气体纯度检测

气体纯度检测是衡量气体中目标组分含量（即纯度）的重要手段，广泛应用于工业生产、科研实验、医疗等领域。

以下从检测对象、常用方法、标准体系、操作要点及注意事项等方面展开解析，不含表格与公式：

一、核心检测对象与应用场景

1. 常见高纯度气体类型

工业气体：氮气（N₂）、氧气（O₂）、氩气（Ar）、氢气（H₂）等。

例如半导体制造需纯度 99.999% 以上的氮气（俗称 “5N 氮”），避免杂质影响芯片性能；

特种气体：氨气（NH₃）、六氟化硫（SF₆）、硅烷（SiH₄）等，常用于电子化工、医疗麻醉等场景，如医疗用氧气纯度需≥99.5%，以防杂质危害人体；

混合气体：如焊接用的氩 - 二氧化碳混合气，需检测各组分比例是否符合工艺要求。

2. 纯度等级与含义

纯度通常用 “百分比” 或 “N” 表示（N 代表 9 的个数）：

99.9%（3N）为普通工业级，99.999%（5N）为超高纯级，半导体行业甚至需 7N（99.99999%）级气体。

二、主流检测方法与原理

1. 气相色谱法（GC）—— 工业最常用

原理：让气体通过填充有吸附剂的色谱柱，不同组分因吸附能力差异被分离，再通过检测器（如热导检测器 TCD、氢火焰检测器 FID）测量各组分的浓度，从而计算目标气体纯度。

优势：可同时检测多种杂质（如 O₂、H₂O、CO₂），精度达 0.1ppm（百万分之一）以下，适用于氮气、氢气等气体的高纯检测。

2. 光谱分析法 —— 快速无损

红外光谱（IR）：利用气体分子对特定波长红外光的吸收特性。

例如 CO₂在 4.26μm 处有强吸收峰，通过测量吸光度可计算其含量，常用于检测气体中的微量杂质。

激光光谱（如 TDLAS）：用激光束穿过气体，根据特定组分的吸收光谱直接计算浓度。

如检测氧气纯度时，可利用氧气对 760nm 波长激光的吸收特性，响应速度达毫秒级。

3. 电化学法 —— 便携实时

适用于氧气纯度检测，如燃料电池型传感器：氧气通过透气膜与电解液反应产生电流，电流大小与氧浓度成正比，常见于医疗氧气瓶的现场快速检测，精度可达 ±1%。

4. 露点法 —— 检测水分杂质

气体中的水分含量（露点）是纯度的重要指标，例如高纯氮气要求露点≤-70℃（含水量＜1ppm）。

通过冷却气体直至水蒸气凝结，测量凝结温度（露点）来判断水分含量，间接反映纯度。

三、检测标准与行业要求

国内标准：

GB/T 3864-2008《工业氮》规定工业氮气纯度分为 99.5%、99.9% 等等级；

GB 8982-2019《医用及航空呼吸用氧》要求氧气纯度≥99.5%，杂质（如 CO、H₂O）需低于特定限值。

国际标准：

ISO 14175《半导体生产用气体》对超高纯气体（如 NF₃、CF₄）的纯度要求细化到 ppb（十亿分之一）级别；

美国压缩气体协会（CGA）标准对工业气体纯度分类更详细，如 CGA G-1.3 规定高纯氧气纯度≥99.995%。

四、检测流程与关键操作

1. 采样与预处理

用不锈钢或聚四氟乙烯（PTFE）材质的采样瓶 / 管线，避免材质吸附或污染气体（如检测高纯氢气时，管线需提前用高纯氮气吹扫 3 次以上）；

采样流量控制在 0.5-1L/min，确保气体充分置换采样容器，避免残留空气干扰。

2. 仪器校准与检测

检测前用已知纯度的标准气体（如 99.999% 的氮气标样）校准仪器，确保误差≤±0.5%；

例如用气相色谱检测氮气纯度时，需先测定其中 O₂、H₂O、CO₂等杂质的总含量。

再用 100% 减去杂质含量得到氮气纯度（如杂质总量 0.001%，则纯度为 99.999%）。

3. 结果判定与记录

重复检测 3 次，取平均值，若单次检测结果与均值偏差＞1%，需重新采样分析；

报告中需注明检测方法、环境温度（建议 20±5℃）、湿度（≤60% RH）及气体压力等条件。

五、注意事项与异常处理

杂质干扰：检测高纯气体时，空气中的氧气、水蒸气可能混入样品，导致纯度计算偏差，需在密闭环境或正压状态下采样；

仪器维护：气相色谱的色谱柱需定期老化（如在 200℃下烘烤 4 小时），避免杂质残留影响检测精度；

安全提示：检测可燃气体（如氢气）时，需确保现场无明火，仪器接地以防静电，避免爆炸风险；

纯度不达标处理：若检测发现纯度不足，可通过吸附（如分子筛除水）、催化反应（如用钯催化剂除去氧气）或精馏等方法提纯，再重新检测直至达标。

六、典型行业应用案例

半导体制造：用气相色谱检测硅烷（SiH₄）中的氧气杂质，要求≤1ppm，否则硅烷易氧化沉积，影响芯片镀膜质量；

医疗行业：用电化学法实时监测氧气瓶纯度，若低于 99.5% 需立即更换，防止患者吸入低氧气体；

食品包装：用红外光谱检测包装内氮气纯度，要求≥99%，以延长食品保质期，避免因氧气残留导致霉变。