您是否想知道气相色谱（GC）载气中的氦气，氢气，氩气和氮气，如何从其自然条件下转变为实验室气瓶或发生器内的高度纯化的压缩态？在这里，我们一起探究气相色谱系统中最重要的四种载气的起源。源于自然 自然大气中氮气是含量最高的气体，占78.1％，在某些有限的情况下，例如某些便携式气相色谱仪和有限的低柱温箱温度下，将净化空气用于载气。
氩载气，其比较昂贵，以至于不能作为GC载气。氦气价格适中，为氖气的五分之一，其可以作为氖气的替代品。氦气作为载气除了简单的成本考虑之外，还有一些性能上的原因。例如，氢有时由于其低粘度和高扩散性而被优选。低粘度意味着用氢气获得任何特定流速所需的压力较小，这意味着在较高流量和窄口径色谱柱下性能更好。较高的扩散率可在最佳载气速度区域附近产生更有效的分离。另一方面，氖具有高粘度和低扩散性，这使其吸引力降低。
采购，分离和纯化 大多数载气来自自然资源。氢是例外。加压罐中供应的氢气通常是作为其他商业反应和过程的副产品获得。实验室产生的氢气是通过电解水来产生的，氢气是真正唯一在实验室中产生的载气。实验室制氮机实际上并不产生氮气，它只是从进入的气流中分离并纯化氮气。我们知道，氦气是一种自然资源，且不可再生。 氮气和氩气也可以从自然资源中获得，用于工业和实验室应用，但是可用量不会造成任何消耗的危险。它们都通过与空气分离而大量生产，然后进一步纯化，直到获得所需的GC级。商业空气分离厂还产生氧气，并可以产生氖气，氙气。目前，通常使用三种类型的空气分离。其中低温分馏是获得纯氮气和氩气载气的第一步。 低温分离 在进行低温分馏以回收氮气，氩气和氧气时，首先将环境空气过滤并加压。除去冷凝水，然后进一步干燥空气流，并通过活性吸附剂床（例如分子筛）除去烃和二氧化碳。将纯化的空气冷却直至液化，然后从氮气中分馏出氧气和氩气。氖和氙也可以通过应用其他分馏步骤进行分离。所得的纯化气流以液态或气态形式存储为工业纯度的散装气体。 通常，最初的低温分馏过程会产生约99.95％的氮气纯度。需要进一步纯化以使气体达到超高纯度或研究级，以用作GC载气或用于其他特种气体。可以使用变压吸附以及其他分馏步骤。
变压吸附 变压吸附（PSA）是一种较小规模的空气分离技术，当低温工厂的规模和成本不切实际或没有必要时，可在工业水平上使用。在一些实验室制氮机中也使用了PSA纯化。PSA的工作原理是使空气通过初始过滤器，以除去颗粒，碳氢化合物和大部分水。接下来，净化后的空气在高压下通过碳筛床，在其中氧气，残留水和二氧化碳被吸附，而纯净的氮气则流过。随着床层达到饱和状态，进入的空气流将切换到第二个滤床，同时降低第一层的压力以将捕获的氧气和杂质释放到排气流中。可以回收富氧空气，例如用于便携式供氧设备。交替使用两个滤床以提供连续的纯化氮气流。最终的氮气纯度由流速，吸附剂床的大小，多个PSA阶段的使用和过滤控制。PSA可以产生纯度高达99.9995％的氮气输出，适用于许多GC应用。 膜分离 如果纯度在95％至99.5％范围内的中等纯度的氮气适合应用，则可以选择通过选择性膜渗透进行纯化。过滤后的压缩空气被送入一个或多个中空管膜分离器，纯化的氮气从中分离出来，并在主流中分离出杂质，包括氧气，水和二氧化碳。在氮气分离器中，膜具有渗透性和机械特性，可以选择性地允许杂质通过，同时阻挡氮气。最终的氮气纯度取决于所用膜的数量和类型。通常，仅膜分离器不能产生足够纯的氮气用于GC载气。 氦 近年来，氦气变得昂贵且难以获得，可以从低温空气分离过程中回收少量的氦，但成本要比从天然气中获得氦高得多。天然气中产生的氦气浓度范围从百万分之几到高达7％，通过将其他气体（包括氮气，甲烷和二氧化碳）液化，将氦气与天然气分离，然后分馏仍为气态的氦气。像其他工业气体一样，氦被进一步纯化以达到适合于GC的实验室研究纯度。 氢 天然存在的氢分子仅在大气中处于低浓度-游离氢以与氦相同的方式逸出。幸运的是，与氦不同，氢很容易通过天然气的工业蒸汽重整来合成：也存在氢气的其他工业反应途径。近年来，由于氢作为运输燃料的流行，氢受到了越来越多的关注。也许有一天，气相色谱仪将能够使用他们的汽车来现场供应载气。 在实验室中，氢是通过电解水产生的 ，水到氢的氧化还原可以通过多种方式进行。现代实验室制氢机使用质子交换膜（PEM），该膜通过质子（H +）重组为氢分子，同时不渗透气态氢和氧反应产物。然后，氢气通过一个铂膜，该铂膜会阻塞所有其他分子，并获得六个九个或更高的氢气纯度。氧气被排出。 熔融石英毛细管柱中在较高温度下运行的氢气，也许不经意间氢气就已经对管壁进行了膜纯化。熔融石英在GC柱箱温度较高时（高于约320°C）具有氢可渗透性。不难观察到，随着温度的升高，通过测量平均载气速度，通过色谱柱的净流速变得小于进入色谱柱的质量流速。氢载气的很大一部分通过管壁损失，特别是对于较小直径的毛细管管。实际平均速度必须通过计算不保留的峰来测量-仅读取电子压力控制（EPC）系统报告的值将不准确，因为EPC无法补偿这种影响。 小结 GC载气在到达气罐和发生器的过程中会经过各种复杂的路径，这些有时在实验室中是理所当然的。一些载气，例如氮气和氩气，是从大气中获取的，而氦气是不可再生的自然资源，主要存在于天然气中。氢气是唯一化学制备的载气，无论是在实验室气体发生器中按需使用，还是作为工业化学过程的副产品均可使用。所有载气必须经过多次纯化才能达到GC所需的水平。

您是否想知道气相色谱（GC）载气中的氦气，氢气，氩气和氮气，如何从其自然条件下转变为实验室气瓶或发生器内的高度纯化的压缩态？在这里，我们一起探究气相色谱系统中最重要的四种载气的起源。源于自然 自然大气中氮气是含量最高的气体，占78.1％，在某些有限的情况下，例如某些便携式气相色谱仪和有限的低柱温箱温度下，将净化空气用于载气。
氩载气，其比较昂贵，以至于不能作为GC载气。氦气价格适中，为氖气的五分之一，其可以作为氖气的替代品。氦气作为载气除了简单的成本考虑之外，还有一些性能上的原因。例如，氢有时由于其低粘度和高扩散性而被优选。低粘度意味着用氢气获得任何特定流速所需的压力较小，这意味着在较高流量和窄口径色谱柱下性能更好。较高的扩散率可在最佳载气速度区域附近产生更有效的分离。另一方面，氖具有高粘度和低扩散性，这使其吸引力降低。
采购，分离和纯化 大多数载气来自自然资源。氢是例外。加压罐中供应的氢气通常是作为其他商业反应和过程的副产品获得。实验室产生的氢气是通过电解水来产生的，氢气是真正唯一在实验室中产生的载气。实验室制氮机实际上并不产生氮气，它只是从进入的气流中分离并纯化氮气。我们知道，氦气是一种自然资源，且不可再生。 氮气和氩气也可以从自然资源中获得，用于工业和实验室应用，但是可用量不会造成任何消耗的危险。它们都通过与空气分离而大量生产，然后进一步纯化，直到获得所需的GC级。商业空气分离厂还产生氧气，并可以产生氖气，氙气。目前，通常使用三种类型的空气分离。其中低温分馏是获得纯氮气和氩气载气的第一步。 低温分离 在进行低温分馏以回收氮气，氩气和氧气时，首先将环境空气过滤并加压。除去冷凝水，然后进一步干燥空气流，并通过活性吸附剂床（例如分子筛）除去烃和二氧化碳。将纯化的空气冷却直至液化，然后从氮气中分馏出氧气和氩气。氖和氙也可以通过应用其他分馏步骤进行分离。所得的纯化气流以液态或气态形式存储为工业纯度的散装气体。 通常，最初的低温分馏过程会产生约99.95％的氮气纯度。需要进一步纯化以使气体达到超高纯度或研究级，以用作GC载气或用于其他特种气体。可以使用变压吸附以及其他分馏步骤。
变压吸附 变压吸附（PSA）是一种较小规模的空气分离技术，当低温工厂的规模和成本不切实际或没有必要时，可在工业水平上使用。在一些实验室制氮机中也使用了PSA纯化。PSA的工作原理是使空气通过初始过滤器，以除去颗粒，碳氢化合物和大部分水。接下来，净化后的空气在高压下通过碳筛床，在其中氧气，残留水和二氧化碳被吸附，而纯净的氮气则流过。随着床层达到饱和状态，进入的空气流将切换到第二个滤床，同时降低第一层的压力以将捕获的氧气和杂质释放到排气流中。可以回收富氧空气，例如用于便携式供氧设备。交替使用两个滤床以提供连续的纯化氮气流。最终的氮气纯度由流速，吸附剂床的大小，多个PSA阶段的使用和过滤控制。PSA可以产生纯度高达99.9995％的氮气输出，适用于许多GC应用。 膜分离 如果纯度在95％至99.5％范围内的中等纯度的氮气适合应用，则可以选择通过选择性膜渗透进行纯化。过滤后的压缩空气被送入一个或多个中空管膜分离器，纯化的氮气从中分离出来，并在主流中分离出杂质，包括氧气，水和二氧化碳。在氮气分离器中，膜具有渗透性和机械特性，可以选择性地允许杂质通过，同时阻挡氮气。最终的氮气纯度取决于所用膜的数量和类型。通常，仅膜分离器不能产生足够纯的氮气用于GC载气。 氦 近年来，氦气变得昂贵且难以获得，可以从低温空气分离过程中回收少量的氦，但成本要比从天然气中获得氦高得多。天然气中产生的氦气浓度范围从百万分之几到高达7％，通过将其他气体（包括氮气，甲烷和二氧化碳）液化，将氦气与天然气分离，然后分馏仍为气态的氦气。像其他工业气体一样，氦被进一步纯化以达到适合于GC的实验室研究纯度。 氢 天然存在的氢分子仅在大气中处于低浓度-游离氢以与氦相同的方式逸出。幸运的是，与氦不同，氢很容易通过天然气的工业蒸汽重整来合成：也存在氢气的其他工业反应途径。近年来，由于氢作为运输燃料的流行，氢受到了越来越多的关注。也许有一天，气相色谱仪将能够使用他们的汽车来现场供应载气。 在实验室中，氢是通过电解水产生的 ，水到氢的氧化还原可以通过多种方式进行。现代实验室制氢机使用质子交换膜（PEM），该膜通过质子（H +）重组为氢分子，同时不渗透气态氢和氧反应产物。然后，氢气通过一个铂膜，该铂膜会阻塞所有其他分子，并获得六个九个或更高的氢气纯度。氧气被排出。 熔融石英毛细管柱中在较高温度下运行的氢气，也许不经意间氢气就已经对管壁进行了膜纯化。熔融石英在GC柱箱温度较高时（高于约320°C）具有氢可渗透性。不难观察到，随着温度的升高，通过测量平均载气速度，通过色谱柱的净流速变得小于进入色谱柱的质量流速。氢载气的很大一部分通过管壁损失，特别是对于较小直径的毛细管管。实际平均速度必须通过计算不保留的峰来测量-仅读取电子压力控制（EPC）系统报告的值将不准确，因为EPC无法补偿这种影响。 小结 GC载气在到达气罐和发生器的过程中会经过各种复杂的路径，这些有时在实验室中是理所当然的。一些载气，例如氮气和氩气，是从大气中获取的，而氦气是不可再生的自然资源，主要存在于天然气中。氢气是唯一化学制备的载气，无论是在实验室气体发生器中按需使用，还是作为工业化学过程的副产品均可使用。所有载气必须经过多次纯化才能达到GC所需的水平。