سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146837072 – 09033158778
از آرگون (Ar)، نهمین عنصر جدول تناوبی، یک گاز نجیب و بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌طعم است. با توجه به خاصیت خنثی بودن و عدم واکنش‌پذیری بالا، آرگون در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارد. از جوشکاری و برش فلزات گرفته تا لامپ‌های روشنایی ، عایق‌بندی پنجره‌ها و حتی در پزشکی، نقش آرگون حیاتی است. کیفیت و خلوص این گاز، به خصوص در کاربردهای حساس، از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین، انجام آزمون‌های دقیق برای اطمینان از کیفیت و خلوص گاز آرگون امری ضروری محسوب می‌شود. این مقاله به تفصیل به کاربردهای گاز آرگون، انواع آزمون‌های کیفی و کمی آن، روش انجام این آزمون‌ها، استانداردهای مرتبط و نکات ایمنی هنگام کار با این گاز می‌پردازد.
انواع آزمون‌های گاز آرگون
برای اطمینان از کیفیت و خلوص گاز آرگون، آزمون‌های مختلفی انجام می‌شود که می‌توان آن‌ها را به دو دسته کلی تقسیم کرد: آزمون‌های کیفی (برای تعیین خلوص) و آزمون‌های کمی (برای اندازه‌گیری ناخالصی‌های خاص).
۱. آزمون‌های تعیین خلوص (Purity Tests)
این آزمون‌ها میزان آرگون را در یک سیلندر یا جریان گاز مشخص می‌کنند.
الف) کروماتوگرافی گازی (Gas Chromatography – GC)
مفهوم:
کروماتوگرافی گازی یکی از متداول‌ترین و دقیق‌ترین روش‌ها برای تعیین خلوص گازها و شناسایی ناخالصی‌های موجود در آن‌هاست. این روش بر اساس اختلاف در زمان ماند (Retention Time) و نحوه برهم‌کنش اجزای نمونه با فاز ساکن (Packed or Capillary Column) و فاز متحرک (گاز حامل) عمل می‌کند.
روش انجام:
نمونه‌برداری: نمونه‌ای از گاز آرگون از سیلندر یا خط جریان برداشته می‌شود. این نمونه‌گیری باید با دقت انجام شود تا از ورود هوا یا سایر آلاینده‌ها جلوگیری شود.
تزریق نمونه: مقدار کمی از نمونه گاز به دستگاه GC تزریق می‌شود. معمولاً از یک شیر تزریق (Gas Sampling Valve) برای این منظور استفاده می‌شود.
جداسازی: نمونه تزریق شده توسط گاز حامل (معمولاً هلیوم یا نیتروژن با خلوص بالا) وارد ستون کروماتوگرافی می‌شود. ستون حاوی فاز ساکن است که با ترکیبات مختلف در نمونه به شیوه‌های متفاوتی برهم‌کنش می‌کند.
آشکارسازی (Detection): پس از خروج اجزای جدا شده از ستون، توسط یک آشکارساز (Detector) شناسایی می‌شوند. آشکارسازهای رایج برای گاز آرگون و ناخالصی‌های آن عبارتند از:
آشکارساز یونیزاسیون شعله‌ای (Flame Ionization Detector – FID): برای ترکیبات آلی.
آشکارساز رسانایی حرارتی (Thermal Conductivity Detector – TCD): این آشکارساز برای گازهایی مانند آرگون، نیتروژن، اکسیژن، هیدروژن و CO2 مناسب است. TCD بر اساس تفاوت در رسانایی حرارتی بین گاز حامل و مخلوط گاز خروجی از ستون کار می‌کند.
آشکارساز یونیزاسیون نوری (Photoionization Detector – PID): برای ترکیبات آلی فرار.
طیف‌سنج جرمی (Mass Spectrometry – MS): برای شناسایی دقیق‌تر و تعیین جرم مولکولی ناخالصی‌ها.
تحلیل داده‌ها: سیگنال خروجی از آشکارساز به صورت یک کروماتوگرام (Chromatogram) نمایش داده می‌شود. پیک‌های روی کروماتوگرام نشان‌دهنده ترکیبات مختلف موجود در نمونه هستند. سطح زیر هر پیک متناسب با غلظت آن ترکیب است. با مقایسه زمان ماند و اندازه پیک نمونه با استانداردهای کالیبراسیون، می‌توان خلوص آرگون و میزان ناخالصی‌ها را تعیین کرد.
استانداردهای مربوطه:
ASTM D1938: Standard Test Method for Determining the Purity of Argon.
ISO 12001: Technical gases – Purity and purity measurement.
ب) طیف‌سنجی نشری (Emission Spectroscopy)
مفهوم:
این روش بر اساس تحریک اتم‌های گاز و اندازه‌گیری نور منتشر شده توسط اتم‌های برانگیخته استوار است. هر عنصر در طیف‌سنجی نشری، یک الگوی منحصر به فرد از طول موج‌های نور را منتشر می‌کند.
روش انجام:
ایجاد تخلیه الکتریکی: نمونه گاز آرگون در یک لامپ تخلیه الکتریکی (مانند لامپ تخلیه در فشار پایین یا لامپ تخلیه در فشار بالا) قرار داده می‌شود.
تحریک اتم‌ها: با عبور جریان الکتریکی از گاز، اتم‌های آرگون و ناخالصی‌های موجود برانگیخته شده و سپس به حالت پایه بازمی‌گردند و نور با طول موج‌های مشخصی منتشر می‌کنند.
تحلیل طیف: نور منتشر شده توسط یک سیستم اپتیکی (مانند منشور یا توری پراش) تجزیه شده و به طول موج‌های تشکیل‌دهنده خود تفکیک می‌شود.
آشکارسازی و اندازه‌گیری: یک آشکارساز (مانند فتودیود یا CCD) طول موج‌ها و شدت نور را اندازه‌گیری می‌کند.
تفسیر نتایج: با مقایسه طیف نمونه با طیف استانداردهای شناخته شده، می‌توان حضور و غلظت ناخالصی‌ها را تعیین کرد. آرگون خالص فقط خطوط نشری مربوط به اتم آرگون را نشان می‌دهد، در حالی که ناخالصی‌ها خطوط نشری خاص خود را ایجاد می‌کنند.
استانداردهای مربوطه:
ASTM E29: Standard Practice for Using Significant Digits in Test Data to Determine Material Property. (برای تفسیر نتایج)
۲. آزمون‌های تعیین ناخالصی‌های خاص (Impurity Tests)
این آزمون‌ها بر اندازه‌گیری غلظت ناخالصی‌های خاصی که می‌توانند بر عملکرد آرگون در کاربردهای مختلف تاثیر بگذارند، تمرکز دارند.
الف) اندازه‌گیری رطوبت (Moisture Measurement)
مفهوم:
وجود رطوبت (H2O) در گاز آرگون می‌تواند در بسیاری از کاربردها، به ویژه در جوشکاری و تولید نیمه‌هادی‌ها، مضر باشد. روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری رطوبت وجود دارد.
روش انجام:
استفاده از آشکارسازهای الکتروشیمیایی (Electrochemical Sensors):
مفهوم: این سنسورها بر اساس تغییر خواص الکتریکی یک ماده دی‌الکتریک به دلیل جذب مولکول‌های آب عمل می‌کنند.
روش: جریان گاز آرگون از میان یک سلول حاوی الکترولیت یا دی‌الکتریک عبور داده می‌شود. مولکول‌های آب جذب شده، باعث تغییر در ظرفیت خازنی یا مقاومت الکتریکی سلول می‌شوند که قابل اندازه‌گیری است.
استاندارد: ISO 10086: Technical gases – Determination of moisture content.
روش نقطه شبنم (Dew Point Measurement):
مفهوم: تعیین دمایی که در آن بخار آب موجود در گاز شروع به میعان می‌کند.
روش: نمونه گاز آرگون به آرامی سرد می‌شود تا زمانی که یک لایه نازک از مایع (شبنم) روی سطح یک آینه تشکیل شود. دمایی که این اتفاق می‌افتد، نقطه شبنم گاز است. با استفاده از جداول استاندارد، می‌توان غلظت رطوبت را بر اساس نقطه شبنم محاسبه کرد.
استاندارد: ASTM D1142: Standard Test Method for Water Vapor Content of Gaseous Fuels by Measurement of Dew Point Temperature. (قابل انطباق برای گازهای صنعتی)
کروماتوگرافی گازی (GC) با آشکارساز مناسب:
مفهوم: همانطور که در بخش خلوص ذکر شد، GC با استفاده از آشکارسازهای حساس به آب (مانند آشکارساز رسانایی حرارتی با تنظیمات خاص یا آشکارساز هدایت الکتریکی – ELCD)، می‌تواند میزان آب را به طور دقیق اندازه‌گیری کند.
ب) اندازه‌گیری اکسیژن (Oxygen Measurement)
مفهوم:
حضور اکسیژن در آرگون می‌تواند باعث اکسیداسیون فلزات در جوشکاری و فرآیندهای نیمه‌هادی شود.
روش انجام:
استفاده از سنسورهای الکتروشیمیایی (Electrochemical Sensors):
مفهوم: این سنسورها (مانند سنسورهای گالوانیک یا سلول‌های سوختی) بر اساس واکنش الکتروشیمیایی اکسیژن عمل می‌کنند که جریان الکتریکی متناسب با غلظت اکسیژن تولید می‌کند.
روش: نمونه گاز آرگون در تماس با الکترودهای سنسور قرار داده می‌شود. اکسیژن موجود در گاز در کاتد احیا شده و واکنش، جریان الکتریکی تولید می‌کند که اندازه‌گیری و به غلظت اکسیژن تبدیل می‌شود.
استاندارد: ISO 21207: Technical gases – Determination of oxygen content in nitrogen, argon and helium by means of electrochemical oxygen sensors.
کروماتوگرافی گازی (GC):
مفهوم: GC با آشکارساز TCD یا MS می‌تواند اکسیژن را به عنوان یک جزء مجزا شناسایی و اندازه‌گیری کند.
طیف‌سنجی جذب اتمی (Atomic Absorption Spectroscopy – AAS):
مفهوم: برای اندازه‌گیری غلظت‌های بسیار پایین ناخالصی‌ها، AAS می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.
ج) اندازه‌گیری نیتروژن (Nitrogen Measurement)
مفهوم:
نیتروژن نیز مانند اکسیژن می‌تواند در برخی کاربردها ناخواسته باشد.
روش انجام:
کروماتوگرافی گازی (GC):
مفهوم: GC با آشکارساز TCD یا MS برای اندازه‌گیری نیتروژن بسیار مناسب است.
طیف‌سنجی نشری (Emission Spectroscopy):
مفهوم: خطوط نشری نیتروژن به خوبی شناخته شده‌اند و می‌توانند برای شناسایی و اندازه‌گیری آن استفاده شوند.
د) اندازه‌گیری ناخالصی‌های گازی دیگر (مانند CO, CO2, H2, هیدروکربن‌ها)
مفهوم:
وجود مقادیر کم این گازها نیز می‌تواند در برخی کاربردهای حساس مانند تولید نیمه‌هادی‌ها یا بسته‌بندی مواد غذایی تاثیرگذار باشد.
روش انجام:
کروماتوگرافی گازی (GC):
مفهوم: GC با آشکارسازهای مناسب (مانند TCD برای CO, CO2, H2 و FID یا MS برای هیدروکربن‌ها) روش اصلی برای اندازه‌گیری این ناخالصی‌هاست.
آشکارسازهای الکتروشیمیایی یا نیمه‌هادی:
مفهوم: برای اندازه‌گیری غلظت‌های خاصی از CO یا CO2 می‌توان از سنسورهای اختصاصی استفاده کرد.
۳. آزمون‌های شیمیایی (Chemical Tests)
در گذشته، برخی آزمون‌های شیمیایی برای ارزیابی کیفیت گاز آرگون انجام می‌شد، اما امروزه با پیشرفت روش‌های فیزیکی و ابزارهای تحلیلی، کمتر رایج هستند.
الف) آزمون حلقه فلزی (Metal Ring Test)
مفهوم:
این آزمون برای شناسایی ناخالصی‌های واکنش‌پذیر در گاز آرگون که می‌توانند با فلزات در دمای بالا واکنش دهند، به کار می‌رفت.
روش انجام (تاریخی):
یک حلقه فلزی (مانند مس یا آلومینیوم) در داخل یک محفظه شیشه‌ای حاوی گاز آرگون قرار داده می‌شد. سپس محفظه گرم می‌شد و فلز در معرض گاز قرار می‌گرفت. اگر گاز حاوی ناخالصی‌های اکسیدکننده بود، فلز دچار اکسیداسیون یا تغییر رنگ می‌شد.
۴. آزمون‌های نقطه شبنم (Dew Point Tests)
مفهوم:
همانطور که در اندازه‌گیری رطوبت اشاره شد، تعیین نقطه شبنم یک روش مهم برای ارزیابی میزان رطوبت در گاز است.
استاندارد:
ISO 13443: Technical gases – Determination of the dew point of gases.
روش انجام آزمون‌ها (نکات عملی)
برای اطمینان از صحت نتایج آزمون‌ها، رعایت نکات زیر ضروری است:
نمونه‌برداری صحیح:
پاکیزگی: تمام اتصالات، لوله‌ها و ظروف نمونه‌برداری باید کاملاً تمیز و عاری از هرگونه آلودگی باشند.
شستشوی اولیه (Purging): قبل از گرفتن نمونه، خط یا سیلندر باید با گاز آرگون به طور کامل شستشو داده شود تا هوای موجود خارج شود.
حفظ فشار: نمونه باید در فشار مناسب و بدون تغییر در ترکیب گرفته شود.
استفاده از ظروف مناسب: برای نمونه‌برداری از سیلندرها، باید از رابط‌های استاندارد و مناسب استفاده کرد.
کالیبراسیون تجهیزات:
تمام تجهیزات تحلیلی (GC، اسپکتروفتومتر، سنسورها و غیره) باید به طور منظم با استانداردهای گازی شناخته شده و معتبر کالیبره شوند.
شرایط محیطی:
آزمایشگاه باید دارای شرایط دمایی و رطوبتی کنترل شده باشد تا بر نتایج اندازه‌گیری تاثیر نگذارد.
مهارت اپراتور:
اپراتور دستگاه‌های تحلیلی باید آموزش دیده و دارای مهارت کافی در زمینه نمونه‌برداری، راه‌اندازی دستگاه، اجرای آزمون و تفسیر نتایج باشد.
استفاده از استانداردهای مرجع:
برای تأیید صحت نتایج، از استانداردهای گازی با خلوص معلوم و گواهی شده استفاده شود.
بدون دیدگاه