RU2694436C1 - Способ газохроматографического анализа микропримесей веществ в газе и устройство для его реализации - Google Patents
Способ газохроматографического анализа микропримесей веществ в газе и устройство для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2694436C1 RU2694436C1 RU2018140041A RU2018140041A RU2694436C1 RU 2694436 C1 RU2694436 C1 RU 2694436C1 RU 2018140041 A RU2018140041 A RU 2018140041A RU 2018140041 A RU2018140041 A RU 2018140041A RU 2694436 C1 RU2694436 C1 RU 2694436C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- column
- concentration
- concentrating
- mode
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 83
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000013375 chromatographic separation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 4
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 18
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- RWGFKTVRMDUZSP-UHFFFAOYSA-N cumene Chemical compound CC(C)C1=CC=CC=C1 RWGFKTVRMDUZSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 description 8
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 3
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N chromate(2-) Chemical compound [O-][Cr]([O-])(=O)=O ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000001030 gas--liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004811 liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000011785 micronutrient Substances 0.000 description 1
- 235000013369 micronutrients Nutrition 0.000 description 1
- 238000011197 physicochemical method Methods 0.000 description 1
- -1 polymethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000004094 preconcentration Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к способам и устройствам для хроматографического анализа веществ в газовых и/или паровых смесях и может быть использовано для определения микропримесей. Способ газохроматографического анализа микропримесей веществ в газе включает подачу анализируемого газа в концентрирующую колонку, концентрирование микропримесей на сорбенте, хроматографическое разделение в аналитической колонке в потоке инертного газа и детектирование разделенных компонентов, все стадии проводят в изотермическом режиме, а концентрирование микропримеси в концентрирующей колонке осуществляют до стадии равновесного состояния и затем подают на хроматографическое разделение и устройство для осуществления этого способа, содержащее линии подачи анализируемого газа и газа-носителя, поворотный газовый кран - переключатель потоков, концентрирующую колонку, заполненную сорбентом, аналитическую колонку, детектор, термостат, в котором размещены газовый кран и аналитическая колонка, поворотный газовый кран - переключатель потоков выполнен в виде двухрежимного крана-дозатора, соединенного в режиме концентрации с линией подачи анализируемого газа, а в режиме анализа - с линией газа-носителя, в термостате дополнительно размещена концентрирующая колонка, выполненная в виде отрезка аналитической колонки. Техническим результатом является упрощение способа и конструкции устройства и повышение точности анализа. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области аналитического приборостроения и, в частности, к способам и устройствам для хроматографического анализа веществ в газовых и/или паровых смесях и может найти применение и использован при определении микропримесей в каком-то основном (по количеству) компоненте, когда при обычном методе анализа не хватает чувствительности, или определяемый компонент находится на резком спаде заднего фронта основного компонента.
Газовая хроматография как эффективный метод разделения и анализа сложных смесей газов, жидкостей и твердых тел получила широкое признание в 50-х годах нашего столетия и с тех пор непрерывно развивается и совершенствуется.
Из уровня техники известно, что любую разновидность хроматографии можно определить как динамический метод разделения смеси веществ, основанный на многократно повторяющемся процессе перераспределения компонентов между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых является неподвижной, а другая - подвижной:
неподвижная фаза - твердый адсорбент или суспензия адсорбента в жидкости, или жидкость, наносимая на поверхность твердого носителя;
подвижная фаза - газ или жидкость, протекающие вдоль слоя неподвижной фазы.
Понятие (термин) газовая хроматография объединяет все методические варианты хроматографии, в которых подвижная фаза газообразна.
Газовый аналитический хроматограф представляет собой совокупность взаимодействующих систем, предназначенных для проведения анализа в оптимальном режиме хроматографического разделения исследуемой смеси с целью определения ее состава.
На эффективность разделения влияет величина и способ ввода пробы в хроматограф. При введении пробы необходимо обеспечить идентичность ее состава с анализируемой смесью. Нарушение идентичности может быть вызвано потерей части пробы при введении ее в колонку (например, вследствие испарения), наличием в дозаторе не продуваемых («мертвых») объемов и другими причинами.
Величина пробы выбирается с учетом чувствительности детектора и сорбционной емкости колонки. Объем или масса пробы должны воспроизводиться в пределах 1-3 %. Проба должна вводиться в колонку по возможности мгновенно, чтобы уменьшить размывание пиков на хроматограмме и не нарушить установившийся режим хроматографа.
Для дозирования и ввода газообразных смесей применяют краны-дозаторы. Объем сменных калиброванных петель позволяет вводить пробы от 0,1 до 10 мл.
Для измерения концентрации компонента применяют хроматографический детектор - это устройство, предназначенное для обнаружения и количественного определения выходящих из колонки в потоке газа-носителя компонентов анализируемой смеси.
В газовой хроматографии чаше используют дифференциальные детекторы, которые в отличие от интегральных измеряют мгновенную концентрацию компонента в потоке газа-носителя.
В настоящее время создано несколько десятков типов детекторов. В современных хроматографах применяют детекторы, использующие некоторые физические свойства газа, такие как: теплопроводность, плотность, теплота сгорания, способность молекул газа ионизироваться (приобретать электрический заряд) и некоторые другие. Во всех случаях используется различие физических свойств газа-носителя, с одной стороны, и компонентов газа, с другой.
Если через детектор проходит только газ-носитель, то детектор не реагирует (его сигнал равен нулю); как только в него начнет поступать газ-носитель с каким-либо компонентом анализируемой смеси, то возникает сигнал, пропорциональный концентрации компонента в газе-носителе.
Поскольку детектор установлен после хроматографической колонки, то он имеет дело уже не со сложной многокомпонентной смесью, а лишь с чистым газом-носителем или его смесью с одним из компонентов пробы газа.
Концентрирование – операция (процесс), в результате которой повышается отношение концентрации или количества микрокомпонентов к концентрации или количеству макрокомпонентов. Концентрации компонентов при разделении могут быть близки друг к другу, но могут и отличаться. Концентрирование чаще проводят в условиях, когда концентрации компонентов резко отличаются. Концентрирование можно провести отгонкой, выпариванием, экстракцией, соосаждением, хроматографическими методами.
В зависимости от агрегатного состояния подвижной и неподвижной фаз различают варианты газовой и жидкостной хроматографии. Газовой хроматографией называют процесс, в котором подвижной фазой является газ (или пар). Варианты газовой хроматографии – газоадсорбционная и газожидкостная. Первое слово в этой классификации характеризует агрегатное состояние подвижной фазы, второе – неподвижной фазы. В газоадсорбционной (газо-твердофазной) хроматографии неподвижная фаза – твердый адсорбент, подвижная фаза – газ. В газожидкостной хроматографии неподвижной фазой служит жидкость, нанесенная в виде тонкой пленки на поверхность инертного материала для создания большей поверхности сорбции, а подвижной фазой – газ. К промежуточным методам относится хроматография на модифицированном сорбенте (газожидко-твердофазная): неподвижной фазой служит твердый адсорбент, модифицированный небольшим количеством жидкости. В этом случае играют роль как сорбция на поверхности твердого адсорбента, так и растворимость в жидкости, которой адсорбент модифицирован
Газовая хроматография – метод разделения летучих соединений, основанный на распределении веществ между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна (стационарна) с большой поверхностью, а другая – газ, протекающий через неподвижную фазу. Методом газовой хроматографии могут быть проанализированы газообразные, жидкие и твердые вещества с молекулярной массой меньше 400, удовлетворяющие определенным требованиям, главные из которых – летучесть, термостабильность, инертность.
Поток газа-носителя вместе с введенной в него пробой делится перед колонкой на две части: большая часть потока сбрасывается в атмосферу, меньшая часть – поступает в колонку. На практике используют делители с отношением деления от 1 : 10 до 1 : 200. Объем вводимой пробы зависит от чувствительности детектора. Для аналитических целей он колеблется в пределах 0,01–10 мкл, для препаративных целей он зависит от размеров колонки и составляет от 0,1 до 1 кг. Хроматографическая колонка является одним из основных узлов хроматографа: в ней происходит разделение анализируемой смеси на отдельные компоненты. Наличие этого разделительного узла считается особенностью, выделяющей хроматографию среди других физико-химических методов анализа и определяющей ее способность анализировать многокомпонентные смеси.
Разделение можно проводить в изотермическом режиме и в режиме программирования температуры. При изотермическом режиме температура колонок поддерживается постоянной в ходе всего процесса разделения. Этот режим является оптимальным для разделения смеси веществ, температуры кипения которых находятся в достаточно узком интервале. Когда же они различаются значительно (более чем на 100 °С), разделение осложняется. Если поднять температуру колонки слишком высоко, то наиболее летучие компоненты выйдут слишком быстро и плохо разделятся. При более же низких температурах, во-первых, значительно увеличится общее время анализа, во-вторых, наименее летучие компоненты будут находиться в колонке столь долго, что их пики окажутся очень размытыми. Эти трудности можно преодолеть, используя режим программирования температуры. Система детектирования хроматографа – устройство, измеряющее и регистрирующее результаты хроматографического анализа. Детектор непрерывно измеряет концентрацию компонентов на выходе из хроматографической колонки и преобразует концентрацию в электрический сигнал, который регистрируется. Для детектирования используются самые различные физические и химические свойства веществ, содержащихся в газеносителе в виде паров. Необходимым свойством любого устройства, используемого в качестве детектора, является пропорциональная зависимость между сигналом и концентрацией определяемого вещества (линейность детектора), поскольку содержание последнего в анализируемой пробе может варьироваться от нескольких миллиграммов до нескольких пикограммов (10–12 г).
Из многочисленных способов определения микропримесей органических веществ в воздухе наибольшее распространение получили способы, использующие предварительное концентрирование анализируемых веществ на подходящих сорбентах (Наметкин С.П. Газовая хроматография в нефтехимии. «Наука», 1976, с. 48-69).
Однако точность анализа микропримесей невысока, погрешность может достигать 100%.
Известен способ хроматографического анализа определения микропримесей в воздухе, включающий дозирование анализируемого воздуха из дозатора в концетрирующую колонку, концентрирование микропримесей на сорбенте с последующей десорбцией, хроматографическим разделением в основном потоке инертного газа и детектированием разделенных компонентов (аналог – Хроматографический анализ окружающей среды. М., «Химия», 1979, стр.114-115).
Недостаток – низкая точность анализа микропримесей
Известен способ газохроматографического анализа микропримесей веществ в воздухе, включающий дозирование анализируемого воздуха из дозатора в концентрирующую колонку, концентрирование микропримесей на сорбенте с последующей десорбцией, хроматографическим разделением в основном потоке инертного газа и детектированием разделенных компонентов, отличающийся тем, что дозирование анализируемого воздуха в концентрирующую колонку и концентрирование примесей на сорбенте осуществляют в дополнительном потоке инертного газо-носителя (см. а.с. СССР №842576, МПК G01N 31/08, 1981 г.). Данное решение принято за прототип.
Недостатками известного способа являются:
- необходимость изменения температурного режима - накопление (концентрирование) при пониженной температуре, сброс накопленного в линию газа-носителя на входе аналитической колонки – при повышенной температуре;
- анализируемые компоненты улавливаются концентратором полностью (объем концентратора, прокачиваемый объем, выбор наполнителя и температуры концентрирования должны обеспечивать с запасом это условие);
- необходимость подачи фиксированного точного объема анализируемого газа, прокачиваемого через концентратор.
Все перечисленное требует сложных дополнительных устройств: устройства, обеспечивающего охлаждение и нагрев концентратора и устройства для прокачки фиксированного объема. Все это существенно усложняет процесс проведения хроматографии и конструкцию самого хроматографа.
Известно устройство включающее дозатор фиксированного объема, поворотный газовый кран, переключатель потоков, концентрирующую колонку, заполненную сорбентом, устройство, обеспечивающее охлаждение и нагрев концентратора, термостат, второй поворотный газовый кран – переключатель потоков, разделительную хроматографическую колонку и детектор (см. а.с. СССР №842576, МПК G01N 31/08, 1981 г.). Данное решение принято за прототип.
Недостатком является сложность конструкции.
Техническая проблема, решаемая изобретением – при упрощении способа и устройства, обеспечить концентрирование определяемого компонента анализируемого газа при фиксированных температуре и давление, без соблюдения точного объема анализируемого газа, прокачиваемого через концентратор, причем сброс накопленного из концентратора в тракт газа-носителя на вход аналитической разделительной колонки производится без изменения температуры.
Для решения поставленной технической проблемы в известном способе газохроматографического анализа микропримесей веществ в газе, включающем подачу анализируемого газа в концентрирующую колонку, концентрирование микропримесей на сорбенте, хроматографическое разделение в аналитической колонке в потоке инертного газа и детектирование разделенных компонентов, в соответствии с изобретением, все стадии проходят в изотермическом режиме, а концентрирование микропримеси осуществляют до стадии равновесного состояния и подают на хроматографическое разделение.
Причем время продувки концентрирующей колонки анализируемым газом выбирают равным или более времени установления в ней равновесного состояния.
Технический результат от применения всех существенных признаков заявляемого способа заключается в упрощении при достижении точных результатов определения количественного показателя содержания микропримесей в анализируемом газе.
Концентрирование до достижения равновесного состояния позволяет исключить дополнительное устройство для прокачки через концентратор фиксированного точного объема анализируемого газа и использовать накопительную способность концентратора на 100 %.
Осуществление всех операций в изотермическом режиме позволяет отказаться от двухтемпературного режима, что значительно упрощает технологический процесс.
Для решения поставленной технической проблемы в известном устройстве, содержащем линии подачи анализируемого газа и газа-носителя, поворотный газовый кран - переключатель потоков, концентрирующую колонку, заполненную сорбентом, аналитическую колонку, детектор, термостат, в котором размещены газовый кран и аналитическая колонка, в соответствии с изобретением поворотный газовый кран - переключатель потоков выполнен в виде двухрежимного крана-дозатора, соединенного в режиме концентрации с концентрирующей колонкой и линией подачи анализируемого газа, а в режиме анализа - с линией газа-носителя и аналитической колонкой; в термостате дополнительно размещена концентрирующая колонка, выполненная в виде отрезка аналитической колонки.
Причем длина отрезка концентрирующей колонки составляет 0,01 длины аналитической колонки.
В трубку подачи анализируемого газа на концентрирующую колонку дополнительно включены регулятор давления и пневмосопротивление, на выходе из нее – ротаметр.
Технический результат от использования всех существенных признаков устройства заключается в упрощении устройства при достижении точных результатов определения количественного показателя содержания микропримесей в анализируемом газе.
Использование в качестве концентратора короткого отрезка аналитической колонки позволяет осуществлять сброс накопленного с концентратора при температурном режиме, в котором находится аналитическая колонка без размывания зон пиков определяемых компонентов (уйти от двухтемпературного режима работы).
Регулятор давления вместе с пневмосопротивлением задает необходимый постоянный расход анализируемого газа через концентрирующую колонку независимо от изменения давления анализируемого газа.
В данном случае концентрирующая колонка, выполненная в виде отрезка аналитической колонки, находится при постоянном давлении, близком к атмосферному и постоянной температуре, равной температуре аналитической колонки.
При этих условиях предварительно определяют время достижения равновесия в концентрирующей колонке путем проведения серии анализов накапливаемой концентрирующей колонкой субстанции с постоянным увеличением времени концентрирования. Время достижения равновесного состояния определяется по окончанию приращения площади пика интересующего компонента. При выполнении последующих рабочих анализов время концентрирования задается больше времени достижения равновесия.
Фиг.1 – устройство для газохроматографического анализа в первом положении крана-дозатора;
Фиг. 2 - устройство для газохроматографического анализа во втором положении крана-дозатора.
Устройство для газохроматографического анализа микропримесей веществ в газе содержит линию 1 подачи анализируемого газа и линию 2 подачи газа-носителя. Поворотный газовый кран - переключатель потоков выполнен в виде двухрежимного крана-дозатора 3, соединяющего в режиме концентрации концентрирующую колонку 4 с линией 1 подачи анализируемого газа, а в режиме анализа - с линией 2 подачи газа-носителя и аналитической колонкой 5. Аналитическая колонка 5 выходом соединена с детектором 6. Устройство содержит термостат 7 , в котором размещены двухрежимный кран-дозатор 3, аналитическая колонка 5 и концентрирующая колонка 4, выполненная в виде отрезка аналитической колонки. Длина отрезка концентрирующей колонки 4 составляет 0,01 длины аналитической колонки 5.
В линию 1 подачи анализируемого газа на концентрирующую колонку 4 дополнительно включены регулятор давления 8 и пневмосопротивление 9. На выходе из концентрирующей колонки установлен ротаметр (индикатор расхода) 10.
Способ газохроматографического анализа микропримесей веществ в газе включает следующие операции: подачу анализируемого газа в концентрирующую колонку 4, выполненную в виде отрезка аналитической колонки, в которой производят концентрирование микропримесей на сорбенте, с последующим хроматографическим разделением в аналитической колонке 5 в потоке инертного газа и детектированием разделенных компонентов. За счет размещения основных элементов устройства в термостате, все операции проводят в изотермическом режиме, а концентрирование микропримеси в концентрирующей колонке осуществляют до стадии равновесного состояния и подают на хроматографическое разделение.
Способ осуществляется следующим образом.
Предварительно определяют площадь пика равновесного состояния проверяемого компонента за счет подключения в линию 1 подачи анализируемого газа баллона с газом, в котором проверяемый компонент находится в известном количестве. Пропускают такой газ через концентрирующую колонку 4 в условиях, одинаковых с проведением рабочих анализов, вычисляют площадь пика проверяемого компонента и производят градуировку хроматографа.
Затем проводят газохроматографический анализ микропримесей веществ в анализируемом газе.
Во время стадии концентрирования кран-дозатор 3 соединен с концентрирующей колонкой 4 и линией 1 подачи анализируемого газа (АГ), который пропускается через концентрирующую колонку 4, выполненную в виде отрезка аналитической колонки 5. Концентрирующая колонка 4 покрыта слоем сорбента, который адсорбирует компоненты анализируемого газа на своей поверхности и происходит процесс концентрирования определяемого вещества. Основное требование, предъявляемое к сорбенту концентратора: удерживание определяемого компонента должно быть значительно больше, чем удерживание основного компонента.
Концентрирование и сброс накопленного компонента с концентрирующей колонки 4 происходит в изотермическом режиме при той же температуре, которая поддерживается для аналитической колонки 5 (концентрирующая колонка 4, кран-дозатор 3 и аналитическая колонка 5 находятся в одном термостате). Точный объем при прокачке концентрирующей колонки 4 измерять не требуется (достаточно прокачать анализируемый газ в течение такого промежутка времени, чтобы был достигнуто равновесное состояние). Концентрация основного газа в концентрирующей колонке 4 уменьшена, поскольку он не осаждается на сорбенте, которым заполнена концентрирующая колонка 4. При этом концентрация определяемого компонента увеличена в несколько раз для повышения чувствительности при анализе. Истинная концентрация определяемого компонента определяется после предварительной градуировки хроматографа газовой смесью с известной концентрацией определяемого компонента в тех же самых условиях с той же концентрирующей колонкой 4. Для того, чтобы ввод определяемого компонента из концентрирующей колонки 4 в аналитическую колонку 5 происходил компактно (чтобы пик получался не «размытым»), в качестве концентрирующей колонки 4 использован отрезок аналитической колонки, аналогичной используемой в устройстве длина которой составляет около 0,01 длины аналитической колонки.
Регулятор давления 8 вместе с пневмосопротивлением 9 задают необходимый постоянный расход анализируемого газа через концентрирующую колонку 4 независимо от изменения давления анализируемого газа. В данном случае концентрирующая колонка 4 находится при постоянном давлении, близком к атмосферному. При этих условиях определяется время достижения равновесия в концентрирующей колонке 4 путем проведения серии анализов накапливаемой концентрирующей колонкой 4 субстанции по окончанию приращения площади пика определяемого компонента. При выполнении последующих рабочих анализов время концентрирования задается больше времени достижения равновесия.
Момент равновесного состояния определяется опытным путем при постоянной температуре, постоянном давлении и расходе анализируемого газа через концентрирующую колонку 4.
После достижения равновесия 6-ти портовый поворотный двухрежимный кран-дозатор 3 переключают и соединяют его с линией 2 подачи газа-носителя. Направляют поток газа-носителя (ГН) (например, гелия) в концентрирующую колонку 4 и сконцентрированный определяемый компонент уносится далее на аналитическую колонку 5, где происходит разделение определяемого компонента от газа-носителя и других попутных компонентов. Далее детектор 6 определяет количественный показатель определяемого компонента.
Заявляемый метод был применен на двух реально заказанных анализах:
- анализ метанола в пропане сухом (предприятие «СИБУР Тобольск»);
- анализ кумола (изопропилбензола) в очищенных абгазах (около 98 % азота) (предприятие «Омский каучук»).
При анализе метанола в пропане использовалась четырехметровая аналитическая колонка с насадкой из ПЭГ20М на хромосорбе Т и концентрирующая колонка длиной 4 см из того же материала. С применением концентрирования по сравнению с обычным дозированием объема 1 мл чувствительность увеличилась более чем в 6 раз, причем площадь пика пропана уменьшилась в 1,5 раза. Среднеквадратическое отклонение по результатам 10-ти измерений составляло около 0,6 % при концентрации метанола 0,002 % об. с применением детектора по теплопроводности. Проводились испытания на линейность метода. Газовая смесь с концентрацией метанола 0,002 % была разбавлена в 2 раза путем закачки в баллон дополнительного количества азота. При анализе полученной газовой смеси площадь пика метанола уменьшилась ровно в 2 раза.
При анализе кумола в азоте использовалась 30-ти метровая капиллярная колонка с неподвижной жидкой фазой из полиметилсилаксана; в качестве концентрирующей колонки использовался 50-ти сантиметровый отрезок той же колонки. По сравнению с довольно большим для данного типа колонки объемом дозирования 0,4 мл чувствительность при анализе с концентрированием увеличилась в 10 раз. Среднеквадратическое отклонение по результатам 10-ти измерений составляло менее 1 % при концентрации кумола 0,0015 % об. с применением детектора по теплопроводности. Расчетная нижняя граница диапазона измерений по кумолу составила 0,0002 % об.
Основное преимущество предлагаемого способа газохроматографического анализа микропримесей веществ в газе и устройства для его реализации заключается в значительном упрощении способа и конструкции устройства. Кроме того, из-за простоты его можно применить во многих случаях, когда классический метод в силу ряда причин применить не удается. Еще одно преимущество – накопительная способность концентратора используется на 100 % для тех условий, в которых он находится, за счет чего значительно повышается точность анализа даже при минимальных концентрациях определяемого компонента в анализируемом газе.
Заявляемое устройство может быть изготовлено с использованием существующих и применяемых в настоящее время устройств для проведения хромотографии на известном оборудовании.
Заявляемые способ и устройство могут найти применение и быть использованы при определении микропримесей в каком-то основном (по количеству) компоненте, когда при обычном методе анализа не хватает чувствительности приборов, или определяемый компонент находится на резком спаде заднего фронта основного компонента.
Claims (5)
1. Способ газохроматографического анализа микропримесей веществ в газе, включающий подачу анализируемого газа в концентрирующую колонку, концентрирование микропримесей на сорбенте, хроматографическое разделение в аналитической колонке в потоке инертного газа и детектирование разделенных компонентов, отличающийся тем, что все стадии проводят в изотермическом режиме, а концентрирование микропримеси в концентрирующей колонке осуществляют до стадии равновесного состояния и затем подают на хроматографическое разделение.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что время продувки концентрирующей колонки анализируемым газом выбирают равным или более времени установления в ней равновесного состояния.
3. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее линии подачи анализируемого газа и газа-носителя, поворотный газовый кран - переключатель потоков, концентрирующую колонку, заполненную сорбентом, аналитическую колонку, детектор, термостат, в котором размещены газовый кран и аналитическая колонка, отличающееся тем, что поворотный газовый кран - переключатель потоков выполнен в виде двухрежимного крана-дозатора, соединенного в режиме концентрации с линией подачи анализируемого газа, а в режиме анализа - с линией газа-носителя; в термостате дополнительно размещена концентрирующая колонка, выполненная в виде отрезка аналитической колонки.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что длина отрезка концентрирующей колонки составляет до 0,01 длины аналитической колонки.
5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в линию подачи анализируемого газа на концентрирующую колонку дополнительно включены регулятор давления и пневмосопротивление, на выходе из нее – ротаметр.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140041A RU2694436C1 (ru) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | Способ газохроматографического анализа микропримесей веществ в газе и устройство для его реализации |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140041A RU2694436C1 (ru) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | Способ газохроматографического анализа микропримесей веществ в газе и устройство для его реализации |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2694436C1 true RU2694436C1 (ru) | 2019-07-15 |
Family
ID=67309254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018140041A RU2694436C1 (ru) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | Способ газохроматографического анализа микропримесей веществ в газе и устройство для его реализации |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2694436C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU842576A1 (ru) * | 1979-08-17 | 1981-06-30 | Предприятие П/Я А-7075 | Способ газохроматографического ана-лизА МиКРОпРиМЕСЕй ВЕщЕСТВ B ВОздуХЕ |
| SU1405497A1 (ru) * | 1986-11-03 | 1998-06-10 | В.В. Федотов | Способ обнаружения микропримесей веществ в газах |
| RU111673U1 (ru) * | 2011-06-15 | 2011-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Техническая Фирма "Бакс" | Хроматографический комплекс для анализа микропримесей в гелии |
| US20120085148A1 (en) * | 2010-10-06 | 2012-04-12 | Aviv Amirav | Fast gas chromatograph method and device for analyzing a sample |
-
2018
- 2018-11-14 RU RU2018140041A patent/RU2694436C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU842576A1 (ru) * | 1979-08-17 | 1981-06-30 | Предприятие П/Я А-7075 | Способ газохроматографического ана-лизА МиКРОпРиМЕСЕй ВЕщЕСТВ B ВОздуХЕ |
| SU1405497A1 (ru) * | 1986-11-03 | 1998-06-10 | В.В. Федотов | Способ обнаружения микропримесей веществ в газах |
| US20120085148A1 (en) * | 2010-10-06 | 2012-04-12 | Aviv Amirav | Fast gas chromatograph method and device for analyzing a sample |
| RU111673U1 (ru) * | 2011-06-15 | 2011-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Техническая Фирма "Бакс" | Хроматографический комплекс для анализа микропримесей в гелии |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hussam et al. | Rapid and precise method for the measurement of vapor/liquid equilibria by headspace gas chromatography | |
| Patton et al. | Separation and analysis of gases and volatile liquids by gas chromatography | |
| Fredericks et al. | Gas chromatography analysis of gaseous hydrocarbons by gas-liquid partition chromatography | |
| US8968560B2 (en) | Chromatography using multiple detectors | |
| Cady et al. | Fractional Codistillation in Gas Chromatography Apparatus | |
| Katsanos et al. | Measurement of activity coefficients by reversed-flow gas chromatography | |
| CN101279146A (zh) | 新型连续流动-固相微萃取的样品前处理方法及其萃取装置 | |
| Rudolph et al. | Problems connected with the analysis of halocarbons and hydrocarbons in the non-urban atmosphere | |
| Kondeti et al. | Advancements in column chromatography: A review | |
| Tuan et al. | Novel preconcentration technique for on-line coupling to high-speed narrow-bore capillary gas chromatography: sample enrichment by equilibrium (ab) sorption: I. Principles and theoretical aspects | |
| US3719084A (en) | Means for separating organics containing from one to twenty carbons comprising series connected packed and capillary columns | |
| RU2694436C1 (ru) | Способ газохроматографического анализа микропримесей веществ в газе и устройство для его реализации | |
| Drozd et al. | Quantitative and qualitative head-space gas analysis of parts per billion amounts of hydrocarbons in water: A study of model systems by capillary-column gas chromatography with splitless sample injection | |
| US3071005A (en) | Variable chamber sampler and transference apparatus | |
| Vitenberg | Equilibrium model in the description of gas extraction and headspace analysis | |
| CN104713975B (zh) | 一种同时检测氢气中烃类杂质和氮气杂质含量的方法 | |
| Parcher et al. | Determination of the solubility of gases in liquids by gas-liquid chromatography | |
| Bruno | Simple, quantitative headspace analysis by cryoadsorption on a short alumina PLOT column | |
| Rose | Gas chromatography and its analytical applications. A review | |
| US20080014652A1 (en) | Method and Apparatus for Introducing Samples of Gas at Controlled Pressure in a gas Chromatograph | |
| RU2302630C1 (ru) | Капиллярный газовый хроматограф для анализа органических и неорганических веществ | |
| Perkins et al. | High-throughput VOC and inorganic gas analysis: Automated SIFT-MS | |
| CN219695029U (zh) | 一种用于串联气质联用仪测定高压液体中痕量杂质的富集进样装置 | |
| Mukadam et al. | Gas chromatography of Volatile oil | |
| Lantheaume | Analysis of Corrosive Halogen Compounds by Gas Chromatography. |