CN110146606B - 一种高压液体组分的预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的提供一种高压液体组分的预处理方法,将包括液相组分和气相组分的高压液体组分溶解于溶解液中,形成溶液,利用溶解液对液相组分的吸收实现高压液体组分中气相组分和液相组分的分离;所述方法具有如下优势:1)将易挥发的气相组分定量准确分离出去,与液相组分分别进行检测。2)相比于以前的分析进样方法的优势:我们通过这样的前处理装置和方法,可以将样品中的气相和液相分离后再分别检测,得到准确的分析结果。
Description
技术领域
本发明属于液体组分检测技术领域,具体涉及一种高压液体组分的预处理方法。
背景技术
对于高压反应液体,为了分离液体和暂时溶解于液体中的易挥发成气体的组分,常规采用闪蒸和高压液体进样的方法,以去除液体组分中的气体组分;但是,闪蒸的方法在处理高压液体时必须保证液体组成能够汽化,且要保证汽化后的组成特别是其中微量杂质含量与其在液态时的组成完全相同,故闪蒸的方法适合于热容较小烃类化合物。但对于反应体系中含有大量高沸点的含氧化合物的体系,由于该体系的热容较大,故并不适用;此外,对于这样的体系,在进样过程中,由于传送管中高沸点含氧化合物易冷凝和轻组分的选择性蒸发,导入色谱体系的组成和实际体系组成出入很大,样品发生组分变化,无法准确对反应液体组分进行定量分析。
另外,反应体系组成受压力影响很大,压力不同,组成含量不同;若直接采用高压液体进样,很难控制待检样品压力一致,导致检测结果平行性差。
发明内容
为了改善现有技术的不足,本发明的目的是提供一种高压液体组分的预处理方法,所述方法可以将高压液体组分中混有的气相组分全部分离出去,得到预处理后的液相组分,且所述方法对液相组分的含量不会产生任何影响。进一步地,对分离出去的气相组分和预处理后的液相组分进行分别检测,可以获得准确的分析结果,减轻了检测器件的工作负荷,节省了检测成本,提供了检测精确度。
本发明目的是通过如下技术方案实现的:
本发明的第一方面是提供一种高压液体组分的预处理方法,所述方法包括如下步骤:
将包括液相组分和气相组分的高压液体组分溶解于溶解液中,形成溶液,利用溶解液对液相组分的吸收实现高压液体组分中气相组分和液相组分的分离。
根据本发明第一方面,所述方法适用于烃类氧化体系,例如适用于异丁烷氧化制备叔丁醇、叔丁基过氧化氢的反应体系,丙烯氧化制备环氧丙烷的反应体系,异丁烯氧化制备甲基丙烯醇的反应体系中的高压液体组分的预处理。
根据本发明第一方面,所述溶解液例如选自水,如纯水。
根据本发明第一方面,所述高压液体组分中含有可溶于溶解液的液相组分以及常温常压下不溶于溶解液的气相组分。示例性地,所述高压液体组分中含有可溶于溶解液中的叔丁醇和叔丁基过氧化氢,以及常温常压下不溶于溶解液的异丁烷和氧气。或者,示例性地,所述高压液体组分中含有可溶于溶解液中的环氧丙烷,以及常温常压下不溶于溶解液的丙烯和氧气。或者,示例性地,所述高压液体组分中含有可溶于溶解液中的甲基丙烯醇,以及常温常压下不溶于溶解液的异丁烯和氧气。
示例性地,所述叔丁基过氧化氢在水中溶解度为12wt%,异丁烷在水中的溶解度为0.025m3/m3(20℃/1atm),约为65ppm,即0.0065%(wt%);叔丁基过氧化氢在水中的溶解度约为异丁烷在水中溶解度的1846倍,异丁烷溶解在水中的量远远低于气体中的含量可以作为系统误差忽略。同理,对于其他的反应体系,反应原料气在溶解液中溶解的量远远低于气体中的含量,因此反应原料气在溶解液中溶解的量可以作为系统误差忽略。
根据本发明第一方面,所述高压液体组分和溶解液的质量比为1:150~20:150,例如可以为1:150、2:150、3:150、4:150、5:150、6:150、7:150、8:150、9:150、10:150、11:150、12:150、13:150、14:150、15:150、16:150、17:150、18:150、19:150或20:150。
根据本发明第一方面,所述吸收例如可以是在室温下溶解液对液相组分的吸收。所述溶解例如可以是在室温下包括液相组分和气相组分的高压液体组分溶解于溶解液。
根据本发明第一方面,所述方法例如包括如下步骤:
1)将高压液体组分溶解于溶解液中;
2)高压液体组分中的液相组分被溶解液吸收,得到待测溶液;
3)高压液体组分中的气相组分溢出,收集,得到待测气相组分。
根据本发明第一方面,所述方法例如包括如下步骤:
a)将液体组分置于钢瓶中,得到高压液体组分,模拟真实反应系统状态;
b)将溶解液置于带有排气口的溶解装置中;
c)将钢瓶中的高压液体组分经阀门送入溶解装置中,高压液体组分中的液相组分溶解在溶解液中,气相组分不溶解,从排气口排出并收集,即实现了所述高压液体组分的预处理。
本发明第二方面是提供一种高压液体组分分析方法,所述方法包括如下步骤:
i)将包括液相组分和气相组分的高压液体组分溶解于溶解液中,形成溶液,利用溶解液对液相组分的吸收实现高压液体组分中气相组分和液相组分的分离;
ii)将分离得到的气相组分和液相组分分别送入检测装置中进行检测,获得高压液体组分中各组分的定量检测结果。
根据本发明第二方面,所述方法例如包括如下步骤:
a)称取空钢瓶的质量,记为m0;将高压液体组分置于钢瓶中,称取钢瓶的总质量,记为m1;
b)将溶解液置于带有排气口的溶解装置中,称取溶解装置的总质量,记为M1;
c)将钢瓶中的高压液体组分经阀门送入溶解装置中,高压液体组分中的液相组分溶解在溶解液中,气相组分不溶解,从排气口排出并收集;
d)钢瓶中的高压液体组分排净后,再次称取钢瓶的质量,记为m2;同时称取此时溶解装置的总质量,记为M2;
e)从溶解装置中取溶解液进行气相色谱分析,外标法计算得出高压液体组分中液相组分中各组分的含量;和/或,对排气口排出的气相组分进行气相色谱分析,得出高压液体组分中气相组分中各组分的含量。
根据本发明,步骤d)中,所述的钢瓶中的高压液体组分排净是指m2和m0的质量差小于等于0.1g。
根据本发明,所述m1和m0的质量差或m1和m2的质量差即为液相组分和气相组分的总质量。
根据本发明,所述M2和M1的质量差即为高压液体组分中液相组分的总质量。
根据本发明,步骤c)中,称取收集得到的气相组分的质量,即为气相组分的总质量。
根据本发明,步骤e)中,所述的气相色谱分析为本领域常规的检测气相组分和/或液相组分的分析方法。
根据本发明,步骤e)中,外标法计算的公式如下所述:
Xi=Ei×Ai/AE (1)
式中:Xi为水溶液组分i的含量,%;
Ei为标样中组分i的含量,%;
Ai为水溶液中组分i的色谱峰面积;
AE为标样中组分i的色谱峰面积。
本发明的有益效果:
本发明提供了一种高压液体组分的预处理方法,所述方法具有如下优势:
1)将易挥发的气相组分定量准确分离出去,与液相组分分别进行检测。
2)相比于以前的分析进样方法的优势:以前气相色谱的进样方式分为气相进样和液相进样两种,样品如果采用气相进样,需要将样品全部气化,由于样品中的液相组分(如叔丁醇和叔丁基过氧化氢)沸点较高,不易气化,如果使用闪蒸仪升高温气化,部分液相组分(如过氧化物)会分解,影响分析准确度;样品如果采用液相进样,样品中的气相组分(如异丁烷)很容易成为气体,即使加压使其液化,在定量环中也会气化成气泡,影响定量的准确度,使得分析结果不准确。我们通过这样的前处理装置和方法,可以将样品中的气相和液相分离后再分别检测,得到准确的分析结果。
附图说明
图1为本发明一个优选方案所述的适用于预处理方法的预处理装置的结构示意图。
图2为实施例1的反应体系经预处理后的液相组分的测试谱图。
图3为实施例1的反应体系经预处理后的气相组分的FID谱图。
图4为实施例1的反应体系经预处理后的气相组分的TCD谱图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解,下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明,而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法;下述实施例中所用的试剂、材料等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1
1样品为异丁烷氧化中试后得到的高压液体组分
2样品的预处理
称量取样钢瓶,精确至0.01g,记为m0。向带有截止阀的三口烧瓶中加入约150g水,精确至0.01g,记录重量为M1;称量已取样的钢瓶总质量m1,精确至0.01g。将三口烧瓶与取样小钢瓶连接,将采样袋与三口烧瓶另一接口连接,连接好后,整个体系抽真空。然后向整个体系中充入高纯氮气,置换体系中的空气,置换完毕,关闭充氮阀门。缓慢打开钢瓶出口阀门,以免液面下冒出的气泡飞溅,在8-10分钟之内将液体释放完毕。用溢出的气体置换气袋中的氮气,待取样袋充满后,关闭取样袋阀门,取下取样袋用于气相组分的分析。待钢瓶中无液体流出后,将钢瓶中挂壁的液体用空气吹入烧瓶中,将钢瓶取下,称量空钢瓶质量m2,精确至0.01g,m2与m0之间的质量差小于等于0.1g。用m1-m0(或m1-m2)表示高压液体组分的质量。称量取样后三口烧瓶的质量,记录重量为M2,精确至(0.01g),用M2-M1表示高压液体组分中液相组分的质量。
3溶解有液相组分的水溶液中液相组分的检测
3.1仪器条件
岛津GC-2014C气相色谱仪,配氢火焰离子化(FID)检测器;岛津AOC-20i自动进样器;
SH-Rtx-1701毛细管色谱柱(30m*0.25mm i.d.*0.25μm);
进样口汽化温度150℃,分流比100:1;检测器FID温度230℃;进样量1μL;
载气(N2)流量1ml/min;H2流量40mL/min,空气流量450mL/min,尾吹气流量20mL/min;柱箱:初始柱温35℃,保持5min,再以30℃/min的速率升温,最终温度200℃,保持5min。
3.2液相组分的分析
取2样品的预处理中制备所得的溶解有液相组分的水溶液适量,记为m样,稀释5-10倍,按照3.1的仪器条件,将溶解有液相组分的水溶液注入色谱仪中,记录色谱图,参见图2。
3.3色谱图示例及测试结果表1和图2。
表1溶解有液相组分的水溶液测试结果表
峰号 | 化合物名 | 保留时间 | 浓度 | 面积 | 面积% | 分离度(USP) | 拖尾因子 |
1 | 甲酸甲酯/甲醇 | 2.396 | 0.01688 | 26784 | 1.202 | -- | 3.249 |
2 | 丙酮 | 2.89 | 0 | 35886 | 1.61 | 3.043 | 2.347 |
3 | TBA | 3.239 | 1.41909 | 1188140 | 53.311 | 2.724 | 1.89 |
4 | 异丁醇 | 5.496 | 0.5036 | 7107 | 0.319 | 16.066 | 2.1 |
5 | IBF/DTBP | 5.808 | 0.01481 | 1148 | 0.052 | 2.693 | 1.437 |
6 | 未知物 | 6.763 | 0 | 2070 | 0.093 | 8.415 | 1.95 |
7 | TBHP | 7.438 | 1.81036 | 955300 | 42.863 | 5.742 | 1.581 |
8 | 未知物 | 8.115 | 0 | 2012 | 0.09 | 7.204 | -- |
9 | 未知物 | 8.195 | 0.1489 | 1740 | 0.078 | 0.804 | -- |
10 | 未知物 | 8.387 | 0.05127 | 599 | 0.027 | 1.74 | 1.157 |
11 | 异丁酸 | 8.618 | 0.63597 | 7430 | 0.333 | 2.323 | 1.452 |
12 | 未知物 | 8.996 | 0.04261 | 498 | 0.022 | 4.216 | 1.34 |
3.4结果计算
主成分TBA、TBHP含量计算:
实验完成后,对色谱图进行积分,通过外标法计算溶解有液相组分的水溶液中TBA、TBHP的含量。
溶解有液相组分的水溶液中各组分的含量按下式(1)计算,即:
Xi=Ei×Ai/AE (1)
式中:Xi为水溶液中组分i的含量,%;
Ei为标样中组分i的含量,%;
Ai为水溶液中组分i的色谱峰面积;
AE为标样中组分i的色谱峰面积。
样品中各组分含量按下式(2)计算:
Ciwt%=Xi×m液/m样×100 (2)
式中:Ciwt为水溶液中组分i的质量百分含量,%;
Xi为水溶液中组分i的含量,%;
m液为溶解有液相组分的水溶液的总质量,g;
m样为称取的溶解有液相组分的水溶液的质量,g;
基于上述计算得到的各组分的Xi,根据m液和m样可以计算得到试样中各组分的质量百分含量,其中,TBA的质量百分含量为16.34%,TBHP的质量百分含量为28.43%,异丁烷为54.64%。
结果:取两次测定结果的算术平均值为测定结果,小数点后保留两位。
误差:两次测定结果的相对标准偏差不大于2%。
杂质成分含量计算:
溶解有液相组分的水溶液中杂质的质量分数Wi,数值以%表示,按面积归一化法计算,见公式(3):
Wi=Ai/ΣAi×100 (3)
式中:Ai—组分i的峰面积;
ΣAi—各组分的峰面积之和;
结果:取两次测定结果的算术平均值为测定结果,小数点后保留两位。
4气相组分的检测
4.1实验条件及实验材料
气相色谱仪:岛津GC-2014C系统气相色谱仪,配置三阀五柱,氢火焰离子化(FID)检测器,热导池(TCD)检测器。
色谱柱:SH-Rtx-1701毛细管色谱柱(30m*0.25mm i.d.*0.25μm),1根
P-N柱,(80/100mesh,3.2*2.1mm*1.0M),2根;
MS-13X填充柱(80/100mesh 3.2*2.1mm*3.0M),1根;
色谱条件:
柱箱:起始温度50℃,维持6min,以12℃/min升温至180℃,维持12min;
载气:氮气、氦气;
氢气40mL/min,空气400mL/min,尾吹20mL/min;
FID温度:200℃;SPL温度:150℃;分流比:100:1,吹扫流量3.0mL/min;
TCD温度:170℃;DINJ温度:200℃;电流:150mA;
时间程序:
表2时间程序表
序号 | 时间 | 设备 | 事件 | 设定值 |
1 | 0.01 | 继电器 | 继电器2(0:off/1:on) | 1 |
2 | 0.01 | 继电器 | 继电器1(0:off/1:on) | 1 |
3 | 1.00 | 继电器 | 继电器1(0:off/1:on) | 0 |
4 | 2.35 | 继电器 | 继电器2(0:off/1:on) | 0 |
5 | 3.00 | 继电器 | 继电器3(0:off/1:on) | 1 |
6 | 4.8 | 继电器 | 继电器3(0:off/1:on) | 0 |
4.2气相组分的分析
将采集满试样的气袋出口和气相色谱仪上的进样阀连接,并将进样阀的尾气通入装有少量水的洗瓶中。打开气袋出口阀门,挤压气袋,待主机放空口的洗瓶中有气泡均匀冒出,约10s,以排出系统的多余空气,关闭采样袋开关。按下色谱仪主机的“START”键,开始进样。记录色谱图,重复进样两次。
4.3气相样品色谱图参见图3和图4
4.4结果计算
4.4.1异丁烷的质量分数wa1,数值以%表示,按面积归一化法计算,见公式(4):
wa1=Aa/ΣAi×100 (4)
式中:
Aa—异丁烷的峰面积;
ΣAi—各组分的峰面积之和;
4.4.2O2的质量分数WO,数值以%表示,按外标法计算,见公式(5):
Wo=Cs×Ao/AE (5)
式中:WO为气相组分中O2的含量,%;
CS为标样中O2的含量,%;
AO为气相组分中O2的色谱峰面积;
AS为标样中O2的色谱峰面积;
结果:取两次测定结果的算术平均值为测定结果,小数点后保留两位。
误差:两次测定结果的相对标准偏差不大于2%。
依照上述预处理方法,可以将易挥发的气相组分定量准确分离出去,同时实现与液相组分分别进行检测。且针对液相组分,还可以将其中所含有的杂质进行较好的检测。
而现有的气相色谱的进样方式分为气相进样和液相进样两种,样品如果采用气相进样,需要将样品全部气化,由于样品中的液相组分(如叔丁醇和叔丁基过氧化氢)沸点较高,不易气化,如果使用闪蒸仪升高温气化,部分液相组分(如过氧化物)会分解,影响分析准确度;样品如果采用液相进样,样品中的气相组分(如异丁烷)很容易成为气体,即使加压使其液化,在定量环中也会气化成气泡,影响定量的准确度,使得分析结果不准确。我们通过这样的前处理装置和方法,可以将样品中的气相和液相分离后再分别检测,得到准确的分析结果。
以上,对本发明的实施方式进行了说明。但是,本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种高压液体组分的预处理方法,其中,所述方法包括如下步骤:
将包括液相组分和气相组分的高压液体组分溶解于溶解液中,形成溶液;其中,所述液相组分可溶于溶解液,所述气相组分常温常压下不溶于溶解液;利用溶解液对液相组分的吸收实现高压液体组分中气相组分和液相组分的分离;所述溶解液选自水;
所述高压液体组分中含有可溶于溶解液中的叔丁醇和叔丁基过氧化氢,以及常温常压下不溶于溶解液的异丁烷和氧气;或者,所述高压液体组分中含有可溶于溶解液中的环氧丙烷,以及常温常压下不溶于溶解液的丙烯和氧气;或者,所述高压液体组分中含有可溶于溶解液中的甲基丙烯醇,以及常温常压下不溶于溶解液的异丁烯和氧气。
2.根据权利要求1所述的预处理方法,其中,所述高压液体组分和溶解液的质量比为1:150~20:150。
3.根据权利要求1所述的预处理方法,其中,所述吸收是在室温下溶解液对液相组分的吸收;所述溶解是在室温下包括液相组分和气相组分的高压液体组分溶解于溶解液。
4.根据权利要求1-3任一项所述的预处理方法,其中,所述方法包括如下步骤:
1)将所述高压液体组分溶解于溶解液中;
2)高压液体组分中的液相组分被溶解液吸收,得到待测溶液;
3)高压液体组分中的气相组分溢出,收集,得到待测气相组分。
5.根据权利要求1-3任一项所述的预处理方法,其中,所述方法包括如下步骤:
a)将液体组分置于钢瓶中,得到高压液体组分,模拟真实反应系统状态;
b)将溶解液置于带有排气口的溶解装置中;
c)将钢瓶中的高压液体组分经阀门送入溶解装置中,高压液体组分中的液相组分溶解在溶解液中,气相组分不溶解,从排气口排出并收集,即实现了所述高压液体组分的预处理。
6.一种高压液体组分分析方法,其中,所述方法包括如下步骤:
i)将包括液相组分和气相组分的高压液体组分溶解于溶解液中,形成溶液;其中,所述液相组分可溶于溶解液,所述气相组分常温常压下不溶于溶解液;利用溶解液对液相组分的吸收实现高压液体组分中气相组分和液相组分的分离;其中,所述溶解液选自水;
ii)将分离得到的气相组分和液相组分分别送入检测装置中进行检测,获得高压液体组分中各组分的定量检测结果;
其中,所述高压液体组分中含有可溶于溶解液中的叔丁醇和叔丁基过氧化氢,以及常温常压下不溶于溶解液的异丁烷和氧气;或者,所述高压液体组分中含有可溶于溶解液中的环氧丙烷,以及常温常压下不溶于溶解液的丙烯和氧气;或者,所述高压液体组分中含有可溶于溶解液中的甲基丙烯醇,以及常温常压下不溶于溶解液的异丁烯和氧气。
7.根据权利要求6所述的分析方法,其中,所述方法包括如下步骤:
a)称取空钢瓶的质量,记为m0;将高压液体组分置于钢瓶中,称取钢瓶的总质量,记为m1;
b)将溶解液置于带有排气口的溶解装置中,称取溶解装置的总质量,记为M1;
c)将钢瓶中的高压液体组分经阀门送入溶解装置中,高压液体组分中的液相组分溶解在溶解液中,气相组分不溶解,从排气口排出并收集;
d)钢瓶中的高压液体组分排净后,再次称取钢瓶的质量,记为m2;同时称取此时溶解装置的总质量,记为M2;
e)从溶解装置中取溶解液进行气相色谱分析,外标法计算得出高压液体组分中液相组分中各组分的含量;和/或,对排气口排出的气相组分进行气相色谱分析,得出高压液体组分中气相组分中各组分的含量。
8.根据权利要求7所述的分析方法,其中,步骤d)中,所述的钢瓶中的高压液体组分排净是指m2和m0的质量差小于等于0.1g。
9.根据权利要求7所述的分析方法,其中,所述m1和m0的质量差或m1和m2的质量差即为高压液体组分的总质量。
10.根据权利要求7所述的分析方法,其中,所述M2和M1的质量差即为高压液体组分中液相组分的总质量。
11.根据权利要求7所述的分析方法,其中,步骤c)中,称取收集得到的气相组分的质量,即为气相组分的总质量。
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