摘要：本文對氣體產品中微量水分的常用測定方法，包括電解法、露點法和光腔衰蕩光譜法的原理、應用進行了介紹，對幾種測定方法的檢出限、適用范圍、使用壽命等技術參數做了比較。

關鍵詞：氣體產品 水分 電解法 露點法 光腔衰蕩

氣體產品是指經過物理或化學方法加工生產的能夠儲存、運輸的氣體或液化氣體。在現代化的工業生產過程中，氣體產品的應用非常廣泛，根據氣體的性質，可以作為燃氣、助燃氣、反應氣、保護氣、傳導氣、絕緣氣等等。例如鋼鐵、有色金屬冶煉工業用到的氧氣、氫氣、一氧化碳；石油化學工業用到的乙烯、丁二烯；電子工業用到的氮氣、氬氣；電力工業用到的氫氣、六氟化硫等；食品工業用到的二氧化碳；多晶硅制造工業用到的氟化氫、氯化氫以及醫療衛生行業用到的氧氣、氧化亞氮等。可以說氣體產品是現代工業生產的基礎。

在氣體產品的生產過程中，由于生產工藝的影響，總會帶入一些水分。如空氣分離制造氮、氧、氬等生產過程中，由于原料空氣中水的存在，會隨著生產流程進入成品中；電解水制造氧氣和氫氣的過程中，水會隨著電解池的發熱進入到氣體成品中。氣體中的水分含量影響到氣體產品的質量，水分過高可以造成輸送氣體的管路銹蝕，造成化學反應產物分解，造成絕緣性能下降等等嚴重后果，因此氣體產品的國家標準中大多對氣體中水分含量有著嚴格的要求。例如GB/T3634.2-2011《純氫、高純氫和純氫》中對純氫、高純氫和純氫的水分含量分別要求低于10×10-6、3×10-6和0.5×10-6。

氣體產品中的水分含量很低，需要通過水分測定儀器來檢測。根據檢測原理的不同，水分測定主要有以下三種測量方法：

一、電解法

電解法是通過測量電解電流的方法來測定氣體中微量水分的。用涂覆了磷酸的兩電極形成一個電解池，在兩電極之間施加一直流電壓，氣體內的水分被作為氣體吸濕劑的五氧化二磷膜層連續吸收，生成磷酸，并被電解為氫和氧，同時五氧化二磷得以再生。當吸收和電解達到平衡后，進入電解池的水分全部被五氧化二磷膜層吸收，并全部被電解。在環境溫度、壓力、流經電解池的氣體流量均為定值的情況下，氣體的水分含量與電極之間的電解電流成正比，測量電極之間的電解電流就可計算出氣體的水分含量。

電解法適用于不與五氧化二磷發生除吸濕以外的各種反應的氣體中水分的測量，與五氧化二磷反應的如氨或含有氨的混合氣體不能使用電解法測量。受限于五氧化二磷的吸濕能力，電解法水分測定儀對氣體中水分的檢測限大約在1×10-6。

二、露點法

露點法是通過測量氣體露點的方法來測定氣體中微量水分的。當一定體積的氣體在恒定的壓力下均勻的降溫時，氣體和氣體中水分的分壓保持不變，直至氣體中的水分達到飽和狀態，該狀態下的溫度就是氣體的露點。通常是在氣體流經的測定室中安裝鏡面及其附件，通過測定在單位時間內離開和返回鏡面的水分子數達到動態平衡時的鏡面溫度來確定氣體的露點。一定的氣體水分含量對應一個露點溫度；同時一個露點溫度對應一定的氣體水分含量。因此測定氣體的露點溫度就可以測定氣體的水分含量。由露點值可以計算出氣體中微量水分含量，由露點和所測氣體的溫度可以得到氣體的相對水分含量。

露點法適用于低沸點的氣體中微量水分的測定，不適用于在水分冷凝前就冷凝的氣體如丙烯以及能與水分發生反應的氣體中的水分測定。露點法適用于露點在（0～-120）℃的氣體中水分的測定，相當于水分含量6.1×10-3～0.14×10-9。實際上，由于儀器結構及制冷能力的原因，露點在-85℃以下時已經難以測量。此時對應的氣體中水分含量約為0.2×10-6。

三、光腔衰蕩光譜法

光腔衰蕩光譜法是通過測量光在光腔內的反射振蕩衰減時間來測定氣體中微量水分的。一束單波長激光進入光腔后，光束在腔鏡之間來回反射振蕩。當切斷光源后，其能量就會隨時間而衰減，衰減的速度與光腔自身的損耗（包括透射、散射）和腔內被測組分（介質）的吸收有關。被測組分的含量與其分子在光腔內的密度成正比。如果采用水分子的吸收峰譜線作為激光的波長，則其衰蕩光譜將與水分含量有關。

光腔衰蕩光譜法的適用范圍較寬，絕大多數氣體產品都可以用這種方法來測量其中的微量水分。但是由于要使用激光作為光源，因此對受光照易分解或發生其他化學反應的氣體如硅烷等不適用這種方法。光腔衰蕩光譜法適用于水分含量在20×10-6～0.2×10-9的氣體中水分的測定，是目前靈敏度高的商業化在線水分檢測方法。但是由于使用這種原理的水分測定儀結構復雜、價格昂貴，因此這種儀器主要用于高純氣體、純氣體中微量水分的測定。