Verfahren zur gaschromatographischen Analyse eines aus mehreren Komponenten bestehenden Gas- und/oder Dampfgemisches und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gaschromatographischen Analyse eines aus mehreren Komponenten bestehenden Gas- und/oder Dampfgemisches, in dem sowohl Komponenten mit langer als auch mit kurzer Festhaltezeit vorhanden sind, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es sind schon viele Verfahren zur fraktionierten Analyse von Dampfgemischen bekannt, die auf den Prinzipien der Dampfphasechromatographie fussen.
Eine Anzahl solcher Verfahren ist beschrieben in einem Application of Vapor Phase Chromatography in the Gas-Analytical Field betitelten Artikel von Van de Craats (Analytica Chimica Acta, Band 14, 1956, Seiten 136-149).
Eines dieser Verfahren ist als Gas-Feststoff-Elu- tionschromatographie zu bekannt. Bei diesem Ver- fahren wird eine Probe eines Dampfgemisches adsorbiert; die adsorbierten Komponenten werden mit Hilfe eines inerten Lösegases eluiert. Die Kräfte, mit welchen die Komponenten an die festen Adsorbentien gebunden sind, machen die getrennte Identifizierung und Messung von Komponenten niedrigen Molekulargewichts, wie Wasserstoff, Stickstoff, Edelgasen, Methan und dergleichen, möglich. Für die Trennung von Komponenten mit höherem Molekulargewicht ist aber die starke Adsorption ein Nachteil.
Die Erhöhung der Temperatur der Säule zwecks Schwächung dieser Bindungskräfte birgt die Gefahr unerwünschter chemischer Reaktionen in sich.
Ausserdem sind die Möglichkeiten der Gas-Feststoff Elutionsmethode begrenzt durch die kleine Zahl der brauchbaren Adsorptionsmittel.
Die Methode der Gas-Flüssigkeits-Verteilungs- Chromatographie ist zur Analyse von gasförmigen Kohlenwasserstoffen geeignet. Bei dieser Methode wird eine Säule mit einer nichtflüchtigen Adsorptionsflüssigkeit beschickt, die auf eine inerte feste Trägerpackung aufgebracht ist. Das zu trennende und zu analysierende flüchtige Gemisch wird aus der Säule mit Hilfe eines inerten Lösegases eluiert.
Die Komponenten des Gemisches strömen durch die Säule mit einer Geschwindigkeit, welche hauptsächlich durch ihre Verteilungskoeffizienten bestimmt wird; ihre Konzentration im Lösegas kann am Ausfluss der Säule gemessen werden. So wie jede Komponente gesondert eluiert wird, passiert sie eine Zelle zur Messung der thermischen Eigenschaften des Gases, wodurch jede Änderung in der Gaszusammensetzung das Gleichgewicht des Detektorstromkreises stört. Diese Störungen werden aufgezeichnet und geben eine Reihe symmetrischer Spitzen, die von dem Vergleichswert abweichen, der von seinem inertem Lösegas erzeugt wird. Auf diese Weise machen sie die quantitative Bestimmung der Komponenten der aus mehr Komponenten zusammengesetzten Probe möglich.
Bei der chromatographischen Analyse einer aus mehreren Komponenten bestehenden Probe, die z. B.
Helium, Methan, Kohlenoxyd, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxyd, Äthan und Äthylen enthält, wurde festgestellt, dass zwar eine gute Auflösung in Komponenten erzielt wird, wenn man die Gas-Feststoff Adsorptions-Analysenmethode anwendet, dass aber die schwereren Kohlenwasserstoffe so stark festgehalten werden, dass ihre Festhaltezeit in der Säule übermässig lang ist (Zeitspannen von mehr als einer Stunde). Anderseits wurde gefunden, dass bei der Gas Flüssigkeits-Verteilungschromatographie oder bei Verwendung einer schwach adsorbierenden kurzen
Säule Festhaltezeiten erreicht werden, die für alle gasförmigen Komponenten annehmbar sind und eine gute Trennung der schwereren Kohlenwasserstoffe erzielt wird. Die leichteren Komponenten werden aber kaum oder gar nicht getrennt.
Gegenstand des vorliegenden Patentes ist nun ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine Probe eines solchen Gemisches zusammen mit einem inerten Trägergas der Reihe nach durch eine erste Trennzone mit einer stationären Phase, die diejenigen Teile des Gemisches, welche eine lange Festhaltezeit aufweisen, zu trennen vermag, und durch eine zweite Trennzone mit einer stationären Phase, die diejenigen Teile des Gemisches zu trennen vermag, welche eine kurze Festhaltezeit aufweisen, leitet; die einzelnen Komponenten mit langer Festhaltezeit aus der ersten Trennzone durch Eluieren mittels eines inerten Trägergasstromes als binäre Gemische dieses Trägergases nacheinander entfernt;
dann die einzelnen Komponenten mit kurzer Festhaltezeit aus der zweiten Trennzone durch Eluieren mittels eines inerten Trägergasstromes als binäre Gemische dieses Trägergases nacheinander entfernt; und nacheinander in den eluierten binären Gemischen die Konzentrationen der einzelnen Komponenten der Probe bestimmt.
Gegenstand des vorliegenden Patentes ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass diese eine erste Säule, enthaltend ein Material zur Trennung von Dampfkomponenten mit langer Festhaltezeit, Leitungen zur Einführung des zu untersuchenden Dampfes und des Trägergases in diese Säule eine zweite Säule, enthaltend ein Material zur Trennung von Dampfkomponenten mit kurzer Festhaltezeit, die in der ersten Säule nicht mit messbarer Auflösung getrennt werden können, eine Messzelle, Leitungen, die den Auslass der ersten Säule sowohl mit dem Einlass der zweiten Säule als auch mit dem Einlass der Messzelle verbinden, wobei diese Leitungen ein Ventil enthalten, das gestattet, den Strom vom Auslass der ersten Säule abwechslungsweise in vorbestimmten Intervallen zu der Messzelle oder zum Einlass der zweiten Säule zu leiten,
und eine Leitung vom Auslass der zweiten Säule zum Einlass der Messzelle aufweist.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird an Hand der Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung, wobei ein Dreiwegventil so gestellt ist, dass die zu untersuchende Dampfprobe nacheinander durch eine schwach adsorbierende und eine stark adsorbierende Säule geleitet wird, so dass die Komponenten mit kurzer Festhaltezeit in die stärker adsorbierende Säule geleitet werden können.
Fig. 2 zeigt schematisch dieselbe Vorrichtung, wobei das Dreiwegventil so gestellt ist, dass der Strom um die stark adsorbierende Säule herumgeleitet wird und die Komponenten mit kurzer Festhaltezeit als Bestandteile binärer Gemische mit einem inerten
Gas eluiert und von der schwach adsorbierenden Säule zur Messzelle geleitet werden.
In der dargestellten Vorrichtung ist eine Gas
Flüssigkeit-Verteilungssäule (oder eine schwach ad sorbierende Gas-Feststoff-Adsorptionssäule) 10 vorgesehen in Kombination mit einer stark adsorbierenden Gas-Feststoff-Adsorptionssäule 12. Die Zuleitung 14 liefert das Träger- oder Lösegas, wie Helium, Stickstoff und dergleichen, zu den beiden Leitungen
16 und 18, welche zu der Vergleichs-Messzelle 20, welche zur Messung der thermischen Eigenschaft dient bzw. zum Einlass der Säule 10 führen. In Leitung 16 ist eine Düse 22 zur Regulierung des Gasstromes vorgesehen.
Eine Probe eines aus mehreren Komponenten bestehenden Dampfgemisches wird durch die Leitungen 24 und 18 zum Einlass der Säule 10 geleitet.
Die aus diesem Dampfgemisch und dem Trägergas gebildete Mischung strömt durch die schwach adsorbierende Säule 10, Leitung 26 und das durch ein Solenoid gesteuerte Dreiwegventil 28. Befindet sich das Ventil in der in Fig. 1 gezeichneten Stellung, so strömen das Trägergas und die schwächer adsorbierten Komponenten des Dampfgemisches durch Leitung 30 weiter zum Einlass der stark adsorbierenden Säule 12. Hier werden die Komponenten mit kurzer Festhaltezeit adsorbiert; aus der Säule strömt das Trägergas durch Leitung 32, Messzelle 34 und Leitung 36 zum Gasauslass 38.
Das durch die Vergleichszelle 20 strömende Gas wird durch Leitung 40 dem gemeinsamen Auslass 38 zugeführt. Ein gemeinsamer Auslass für Vergleichsund Messzelle ist vorgesehen, um Veränderungen im Gasdruck zu vermeiden, die durch die Einführung der Probe und die intermittierende Benutzung der Säule 12 entstehen und die Dichte des Heliums in der Vergleichszelle beeinflussen können. Ausserdem wird durch den gemeinsamen Auslass erreicht, dass die Vergleichszelle 20 und die Messzelle 34 beide unter atmosphärischem Druck arbeiten.
Nach einer festgesetzten Zeitdauer wird das Ventil 28 automatisch oder von Hand in die in Fig. 2 gezeichnete Stellung umgeschaltet. Das Gas wird nun um die stark adsorbierende Säule 12 herumgeleitet und strömt aus der schwach adsorbierenden Säule 10, welche die Komponenten mit langer Festhaltezeit enthält, durch Leitung 26, Ventil 28 und Leitung 42 zu der Messzelle 34.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung ist die folgende:
Helium als Trägergas und die zu untersuchende Dampfprobe werden gleichzeitig durch Leitung 18 zur Säule 10 geleitet, wo die Komponenten mit kurzer Festhaltezeit von denen mit langer Festhaltezeit getrennt werden. Die Komponenten mit kurzer Festhaltezeit werden zusammen mit dem Trägergas durch Leitung 26, Ventil 28 und Leitung 30 zu der stark adsorbierenden Säule 12 geleitet, wo sie festgehalten werden. Das Trägergas strömt nun aus Säule 12 durch die Messzelle zum Auslass. Während dieser Periode wird ein Strom des Trägergases Helium durch die Vergleichszelle und Leitung 40 zum Auslass geleitet.
Zu der vorausbestimmten Zeit, wo man weiss, dass bei einem bestimmten Dampf keine Komponenten mit kurzer Festhaltezeit mehr in Säule 10 vorhanden sind, sondern alle diese schwach festgehaltenen Komponenten sich in Säule 12 angesammelt haben, wird das Ventil durch eine (nicht dargestellte) Schaltuhr betätigt und in die in Fig. 2 gezeichnete Stellung gebracht. Das Trägergas strömt weiter und trägt die nun hinreichend getrennten Komponenten langer Festhaltezeit aus Säule 10 durch die Leitungen 26 und 42 in die Messzelle 34 mit sich, wo die Messung erfolgt. Während dieser Zeit ist das Ventil in der in Fig. 2 gezeichneten Stellung, und es strömt kein Gas durch Säule 12.
Nach einer vorausbestimmten Zeit, wenn alle Komponenten mit langer Festhaltezeit aus Säule 10 eluiert und durch die Messzelle geleitet worden sind, dreht die elektrische Schaltuhr das Ventil in die in Fig. 1 gezeichnete Stellung zurück. Jetzt wird wieder Helium zur Säule 12 geleitet; die festgehaltenen Komponenten mit kurzer Festhaltezeit werden aus der Säule entfernt (eluiert) und durch die Messzelle geleitet, wo die einzelnen Komponenten gemessen werden.
Es wurde gefunden, dass aus Kohlenwasserstoffgemischen die Komponenten mit langer Festhaltezeit wie diejenigen mit zwei und mehr Kohlenstoffatomen in einer schwach adsorbierenden Säule 10 mit guter Auflösung sehr vorteilhaft getrennt werden können, während Komponenten mit niedrigem Molekulargewicht sowie Kohlendioxyd, die schwach adsorbiert werden, in der stark adsorbierenden Säule 12 leicht und mit guter Auflösung getrennt werden können.
Beispiel 1
Es wird eine Dampfprobe analysiert, die folgende Komponenten enthält: Kohlendioxyd, Sauerstoff, Stickstoff, Methan, äthylen, Äthan, Acetaldehyd und Äthylenoxyd. Es wird eine ähnliche Vorrichtung wie oben beschrieben verwendet; die Säulenparameter sind die folgenden: Säule 10: Material: 1,83 m lang, 6,35 cm äusserer Durchmesser, rostfreie Stahlröhre Packungsmaterial: Festes Cellte 545 (eingetragene Marke), in unsortierter Korngrösse, bedeckt mit
20 Gew.O/o flüssigem Siliconöl mit einer
Viskosität von 200 cSt.
Säule 10: Temperatur: 600 C Strömungsgeschwindigkeit des Heliums: 60 cm31min.
Säule 10: Druckabfall: 0,75 atm.
Säule 12: Material: wie Säule 10 P ackungsmaterial: Aluminiumoxyd, Teilchengrösse 0,30 bis
0,59 mm Säule 12: Temperatur: 600C Strömungsgeschwindigkeit des Heliums: 60 cm31min.
Säule 12: Druckabfall: 0,27 atm.
Bei diesem Beispiel trägt das Helium eine Dampfprobe bestimmter Menge in die Gas-Flüssigkeit Verteilungssäule 10; 45 Sekunden später strömen Kohlendioxyd, Äthylen, Sauerstoff, Stickstoff, Äthan und Methan vollständig aus Säule 10 in Säule 12 über. Nur Acetaldehyd und Athylenoxyd bleiben in Säule 10 zurück. Zu dieser Zeit wird das Ventil in die in Fig. 2 gezeichnete Stellung umgeschaltet; nach 90 Sekunden erscheint Acetaldehyd in der Messzelle.
18 Sekunden später ist das gesamte Acetaldehyd eluiert und seine Menge festgestellt. Zu dieser Zeit beginnt das Eluieren des Äthylenoxyds und dessen Überführung in die Messzelle; in weiteren 30 Sekunden ist seine ganze Elution beendet und seine Menge festgestellt. Jetzt enthält Säule 10 nur mehr Helium, während alle andern Komponenten in Säule 12 festgehalten werden. Nun schaltet man das Ventil in die in Fig. 1 gezeichnete Stellung; das Helium trägt den Rest der Probe durch die Adsorptionssäule.
Nach 38 Sekunden erscheinen Kohlendioxyd, Sauerstoff und Stickstoff zusammen als eine Komponente in der Messzelle und sind nach weiteren 15 Sekunden vom Rest der Probe abgetrennt. Dann strömt das Methan durch die Messzelle und ist in 23 Sekunden vollständig abgetrennt. Darauf wird das Äthan durch die Messzelle getragen und in 8 Sekunden vollständig abgetrennt. Endlich kommt das Äthylen durch die Messzelle und ist 30 Sekunden später völlig abgetrennt. Die ganze Vorgangsfolge, die aus der Auftrennung der Probe in ihre Komponenten und deren Bestimmung besteht, dauert etwa 4t Minuten, worauf die Vorrichtung für eine weitere Untersuchung bereit ist.
Würde man diese Analyse mit Hilfe einer einzigen Säule durchführen, würde man dazu mindestens eine Stunde (also die 15fache Zeit) benötigen, und die Unterscheidung der zu den einzelnen Komponenten gehörenden Spitzen wäre sehr schwach.
Beispiel 2
Die zu analysierende Probe enthält äthylen, Athan, Kohlendioxyd, Methan und Aceton. Es werden Säulen mit folgenden Parametern verwendet: Säule 10: 0,61 m lang, übrige Abmessungen und Packung wie in Beispiel 1 Säulentemperatur: 600 C Strömungsgeschwindigkeit des Heliums: 60 cm3/min.
Säule 10: Druckabfall 0,82 atm.
Säule 12: Material 1,83 m lang, 6,35 cm äusserer Durchmesser, rostfreie Stahlröhre Packungsmaterial: Aluminiumoxyd, Teilchengrösse 0,30 bis
0,59 mm Säule 12: Temperatur 600 C Strömungsgeschwindigkeit des Heliums: 60 cm31min.
Säule 12: Druckabfall: 0,27 atm.
23 Sekunden nach Beginn des Strömens befinden sich Äthylen, Äthan, Kohlendioxyd und Methan in Säule 12. In diesem Zeitpunkt wird das Ventil in die in Fig. 2 gezeichnete Stellung umgeschaltet; 37 Sekunden später beginnt das Aceton zu eluieren und durch die Messzelle zu strömen. In 40 Sekunden ist das gesamte Aceton eluiert, und das Ventil wird in die in Fig. 1 gezeichnete Stellung zurückgeschaltet. Nach 38 Sekunden beginnt das Kohlendioxyd zu eluieren; seine Elution ist in 15 Sekunden beendet. Nun erscheint Äthan und eluiert innert 30 Sekunden. Die Gesamtzeit zur Durchführung der Trennung und Bestimmung der Komponenten dieser Gasprobe dauert etwa 21/3 Minuten.
Bei Verwendung einer Einzelsäule würde man hierzu mindestens eine Stunde benötigen.
Method for gas chromatographic analysis of a gas and / or vapor mixture consisting of several components and device for carrying out the method
The invention relates to a method for gas chromatographic analysis of a gas and / or vapor mixture consisting of several components, in which both components with long and short retention times are present, and a device for carrying out this method.
Many methods for the fractional analysis of vapor mixtures are already known which are based on the principles of vapor phase chromatography.
A number of such methods are described in an article by Van de Craats entitled Application of Vapor Phase Chromatography in the Gas-Analytical Field (Analytica Chimica Acta, Vol. 14, 1956, pp. 136-149).
One of these methods is too known as gas-solid elution chromatography. In this process, a sample of a vapor mixture is adsorbed; the adsorbed components are eluted with the aid of an inert dissolving gas. The forces with which the components are bound to the solid adsorbents make the separate identification and measurement of low molecular weight components such as hydrogen, nitrogen, noble gases, methane and the like possible. For the separation of components with a higher molecular weight, however, the strong adsorption is a disadvantage.
Increasing the temperature of the column in order to weaken these binding forces harbors the risk of undesirable chemical reactions.
In addition, the possibilities of the gas-solid elution method are limited by the small number of usable adsorbents.
The gas-liquid distribution chromatography method is suitable for the analysis of gaseous hydrocarbons. In this method, a column is charged with a non-volatile adsorption liquid which is applied to an inert solid support packing. The volatile mixture to be separated and analyzed is eluted from the column with the aid of an inert dissolving gas.
The components of the mixture flow through the column at a rate which is mainly determined by their distribution coefficients; their concentration in the dissolving gas can be measured at the outflow of the column. Just as each component is eluted separately, it passes through a cell to measure the thermal properties of the gas, which means that any change in gas composition disturbs the equilibrium of the detector circuit. These perturbations are recorded and give a series of symmetrical peaks that differ from the comparative value produced by its inert dissolving gas. In this way they enable the quantitative determination of the components of the sample composed of more components.
In the chromatographic analysis of a sample consisting of several components, which z. B.
Contains helium, methane, carbon dioxide, oxygen, nitrogen, carbon dioxide, ethane and ethylene, it was found that, although good component resolution is achieved using the gas-solid adsorption analysis method, the heavier hydrocarbons are retained so strongly that their retention time in the column is excessively long (periods of more than one hour). On the other hand, it was found that in gas liquid partition chromatography or when using a weakly adsorbing short
Column hold times can be achieved which are acceptable for all gaseous components and good separation of the heavier hydrocarbons is achieved. The lighter components are hardly or not at all separated.
The present patent is now a method of the type mentioned, which is characterized in that a sample of such a mixture together with an inert carrier gas in sequence through a first separation zone with a stationary phase, those parts of the mixture which a have a long holding time, is able to separate, and passes through a second separation zone with a stationary phase which is capable of separating those parts of the mixture which have a short holding time; the individual components with a long retention time are successively removed from the first separation zone by eluting by means of an inert carrier gas stream as binary mixtures of this carrier gas;
then the individual components are removed from the second separation zone with a short holding time by eluting with an inert carrier gas stream as binary mixtures of this carrier gas one after the other; and the concentrations of the individual components of the sample are determined successively in the eluted binary mixtures.
The present patent also relates to a device for carrying out the method according to the invention, which is characterized in that it has a first column containing a material for separating vapor components with a long retention time, lines for introducing the vapor to be examined and the carrier gas into this column second column, containing a material for the separation of vapor components with a short holding time, which cannot be separated with measurable resolution in the first column, a measuring cell, lines that connect the outlet of the first column to both the inlet of the second column and the inlet the measuring cell, these lines containing a valve which allows the flow from the outlet of the first column to be directed alternately at predetermined intervals to the measuring cell or to the inlet of the second column,
and a conduit from the outlet of the second column to the inlet of the measuring cell.
The device for carrying out the method according to the invention is explained with reference to the drawings.
Fig. 1 shows schematically a device in which a three-way valve is set so that the vapor sample to be examined is passed successively through a weakly adsorbing and a strongly adsorbing column, so that the components can be passed into the more strongly adsorbing column with a short holding time.
Fig. 2 shows schematically the same device, the three-way valve is set so that the flow is directed around the strongly adsorbing column and the components with a short holding time as constituents of binary mixtures with an inert
Gas eluted and passed from the weakly adsorbing column to the measuring cell.
In the device shown there is a gas
Liquid distribution column (or a weakly adsorbent gas-solid adsorption column) 10 is provided in combination with a strongly adsorbent gas-solid adsorption column 12. Feed line 14 supplies the carrier or dissolving gas, such as helium, nitrogen and the like, to the two cables
16 and 18, which lead to the comparison measuring cell 20, which is used to measure the thermal property, or to the inlet of the column 10. In line 16, a nozzle 22 is provided for regulating the gas flow.
A sample of a multi-component vapor mixture is passed through lines 24 and 18 to the inlet of column 10.
The mixture formed from this vapor mixture and the carrier gas flows through the weakly adsorbing column 10, line 26 and the three-way valve 28 controlled by a solenoid. If the valve is in the position shown in FIG. 1, the carrier gas and the more weakly adsorbed components flow the vapor mixture continues through line 30 to the inlet of the strongly adsorbing column 12. Here the components are adsorbed with a short holding time; the carrier gas flows from the column through line 32, measuring cell 34 and line 36 to gas outlet 38.
The gas flowing through the comparison cell 20 is fed to the common outlet 38 through line 40. A common outlet for the comparison and measuring cell is provided in order to avoid changes in the gas pressure which arise from the introduction of the sample and the intermittent use of the column 12 and which can influence the density of the helium in the comparison cell. In addition, the common outlet ensures that the comparison cell 20 and the measuring cell 34 both work under atmospheric pressure.
After a set period of time, the valve 28 is switched automatically or manually into the position shown in FIG. The gas is now passed around the strongly adsorbing column 12 and flows out of the weakly adsorbing column 10, which contains the components with a long holding time, through line 26, valve 28 and line 42 to the measuring cell 34.
The operation of the device described is as follows:
Helium as the carrier gas and the vapor sample to be examined are simultaneously passed through line 18 to column 10, where the components with a short holding time are separated from those with a long holding time. The short hold time components, along with the carrier gas, are directed through line 26, valve 28 and line 30 to the strongly adsorbent column 12 where they are held. The carrier gas now flows from column 12 through the measuring cell to the outlet. During this period, a stream of the carrier gas helium is directed through the reference cell and line 40 to the outlet.
At the predetermined time when it is known that there are no longer any components with a short holding time in column 10 for a certain vapor, but that all these weakly held components have accumulated in column 12, the valve is operated by a timer (not shown) and brought into the position shown in FIG. The carrier gas continues to flow and carries with it the now sufficiently separated long holding time components from column 10 through lines 26 and 42 into measuring cell 34, where the measurement takes place. During this time, the valve is in the position shown in FIG. 2 and no gas is flowing through column 12.
After a predetermined time, when all components with a long holding time have been eluted from column 10 and passed through the measuring cell, the electrical timer turns the valve back into the position shown in FIG. Now helium is again directed to column 12; the retained components with a short retention time are removed from the column (eluted) and passed through the measuring cell, where the individual components are measured.
It has been found that the components with a long retention time such as those with two or more carbon atoms in a weakly adsorbing column 10 with good resolution can be separated very advantageously from hydrocarbon mixtures, while components with low molecular weight and carbon dioxide, which are weakly adsorbed, in the strongly adsorbent column 12 can be separated easily and with good resolution.
example 1
A vapor sample is analyzed which contains the following components: carbon dioxide, oxygen, nitrogen, methane, ethylene, ethane, acetaldehyde and ethylene oxide. A similar device is used as described above; the column parameters are as follows: Column 10: Material: 1.83 m long, 6.35 cm outer diameter, stainless steel tube. Packing material: Solid Cellte 545 (registered trademark), in unsorted grain size, covered with
20% by weight liquid silicone oil with a
Viscosity of 200 cSt.
Column 10: temperature: 600 C flow rate of the helium: 60 cm31min.
Column 10: pressure drop: 0.75 atm.
Column 12: Material: same as column 10 Packing material: aluminum oxide, particle size 0.30 to
0.59 mm column 12: temperature: 600 ° C. flow rate of the helium: 60 cm31 min.
Column 12: pressure drop: 0.27 atm.
In this example, the helium carries a certain amount of vapor sample into the gas-liquid distribution column 10; 45 seconds later, carbon dioxide, ethylene, oxygen, nitrogen, ethane and methane flow completely from column 10 into column 12. Only acetaldehyde and ethylene oxide remain in column 10. At this time the valve is switched to the position shown in FIG. 2; after 90 seconds acetaldehyde appears in the measuring cell.
18 seconds later all of the acetaldehyde has eluted and its amount has been determined. At this time the elution of the ethylene oxide begins and its transfer into the measuring cell; all of its elution is complete in a further 30 seconds and its amount is determined. Column 10 now only contains helium, while all other components are held in column 12. The valve is now switched to the position shown in FIG. 1; the helium carries the rest of the sample through the adsorption column.
After 38 seconds, carbon dioxide, oxygen and nitrogen appear together as one component in the measuring cell and are separated from the rest of the sample after a further 15 seconds. The methane then flows through the measuring cell and is completely separated in 23 seconds. The ethane is then carried through the measuring cell and completely separated in 8 seconds. The ethylene finally comes through the measuring cell and is completely separated 30 seconds later. The whole sequence of operations, which consists of the separation of the sample into its components and their determination, takes about 4 minutes, after which the device is ready for a further examination.
If this analysis were to be carried out with the help of a single column, it would take at least one hour (i.e. 15 times the time) and the differentiation between the peaks belonging to the individual components would be very weak.
Example 2
The sample to be analyzed contains ethylene, ethane, carbon dioxide, methane and acetone. Columns with the following parameters are used: Column 10: 0.61 m long, other dimensions and packing as in Example 1, column temperature: 600 ° C. Flow rate of the helium: 60 cm3 / min.
Column 10: pressure drop 0.82 atm.
Column 12: material 1.83 m long, 6.35 cm outer diameter, stainless steel tube, packing material: aluminum oxide, particle size 0.30 to
0.59 mm column 12: temperature 600 C flow rate of the helium: 60 cm31 min.
Column 12: pressure drop: 0.27 atm.
23 seconds after the flow begins, there are ethylene, ethane, carbon dioxide and methane in column 12. At this point in time, the valve is switched to the position shown in FIG. 2; 37 seconds later, the acetone begins to elute and flow through the measuring cell. All of the acetone is eluted in 40 seconds and the valve is switched back to the position shown in FIG. After 38 seconds the carbon dioxide begins to elute; its elution is completed in 15 seconds. Ethane now appears and elutes within 30 seconds. The total time to perform the separation and determination of the components of this gas sample is approximately 21/3 minutes.
Using a single column would take at least an hour.