氢气纯度仪工作原理

氢气纯度仪的工作原理基于氢气与其他气体（如空气、氮气、氧气等）在物理或化学性质上的差异，通过检测这些差异来计算氢气的纯度。常见的检测原理主要有以下几类，不同原理适用于不同的应用场景（如工业生产、实验室分析、气体纯化等）：

一、热导法（TCD，常用）

核心原理：利用不同气体的热导率差异（氢气的热导率远高于其他常见气体），通过测量热传导效率计算氢气纯度。

- 具体过程：

仪器内有一个“热导池”，包含两根对称的热丝（如铂丝）。其中一根通入待检测的氢气样品，另一根通入已知纯度的参考气体（如纯氮气）。

给热丝通电加热，气体流速稳定时，热丝的热量会通过气体分子传导出去。由于氢气的热导率极高（约是空气的7倍），样品中的氢气含量越高，热丝的热量散失越快，热丝温度就越低，电阻也越小。

通过测量两根热丝的电阻差值（通常转化为电信号），与标准曲线对比，即可计算出氢气的纯度。

- 适用场景：

适用于检测高纯度氢气（如99%~99.999%），广泛应用于化工、新能源（如氢能燃料电池）等领域。

二、气相色谱法（GC）

核心原理：利用不同气体在色谱柱中的吸附/解吸能力差异，实现混合气体的分离，再通过检测器（如热导检测器TCD）定量分析氢气纯度。

- 具体过程：

1. 待检测的氢气样品通过进样器进入色谱仪，在载气（如高纯氦气）的带动下进入色谱柱（如填充柱或毛细管柱）。

2. 混合气体中的不同成分（如氢气、氧气、氮气、甲烷等）与色谱柱内的固定相作用力不同，导致它们在色谱柱中的保留时间不同，从而被逐一分离。

3. 分离后的氢气首先流出色谱柱，进入检测器（如TCD），检测器根据气体浓度产生相应的电信号（如峰面积）。

4. 通过对比标准气体（已知纯度的氢气）的峰面积，计算出样品中氢气的纯度。

- 适用场景：

适用于高精度检测，可同时分析氢气中多种微量杂质（如ppm级），常用于实验室、气体制备等对纯度要求极高的场景。

三、电化学法

核心原理：利用氢气与特定电极发生氧化还原反应产生的电流信号，与氢气浓度成正比的特性，计算纯度。

- 具体过程：

检测池中通常有工作电极、参比电极和对电极。氢气通过扩散膜进入检测池后，在工作电极上发生氧化反应（如 H₂ → 2H⁺ + 2e⁻），产生的电子形成电流。

在范围内，电流大小与氢气的浓度（纯度）成正比，通过测量电流值即可换算出氢气纯度。

- 适用场景：

适用于中低纯度氢气检测（如0~99%），响应速度快，但传感器寿命有限（通常1~2年），常用于现场快速检测或便携式仪器。

四、其他辅助原理

- 半导体法：利用氢气吸附在半导体材料（如金属氧化物）表面时，导致半导体电阻变化的特性，适合低浓度氢气检测（较少用于高纯度分析）。

- 密度法：通过测量混合气体的密度（氢气密度远低于其他气体）计算纯度，精度较低，多用于粗略估算。

不同原理的氢气纯度仪各有侧重：

- 热导法：性价比高，适合工业级高纯度检测；

- 气相色谱法：精度最高，适合实验室或高精度场景；

- 电化学法：响应快，适合现场快速检测。

实际应用中，需根据检测精度、成本、使用环境等选择合适的仪器。