氢气纯度分析仪原理

氢气纯度分析仪主要用于检测氢气中杂质（如空气、氮气、甲烷、水分等）的含量，从而确定氢气的纯度（通常以体积百分比表示，如99.9%、99.999%等）。其工作原理基于氢气与其他气体在物理或化学性质上的差异，常见技术原理如下：

1. 热导式原理（TCD，常用）

- 核心依据：氢气的热导率（约0.187 W/(m·K)）远高于绝大多数其他气体（如空气约0.026 W/(m·K)、氮气约0.026 W/(m·K)、甲烷约0.030 W/(m·K)）。

- 测量过程：

仪器内置热导池（由两个对称的测量室组成，一个通入纯氢气作为参考，另一个通入待测气体），池内装有通电加热的热敏元件（如铂丝）。

当待测气体中氢气纯度降低（杂质增多）时，混合气体的热导率下降，导致热敏元件散热变慢、温度升高，电阻值发生变化。

通过测量两室中热敏元件的电阻差异（通常组成惠斯通电桥），即可换算出氢气纯度（纯度越高，热导率越接近纯氢气，电阻差异越小）。

- 适用场景：适用于高纯度氢气检测（如99%~99.999%），尤其适合工业制氢、储氢等场景中常量纯度分析，结构简单、稳定性好。

2. 气相色谱法（GC）

- 核心依据：利用氢气与杂质气体在色谱柱中吸附/分配能力的差异实现分离，再通过检测器定量杂质含量，间接计算氢气纯度。

- 测量过程：

待测气体注入色谱柱后，不同成分因与固定相（如分子筛、活性炭）的作用力不同而被分离，氢气因分子量小、极性低，先流出色谱柱，随后杂质气体依次流出。

流出物进入检测器（常用热导检测器TCD，高纯度分析时可用氦离子化检测器HID等），根据杂质气体的峰面积或峰高，与标准气体对比，计算各杂质含量，再用100%减去总杂质含量，得到氢气纯度。

- 适用场景：适用于超高纯度氢气分析（如99.999%以上），可精确检测ppm级甚至ppb级杂质，能同时识别多种杂质（如N₂、O₂、CH₄、CO等），精度极高，但设备复杂、成本较高。

3. 其他辅助原理

- lou点法（测水分杂质）：通过测量氢气中水分的lou点温度，换算出水分含量（如ppm级），常用于评估氢气中微量水分对纯度的影响（尤其在电子级超高纯氢中）。

- 氧化锆法（测氧杂质）：利用氧化锆在高温下对氧离子的传导性，检测氢气中微量氧气（O₂），间接辅助判断纯度（氧气是常见杂质之一）。

- 热导式是工业中常用的氢气纯度分析方法，适合中高纯度（99%~99.99%）快速检测，成本低、易维护。

- 气相色谱法是高精度分析的金标准，尤其适合超高纯度（99.999%以上）检测，可全mian分析多种杂质。

选择时需根据纯度等级（如工业氢、高纯氢）、杂质类型及检测精度要求确定。