPb及微量氧分析。
     色譜法進(jìn)行微量氧分析的缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正意義上的在線分析，是所不能對(duì)微量氧進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，需要間斷的檢測(cè)，并且設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜，需要載氣、氣等。
3.氧分析儀使用中的注意事項(xiàng)
     在進(jìn)行微量氧分析時(shí)，由于空氣中氧含量高達(dá)21％02，故而如果處理不當(dāng)極易造成對(duì)樣品的污染和干擾，出現(xiàn)分析結(jié)果數(shù)據(jù)不正常。其主要原因是儀器操作不當(dāng)造成。以下談幾點(diǎn)意見(jiàn)供參考。
  (1）泄漏。氧分析儀在初次啟用前必須 嚴(yán)格檢漏。儀器在嚴(yán)密不漏的前提下才 能獲得數(shù)據(jù)結(jié)果。任何連接點(diǎn)，焊點(diǎn)，閥門(mén)等處的不嚴(yán)密，將會(huì)導(dǎo)致空氣中的氧反滲進(jìn) 入管道及儀器內(nèi)部，從而得出含氧量偏高的 結(jié)果。
  （2）污染。在重新使用儀器時(shí)，首先須 注意在連接取樣管路時(shí)是否漏人空氣。并且 必須認(rèn)真將漏人空氣吹除干凈，盡量不使大量氧氣通過(guò)傳感器以延長(zhǎng)傳感器壽命。在管 道系統(tǒng)凈化過(guò)程中，為縮短凈化時(shí)間，需要 有一定的方法，一般使用高壓放氣及小流量吹除交替進(jìn)行可迅速凈化管道。
  (3)管道材質(zhì)的選擇。管道材質(zhì)及表面 粗糙度也將影響樣氣中氧含量的變化。一般 不宜用塑料管，橡膠管等作為連接管路。通常選用銅管或不銹鋼管，對(duì)超微量分析(指 <0．1×10-4％)則必須用拋光過(guò)的不銹鋼 管。
  (4)氣路系統(tǒng)的簡(jiǎn)化及潔凈。微量分析 要求必須有效排除氣路上的各種管件，閥 門(mén)，表頭等中的死角對(duì)樣氣造成的污染。因此，應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化氣路系統(tǒng)，選用死角小的 連接件等。并且，避免使用水封，油封及臘 封等設(shè)備，阻止溶解氧逸出造成污染，更需避免在樣氣引出儀器進(jìn)口的管線上增加易 造成污染的凈化設(shè)備等。這樣才能 系統(tǒng)潔凈，所得數(shù)據(jù)。
  (5)背景氣的干擾。如燃料電池式分析儀，不同的主背景氣（與背景氣的摩爾有關(guān)），會(huì)影響分析結(jié)果。并且少量的氫氣也會(huì)對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。對(duì)于樣氣中含有微量酸性氣的情況，特殊型式的赫茲電池式氧分析儀（由美國(guó)△F公司生產(chǎn)）才能排除于擾，阻止傳感器中毒，給出正確分析數(shù)據(jù)。其他燃料電池式氧分析儀均不能用于酸性氣分析。
  (6)干擾雜質(zhì)的影響。干擾雜質(zhì)主要指除背景氣和待測(cè)組分外存在的少量未知雜質(zhì)，如燃料電池式微氧儀對(duì)微量酸、堿式氣雜質(zhì)敏感，如果氣中含有微量酸性氣成分，如C02，H2S，HCl，HCN等，則燃料池傳感器易中毒失效。而微量的還原性氣對(duì)氧化鋯式微氧儀的分析結(jié)果產(chǎn)生影響，近又發(fā)現(xiàn)微量的N2O對(duì)氧化鋯式微量氧分析儀產(chǎn)生影響，所以在檢測(cè)時(shí)要充分考慮到微量雜質(zhì)的存在，選擇恰當(dāng)?shù)姆治鰞x，才能得到的結(jié)果。