اکسیژن (O₂) یکی از اساسی‌ترین عناصر در کره زمین است که نقش کلیدی در فرایندهای تنفسی، احتراق، تولید فلزات، صنایع دارویی و حتی فناوری‌های فضایی دارد. گاز اکسیژن در حالت خالص خود یک گاز بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه است، اما در ترکیب با سایر عناصر می‌تواند خواص شیمیایی بسیار متنوعی از خود نشان دهد. در صنایع مختلف، میزان خلوص و ترکیب اکسیژن تأثیر مستقیم بر کیفیت محصول نهایی دارد. برای مثال در جوشکاری با اکسیژن، در تولید فولاد، یا در مصارف پزشکی، حتی درصدهای جزئی از ناخالصی‌ها مانند نیتروژن، کربن مونوکسید (CO)، دی‌اکسید کربن (CO₂) یا رطوبت می‌توانند باعث بروز نقص یا خطر شوند. از این رو آنالیز گاز اکسیژن و آزمون تعیین ماهیت آن یکی از خدمات حیاتی در آزمایشگاه‌های معتبر مانند آزمایشگاه سپهر گاز کاویان به شمار می‌رود.
تعریف آنالیز گاز اکسیژن و اهداف آن
آنالیز گاز اکسیژن فرآیندی علمی است که در آن ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی اکسیژن بررسی می‌شود تا میزان خلوص، نوع ناخالصی‌ها و غلظت هر ترکیب موجود در نمونه مشخص گردد. هدف اصلی از انجام این آزمون‌ها، تعیین خلوص گاز، اطمینان از کیفیت تأمین‌کننده، تطبیق با استانداردهای بین‌المللی و حفظ ایمنی در مصرف‌کننده نهایی است.
در این فرآیند، نمونه‌برداری دقیق از سیلندر گاز انجام می‌شود و سپس با استفاده از دستگاه‌های آنالیز پیشرفته مانند کروماتوگرافی گازی (GC) ، طیف‌سنجی جرمی (MS) یا سنسورهای الکترونیکی اکسیژن، ترکیبات مورد بررسی قرار می‌گیرند. در صنایع حساس مانند داروسازی و پتروشیمی، آنالیز اکسیژن حتی در سطح ppm (یک میلیونیم) انجام می‌شود تا کوچک‌ترین میزان آلودگی قابل شناسایی باشد.
روش‌های نمونه‌برداری برای آنالیز گاز اکسیژن
نمونه‌برداری از اکسیژن مرحله‌ای بسیار حیاتی است که دقت آن مستقیماً بر صحت نتایج اثر دارد. در آزمایشگاه سپهر گاز کاویان، نمونه‌برداری تحت شرایط کنترل‌شده انجام می‌شود تا هیچ‌گونه آلودگی یا نشت وارد نمونه نشود.
مراحل کلی نمونه‌برداری شامل موارد زیر است:
تخلیه اولیه سیلندر: برای اطمینان از خروج بخارات یا گازهای باقی‌مانده از شارژ قبلی.
شست‌وشوی مسیر نمونه‌برداری با خود گاز اکسیژن: تا هرگونه آلودگی یا رطوبت حذف شود.
جمع‌آوری نمونه در محفظه استیل یا شیشه‌ای استاندارد: که از نظر شیمیایی خنثی باشد.
کنترل فشار و دما: جهت جلوگیری از تغییر فاز یا تراکم ناگهانی گاز.
در صورت آنالیز در محل (On-site Analysis)، تیم فنی با تجهیزات پرتابل مانند آنالایزر اکسیژن قابل‌حمل به محل استقرار سیلندرها اعزام می‌شود و نتایج به‌صورت فوری گزارش می‌گردد.
تجهیزات و دستگاه‌های مورد استفاده در آنالیز گاز اکسیژن
در فرآیند آزمون و تعیین ماهیت گاز اکسیژن از تجهیزات گوناگونی استفاده می‌شود که هر کدام برای نوع خاصی از آنالیز مناسب‌اند. در ادامه به مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌شود:
1. کروماتوگرافی گازی (Gas Chromatography - GC)
یکی از دقیق‌ترین روش‌های جداسازی و شناسایی اجزای گاز اکسیژن است. این روش بر اساس اختلاف در زمان عبور مولکول‌ها از ستون کروماتوگرافی عمل می‌کند. با استفاده از دتکتورهایی مانند TCD (Thermal Conductivity Detector) یا FID (Flame Ionization Detector) می‌توان مقدار ناخالصی‌هایی مانند CO₂، N₂، CH₄ و CO را در اکسیژن شناسایی کرد.
2. طیف‌سنجی جرمی (Mass Spectrometry - MS)
در این روش، مولکول‌های گاز یونیزه شده و سپس نسبت جرم به بار یون‌ها اندازه‌گیری می‌شود. این تکنیک در تعیین ماهیت مولکولی اکسیژن و تشخیص ترکیبات ناشناخته بسیار مؤثر است.
3. طیف‌سنجی مادون قرمز (FTIR)
از روش FTIR برای شناسایی پیوندهای شیمیایی موجود در ناخالصی‌های احتمالی استفاده می‌شود. اگر اکسیژن دارای ترکیباتی از جنس هیدروکربن یا رطوبت باشد، طیف FTIR به‌وضوح آن‌ها را آشکار می‌کند.
4. سنسورهای الکترونیکی اکسیژن
در کاربردهای میدانی یا خطوط تولید، از سنسورهای زیرکونیا (ZrO₂) برای اندازه‌گیری درصد اکسیژن استفاده می‌شود. این سنسورها دقت بالایی دارند و امکان مانیتورینگ پیوسته را فراهم می‌کنند.
پارامترهای اندازه‌گیری در آنالیز گاز اکسیژن
در هر آزمون آنالیز گاز، پارامترهای متعددی اندازه‌گیری می‌شود تا تصویر دقیقی از کیفیت گاز به‌دست آید. مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
درصد خلوص اکسیژن (O₂%)
درصد نیتروژن (N₂%)
غلظت دی‌اکسید کربن (CO₂)
غلظت منواکسید کربن (CO)
میزان رطوبت (H₂O ppm)
وجود ترکیبات آلی فرار (VOCs)
در آزمایشگاه‌های دارای گواهینامه ISO/IEC 17025، این پارامترها با حداقل خطا اندازه‌گیری می‌شوند و نتایج با گواهی کالیبراسیون مستند می‌گردند.
تعیین ماهیت اکسیژن و تأیید اصالت گاز
تعیین ماهیت اکسیژن به معنای بررسی خلوص و اصالت گاز از نظر منبع تولید و ترکیب واقعی آن است. در بازار، گاهی به دلیل هزینه پایین، گازهای مخلوط به جای اکسیژن خالص عرضه می‌شوند که می‌تواند خطرناک باشد. در اینجا آزمایشگاه سپهر گاز کاویان با استفاده از روش‌های GC و FTIR قادر است تشخیص دهد که گاز مورد نظر واقعاً اکسیژن خالص است یا مخلوطی از گازهای دیگر.
گزارش نهایی آزمون شامل موارد زیر است:
نام نمونه و کد سیلندر
درصد خلوص گاز
نوع ناخالصی‌های شناسایی‌شده
روش آنالیز مورد استفاده
نام کارشناس و تاریخ آزمون
این اطلاعات برای صنایع پزشکی، غذایی و جوشکاری اهمیت حیاتی دارد، زیرا هرگونه آلودگی در گاز می‌تواند خسارت‌زا یا خطرناک باشد.
کاربردهای نتایج آنالیز گاز اکسیژن در صنایع مختلف
نتایج آزمون و آنالیز اکسیژن در طیف گسترده‌ای از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد:
پزشکی: بررسی خلوص اکسیژن مورد استفاده در بیمارستان‌ها و مراکز درمانی برای اطمینان از عدم وجود ناخالصی‌های سمی.
جوشکاری و برش فلزات: کنترل درصد اکسیژن برای بهینه‌سازی شعله و جلوگیری از اکسید شدن بیش از حد فلز.
صنایع غذایی: در بسته‌بندی مواد غذایی برای کنترل تنفس سلولی محصولات.
تولید شیشه و فولاد: کنترل ترکیب اکسیژن در کوره‌ها برای بهبود کیفیت ذوب و کاهش مصرف انرژی.
صنایع هوافضا و الکترونیک: تأمین اکسیژن فوق خالص برای واکنش‌های شیمیایی دقیق.
استانداردها و الزامات بین‌المللی در آنالیز گاز اکسیژن
آزمایشگاه‌های معتبر باید آزمون‌های خود را مطابق با استانداردهای جهانی انجام دهند تا نتایج آن در سطح بین‌المللی قابل استناد باشد. برخی از استانداردهای مرجع عبارت‌اند از:
ASTM D1946: استاندارد تعیین ترکیب گازهای حاوی اکسیژن، نیتروژن و CO₂
ISO 8573-1: استاندارد کیفیت گازهای مورد استفاده در صنایع حساس
ISO/IEC 17025: استاندارد صلاحیت آزمایشگاه‌های آزمون و کالیبراسیون
EN 12021: استاندارد مربوط به کیفیت گاز تنفسی در تجهیزات غواصی و پزشکی
آزمایشگاه سپهر گاز کاویان با تکیه بر تجهیزات دقیق و انطباق با این استانداردها، خدمات آنالیز اکسیژن را با بالاترین دقت و اطمینان ارائه می‌دهد.
گزارش‌دهی و تفسیر نتایج آزمون اکسیژن
پس از انجام آزمون‌ها، نتایج به‌صورت جدول و نمودار گزارش می‌شوند. گزارش‌ها شامل درصد خلوص، منحنی‌های خروجی دستگاه GC، طیف FTIR و داده‌های آماری هستند. کارشناسان آزمایشگاه بر اساس مقایسه داده‌ها با حدود مجاز، کیفیت گاز را تأیید یا رد می‌کنند.
در صورت وجود ناخالصی بالاتر از حد مجاز، گزارش همراه با پیشنهاد اصلاحی (مانند فیلتراسیون مجدد یا شارژ دوباره سیلندر) صادر می‌شود. این فرآیند تضمین می‌کند که مشتری نهایی گازی مطابق با استاندارد جهانی دریافت کند.
