SU890993A3 - Способ определени содержани органических веществ в газах - Google Patents

Description

редел ть углеводороды во всей области концентраций от О до 100. Другой недостаток приборов, работающих по принципу пламенно-ионизационного детектировани , заключаетс  в том, что они чувствительны также к скорости протекани  пробы газа. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  способ определени  содержани  органических веществ в газах с помощью пламенно-ионизационного детектора, включающий подвод к камере с проницаемой дл  определ емых компонентов мембраной анализируемой смеси и подачу совместно с горючим газом продиффундировавших через мембрану компонентов к детектору 2. Ьиэжно создать измерительное устрой ство, нечувствительное к скорости про текани  пробы, если определ емый компонент подводить к детектору за счет диффузии его через мембрану. При этом исследуемый газ пропускаетс  через ин фракрасный, калориметрический или другой анализатор по одну сторону от мембраны,, пропускающей лишь определ емый компонент, тогда как по другую сторону мембраны пропускаетс  с посто нной скоростью поступающий в Дёте тор газ-носитель. В этом приборе исключаетс  попадание в детектор вод ного пара и твердых частичек, а также других мешающих компонентов. Одновременно , за счет выбора соответствующей мембраны создаетс  возможHOCTVb создать услови , при которых в газ-носитель будет попадать только и следуемый компонент. Поддер «ание посто нной температуры в  чейке, в которой находитс  мембрана, обеспечива ет услови , при которых концентраци  определ емого компонента в газе-носи теле пропорциональна его концентрации в анализируемом газе. Таким образом создаетс  разбавление, при котором , например, содержание определ емого компонента в используемом в качестве газа-носител  чистом воздухе , пропорционально его содержанию в дымовых газах. При определении органических веществ с помощью пламенно-ионизационного детектора такой способ не может быть использован, так как он не дает возмо ности определени  суммарного количества наход щихс  в пробе газа органических веществ, которое было б пропорционально количеству атомов уг ерода. Другой недостаток этого способа состоит в том, что система работает стабильно только при условии посто нства проницаемости мембраны, а юбой фактор, измен ющий ее проницаемость , оказывает мешающее вли ние. По той причине мембрана должна об заельно термостатироватьс , а в лучае загр знени  или старени  ее необходимо замен ть. В таких случах измерительную систему нужно заново калибровать. Кроме того, примен ема  мембрана обладает различной проницаемостью по отношению к различным органическим веществам. В случае суммарного определени  нескольких компонентов это означает, что фактор пропорциональности дл  отдельных компонентов , несмотр  на то, что количества определ емых компонентов в газе-носителе и будут пропорциональны содержанию их в анализируемом газе, будет отличным и, следовательно, соотношение компонентов в газе-носителе будет отличатьс  от соотношени  их в анализируемОм газе. Целью изобретени   вл етс  разработка способа, в котором соедин лись бы преимущества инфракрасного и гтламенно-ионизационного способов и с помощью которого можно было бы с большой чувствительностью определ ть содержание органических веществ в газах в области концентраций от О до 100 об.%. Необходимо определить суммарное содержани  органических веществ в газах с помощью пламенноионизационного детектора таким образом , чтобы соотношение органических веществ в попадающем в детектор горючем газе соответствовало бы первоначальному соотношению их в пробе и чтобы возникающий при этом в детекторе сигнал в пределах ошибки измерений не зависел бы от колебаний скорости потока пробы, Цель изобретени  - расширение диапазона измерений органических веществ в газах. Проставленна  цель достигаетс  тем. ЧТО горючий газ пропускают вдоль мембраны со скоростью не выше 25 см /мин, анализируемую смесь, проход щую за счет разр жени  у другой стороны мембраны , пропускают с объемной скоростью , превышающей объемную скорость горючего газа не менее чем в 10 раз, мембрану используют с площадью поверхности не более 10 см-, выполненную из силиконового каучука толщиной не более 2 мкм, К мембране предпочтительно подавать не более 1/10 вводимого в детек тор горючего газа. Горючий газ пропускают вдоль мембраны с посто нной скоростью. Устройство дл  осуществлени  пред лагаемого способа может состо ть из источника горючего газа, содержащего водород, или генератора водорода, на пример электролитического генератора водорода, пробоотборника дл  отбора проб газа, насоса дл  перемещени  анализируемого газа и пламенно-ионизационного детектора. В него должна входить также разделенна  мембраной на две части диффузионна  камера, причем одна часть этой камеры должна соедин тьс  с пробоотборником и раздел тьс  на две части беспористой полимерной мембраной с коэффициентом проницаемости дл  всех определ емых органических веществ выше 10 Нем.см/сек.см-см.рт.ст., а дру га  часть диффузионной камеры подсоедин тьс  к источнику горючего газа и пламенно-ионизационному детектору . Характерна  особенность изобретени  состоит в том, что когда продиффундировавшие через мембрану, имеющиес  в пробе газа, определ емые ортанические вещества подвод тс  в детекторе к сжигаемому водороду, то воз никающий сигнал пропорционален парциальному давлению наход щихс  в анализируемом газе органических веществ а также в том, что при применении со ответствующей мембраны и надлежащем выборе скорости протока измер е1(е по обе стороны мембраны парциальные давлени  органических веществ могут быть установлены примерно одинаковыми . На фиг. 1 изображена схема обычно го способа пламенно-ионизационного д текторовани ; на фиг. 2 - схема обыч ного пламенно-ионизационного детекти ровани , другой вариант. 6 В пламенно-ионизационном детекторе (см. фиг. 1) выход щий через маленькое сопло 1 водород или горючий водород- содержащий газ (смесь водородазот или водород-гелий) сжигаетс  в воздухе L. Образующеес  плам  2 располагаетс  при этом между двум  электродами 3 (целесообразно, чтобы одним из электродов было само сопло). К электродам от источника напр жени  прикладываетс  посто нное напр жение 100-200 В. Протекающий в цепи ток измер етс  токоизмерительным прибором 5. В случае чистого водорода-газа и воздуха величина тока может быть менее 1 пА. Водород подаетс  или из баллона, или получаетс  из воды с помощью электролиза. Чистота воздуха играет меньшую роль. Как правило, может использоватьс  и обычный воздух (комнатный воздух). При попадании в плам  2 органических веществ анализируемого газа ток вследствие ионизации увеличиваетс  (чувствительность несколько пА/ррт органическо1 о вещества ). В случае неорганических газов ионизации не происходит. Разработана более простой конструкци  детектора (см. фиг. 2), в которой водород или горючий газ, содержащий водород, не смешиваетс  в трубопроводе с анализируемым газом G, а этот последний подаетс  вместе с воздухом L в плам  2. Сгорание происходит за счет кислорода анализируемого газа, то невозможно пр мое определение проб газа, не содержащих кислорода или содержащих его в небольших количествах, например выхлопных газов. Кроме того, чувствительность способа как и инфракрасного не пропорциональна  количеству атомов углерода в соединении. Чувст вительност ь, приход ща  с  на один атом углерода, дл  различных углеводородов , определ ющихс  с помощью инфракрасного и пламенно-ионизационного способов, причем чувствительность н -гексана было прин та на 100, приведена в таблице.

30

метан

103

пропан

450

10

103

120

Измеренный сигнал в случае применени  ПИД по схеме на фиг. 1 в пределах 5% пропорционален числу атомов углерода в соединении, тогда как при обоих других способах наблюдаетс  существенные отклонени . Дл  определени  содержани  органических веществ в газах, содержащих различные органические соединени , пригоден только пламенно-ионизационного детектор по схеме на фиг. 1. Недостатком пламенно-ионизационных детекторов по сравнению с НИА - способами  вл етс  однако зависимость возникающего сигнала (величины тока) от скорости потока газа, которую поэтому необходимо стабилизировать. При этом проба газа попаданием в детектор проходит через насос, что может привести к изменению состава газа.

По органическим веществам в  чейке можно записать следуЮ1Ций материальный баланс: поток органических веществ , поступающий с пробой газа paBQH выход щему потоку органических веществ (в пробе газа + в водороде).

Если в мембране нет пор, -т.е. органическое вещество может проходить че рез нее только за счет диффузии, то при стационарном состо нии выход щий вместе с водородом поток органического вещества равен потоку органического вещества, диффундирующего через мембрану, который пропорционален разнице парциальных давлений органического вещества по обе стороны мембран, следовательно парциальное давление органического вещества в водороде в зависимости от парциального давлени  его в пробе газа можно выразить следующей формулой:

р. 1

890993

8 Продолжение таблицы

А-Р причем k 1

где А - поверхность мембраны, см ; Э - толщина мембраны, см; Р - так называемый коэффицикнт проницаемости,

сёк7см5.7см рт7ст7 Р терный дл  пары органическое вещество - мембрана , который показывает , сколько Нем органического вещества диффундирует в течение одной с через мембрану поверхностью 1 и толщиной 1 см при разности парциальных давлений его 1 tM рт. ст.

3ц,Од - объемные скорости пробы

g водорода и газа, см /сек, парциальные давлени  органического вещества в газообразном углеводороде

и в пробе газа перед мембраной , см рт.ст.

R - газова  посто нна -, Т - абсолютна  температура. Из уравнени  следует, что при данных температуре и объемной скорости водорода парциальное давление органического вещества со стороны водорода зависит от скорости потока пробы газа и коэффициента проницаемости мембраны. Если проницаемость мембраны -велика дл  всех присутствующих в пробе газа органических веществ (стг существенно меньше 1) и объемна  скорость пробы газа в 10 раз превышает

0 объемную скорость водорода, т.е. Зн/Лд 0,1, то парциальное давление органических веществ со стрроны водорода составл; ет более 90 парциального давлени  их в пробе газа, т.е. парциальные давлени  по обе стороны мембраны примерно равны (Р х РД).

Claims (2)

1. Patterson O.S., Henein N.A. Enussions form Combustion Engines

89099312

and cheir Control Am. Arbor Science Pu. bD. Inc. Ann Arbor, 1972, 305,0.

2. Патент Англии f, 144б637, кл. G 1 N, опублик. 1975 (прототип),