Helium, Argon, Nitrogen, and Hydrocarbon Impurity Analysis in Hydrogen Using an Agilent 8890 GC and TCD/FID System

Význam tématu

Hydrogen je klíčovým zdrojem pro palivové články díky nulovým emisím a vysoké energetické hustotě. Kontrola stopových nečistot jako helium, argon, dusík a uhlovodíky je nezbytná pro zajištění optimální výkonnosti a životnosti palivových článků a pro splnění mezinárodních a národních norem.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo demonstrovat metodu separace a stanovení nečistot helium, argon, dusík a sedm hlavních uhlovodíků v hydrogen pomocí plynové chromatografie Agilent 8890 GC s termickou vodivostní a plamennou ionizační detekcí podle požadavků ISO 14687-2019 a GB/T 37244-2018. Studie hodnotila opakovatelnost, linearitu, citlivost a meze detekce.

Použitá instrumentace

• Plynový chromatograf Agilent 8890 GC s rozděleným a nerozděleným vstupem
• Dva přepínací plynové ventily (6 portu a 10 portu)
• Detektory TCD pro He, Ar, N2 a FID pro uhlovodíky
• Kolony Agilent J&W HP-PLOT Q 30 m × 0.53 mm a Agilent J&W CP-Molsieve 5Å 50 m × 0.53 mm pro plyny
• Kolona Agilent J&W GS-Alumina 30 m × 0.53 mm pro uhlovodíky
• Generátor hydrogenu jako nosný plyn a membránové trapy na vlhkost

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizované proplachování oběhové smyčky zajistilo nulový podklad dusíku. Ar a O2 byly dostatečně separovány i při nízkých koncentracích. Všechny analyty vykázaly vysokou opakovatelnost retence a odpovědi s relativní odchylkou plochy nižší než tři procenta. Linearita měření byla výborná s koeficientem R2 nad 0.9999. Meze detekce činily přibližně 2.6 ppm pro helium, 0.6 ppm pro argon, 0.8 ppm pro dusík a 0.019 ppm pro methan. Kvantitační přesnost se pohybovala mezi 92 a 116 procenty napříč rozsahem kalibrace.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje spolehlivou a citlivou kontrolu kvality hydrogen pro palivové články. Přesné stanovení jednotlivých nečistot napomáhá předcházet poškození katalyzátorů a zajišťuje stabilní výkon palivových článků. Vhodné pro průmyslové QC laboratoře a výrobce FCV paliv.

Budoucí trendy a možnosti využití

Doplňkové použití zdrsňovacích absorbérů na vlhkost a optimalizace přepínacích sekvencí pro další nečistoty jako CO, CO2 nebo amoniak. Integrace online monitorovacích modulů v technologii výroby a plnicích stanic. Rozšíření systému o tandemové detekční schemata pro komplexnější spektrum kontaminantů.

Závěr

Agilent 8890 GC se dvěma detektory TCD/FID a třemi kapilárními kolonami poskytuje vysoce přesnou, citlivou a opakovatelnou analýzu He, Ar, N2 a uhlovodíků v hydrogen. Splňuje požadavky mezinárodních norem a je ideálním nástrojem pro zajištění kvality palivových článků.

Reference

• ISO 14687-2019 Hydrogen palivové články kvalita produktu
• GB/T 37244-2018 Specifikace hydrogenu pro protonové membránové palivové články
• Agilent application note 5994-4415EN Stanovení CO2 a plynových nečistot
• T/CECA-G 0179-2022 GC-TCD a FID metoda pro He, Ar, N2 a THC v hydrogenu