氢气发生器中氢气泄漏检测

2023-09-01 11:11

由于健康和安全方面的限制，许多实验室现在被禁止在工作场所使用氢气瓶。相比之下，氢气发生器是一种更安全的选择，同时可以提供高纯度的载气（纯度为99.9999%，无水分），足以同时供应多个GC仪器。

挥发性有机化合物（VOCs）是指在室温下沸点在50～260℃之间，且饱和蒸气压超过133.322Pa的易挥发性化合物。这些化合物的主要成分包括烃类、氧烃类、含卤烃类、氮烃及硫烃类、低沸点的多环芳烃类等。VOCs是室内外空气中普遍存在且组成复杂的一类有机污染物。大多数VOCs不溶于水，可混溶于苯、醇、醚等多数有机溶剂。它们大多对皮肤、黏膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用。其所表现出的毒性、刺激性、致癌作用和具有的特殊气味能导致人体呈现各种不良反应。因此，研究环境中VOCs的存在、来源、分布规律、迁移转化及其对人体健康的影响一直受到人们的重视，并且成为国内外研究的焦点。

一、挥发性有机物（VOC）检测

挥发性有机物（VOC）检测方法通常有PID检测(光离子探测器)、 GC-MS（气相色谱-质谱检测器法）和 GC-FID（气相色谱-氢火焰离子检测器法），三种方法对绝大部分烃类有良好响应；GC-ECD（气相色谱-电子捕获检测器法）主要为卤代烃类检测器，对卤代烃有高灵敏度的响应；GC-FPD（气相色谱-火焰光度检测器法）对含硫、磷的烃类有高选择、高灵敏度的响应。在上述检测方法中，GC-FID，GC-FPD 都需用氢气作为燃烧气来生成检测信号的离子化体。

二、VOC 监测设备的气源-氢气发生器

VOC在线监测根据采用传感器的不同，可分为PID（光离子化检测器）和FID（火焰离子化检测器）。采用PID原理的VOC在线监测设备体型小巧，结构简单，能测量更低浓度的VOC气体；而采用FID原理的VOC在线监测设备结构相对复杂，技术难度更高，需要配备在线氢气发生器等配件。

氢气钢瓶通常不作为在线 VOC 监测设备的气源，因为钢瓶氢气属于危险化学品，操作需取得相关资质。监测站点通常无人值守，一旦发生氢气泄漏容易发生燃烧爆炸等严重事故。部分站点偏远，运输成本高昂（普通车辆不能运输危化品）。基于以上因素的考虑，满足以下要求的氢气发生器可作为在线VOC 监测设备的理想气源：

①产气量充足（通常 GC 用气量在 100 mL/min 以下）；

②产生气体纯度高，通常大于 99.99%，采用 SPE 膜电解法产生的氢气纯度可达到 99.999%.

同时，氢气发生器相比钢瓶气具备以下优势：

①无氢气泄漏危险，漏气时氢气发生器监测会自动停止工作以防止事故发生；

②设备体积小，电解水只消耗纯水或碱液，使用成本低；

③可远程监控氢气发生器的工作状态。氢气发生器的工作原理是电解水产生氢气，目前与 GC联用的氢气发生器有电解碱性水溶液、SPE（固态电解质）膜电解水两种电解方式。碱性溶液电解法通常采用 10%（质量分数）的氢氧化钾溶液作为电解质，电解时阳极产生氧气（排入大气），阴极产生氢气；SPE 膜电解采用纯水作为电解质，电解时水电离出的氧负离子在阳极生成氧气（排入大气），氢质子以水合离子（H+·xH2O）的形式，在电场力的作用下，通过 SPE离子膜，到达阴极吸收电子形成氢气。

氢气发生器为VOC监测设备的气源提供满足要求的氢气，氢气发生器体积小巧紧凑，提供可靠氢气来源的同时减少碳排放。氢气发生器采用PSA等技术有效去除水分，保证了氢气的纯度与品质。相比于钢瓶，气体发生器是更安全、可靠而且方便的供气方案。

使用氢气发生器的安全性与方便性

与传统的钢瓶相比，使用氢气发生器供应氢气有其不容忽视的优势。

氢气发生器现场生产氢气，根据客户需求，即开即用，大大减少了等待钢瓶安装或定期更换钢瓶造成的人力、时间成本。

钢瓶中储存大量的高压气体，如果迅速释放到实验室环境中，会造成安全隐患。尤其是使用氢气钢瓶时，还存在额外的爆炸风险。一旦空气中的氢气的含量达到4.1%（按体积浓度计），会达到氢气的爆炸下限，而引发危险。

氢气发生器可提供一种安全的替代方案，无需大量储存高压气体就可产生足够的氢气来供应多种应用。

除此之外，在氢气安全上，发生器内部有检漏、压力异常报警等功能，可以安装氢气探测器。因此，如果发生氢气泄漏，整个系统会自动停止，以确保安全。工采网FAE建议氢气探测器采用进口氢气传感器，推荐选用日本figaro 氢气传感器 - TGS2616-C00：TGS2616-C00是日本FIGARO研发的半导体原理传感器，响应快速、功耗低、体积小，TGS2616-C00 内含全新开发的敏感素子，受酒精等干扰气体的影响极小，而对氢气具有较高的选择性。非常适合用于检测氢气浓度变化。