Total Hydrocarbon Impurity Analysis in PEM Fuel Cell Grade Hydrogen Using the Agilent 8890 GC-FID System

Význam tématu

Analýza celkového obsahu uhlovodíků (THC) v palivovém vodíku pro PEM články je klíčová pro zajištění dlouhodobé stability a výkonu palivových článků. Přísné limity podle norem SAE J2719 a ISO 14687 určují maximální koncentraci ne­methanových uhlovodíků, jejichž přítomnost ovlivňuje životnost membrány a katalyzátorů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem prezentované aplikace bylo vyvinout rychlou a spolehlivou metodu pro stanovení celkových uhlovodíků v palivovém vodíku pomocí Agilent 8890 GC-FID. Metoda využívá chromatografii na neopotřebovaném (uncoated) kapilárním sloupci k simultánnímu elučnímu odštěpení všech uhlovodíků jako jediné analytické špičky. Koncentrace THC je kvantifikována pomocí odpovědní faktoru metanu a pro určení ne­methanových uhlovodíků se množství metanu stanovuje samostatně na Agilent 990 Micro GC.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda spočívá ve vzorkování pevně definovaného objemu vodíku (0,25 mL) se split ratio 40:1 do S/SL inletu, průvodní plyn vodík a detekce pomocí FID. Analýza probíhá při teplotách: inlet 250 °C, FID 250 °C, box 90 °C a programovaném režimu pece (40 °C po 3,5 min, rampa 30 °C/min do 180 °C).

• Agilent 8890 GC-FID systém: rozdělovací ventil, split/splitless inlet, neopotřebovaný kapilární kolona 10 m × 320 µm
• Agilent 990 Micro GC s µTCD detektorem pro měření metanu
• Průvodní plyny: H2 (nosný plyn), N2 (make-up), vzduch a H2 pro FID

Hlavní výsledky a diskuse

Chromatogram ukázal jedinou eluci uhlovodíků při retenčním čase ~0,5 min. Blank vzorek neprokázal interferující špičky ve stejném okně. Preciznost metody byla ověřena opakovanými injekcemi 10 ppm metanu: opakovatelnost 2,09 % a mezi­denní přesnost 2,12 %. Průměrná přesnost stanovení 10 ppm metanu byla 102,3 % (n=8), u 2 ppm dosahovala 111 % (n=10). Metoda detekce (MDL) stanovená z 10 injekcí 2 ppm dosáhla 0,97 ppm, což splňuje požadavek 2 ppm ne­methanových THC.

Přínosy a praktické využití metody

Jednoduchá metoda eluce všech uhlovodíků jako jediné špičky zkracuje dobu měření a zjednodušuje kalibraci. Lze ji snadno zahrnout do rutinního QA/QC palivového vodíku podél celého dodavatelského řetězce. Oddělené stanovení metanu zajišťuje plnou kompatibilitu s normou SAE J2719.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozvoj integrovaných systémů kombinujících GC-FID a GC-TCD v jednom přístroji, které umožní současné stanovení permanentních plynů a THC. Dalšími směry jsou přenosné micro GC pro inline monitoring kvality vodíku a plná automatizace odběru vzorků pro průmyslové aplikace.

Závěr

Prezentovaná metoda na Agilent 8890 GC-FID pro analýzu celkových uhlovodíků v PEM palivovém vodíku prokázala vysokou přesnost, opakovatelnost i stabilitu. Dosahuje požadované detekční meze a splňuje limity SAE J2719 a ISO 14687, čímž podporuje zajištění kvality palivového vodíku.

Reference

• GB/T 44238-2024 Hydrogen for Proton Exchange Membrane Fuel Cell Vehicles – Determination of Helium, Argon, Nitrogen and Total Hydrocarbons – Gas Chromatography Method.
• Coleman S., de Jong R., Jones B., Beard K., Zhang J., McPherson S., Gatzke A. Micro GC Analysis of Permanent Gas Impurities in PEM Fuel Cell Grade Hydrogen according to SAE J2719 (and ISO 14687, EN 17124 and ISO 19880-8), Agilent Technologies application note 5994-8830EN, 2025.
• Zhang J. Helium, Argon, Nitrogen, and Hydrocarbon Impurity Analysis in Hydrogen Using an Agilent 8890 GC and TCD/FID System, Agilent Technologies application note 5994-7590EN, 2024.