楊 宇
七臺(tái)河市吉偉煤焦有限公司甲醇廠,黑龍江 七臺(tái)河 154600
近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,氣相色譜儀的使用越來越廣泛。在石油、化工、環(huán)保、疾控、醫(yī)藥、電力、食品、科研和教育等眾多領(lǐng)域都得到了普遍應(yīng)用,并且也得到了使用者的一致好評。
氣相色譜法是近50多年以來迅速發(fā)展起來的新型分離、分析技術(shù),主要用于低分子量、易揮發(fā)有機(jī)化合物(約占有機(jī)物的15%~20%)的分析,目前從基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)方法到儀器研制已發(fā)展成為一門趨于完善的分析技術(shù)。氣相色譜法操作時(shí)使用氣相色譜儀,進(jìn)行分析時(shí)需用的設(shè)備有:載氣流速控制及測量裝置;進(jìn)樣器和氣化室;色譜柱和柱溫控制;檢測器及恒溫室;數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
1)選擇性高:對性質(zhì)極為相似的烴類異構(gòu)體、同位素、旋光異構(gòu)體具有很強(qiáng)的分離能力;
2)分離效率高:一根2m的填充柱可具有幾千塊理論塔板數(shù),一根25m的毛細(xì)管柱可具有105~106塊理論塔板數(shù),能分離沸點(diǎn)十分接近和組成復(fù)雜的混合物。例如,一根25m毛細(xì)柱可分析汽油中50~100多個(gè)組分;
3)靈敏度高:使用高靈敏度的檢測器可檢出10-11-10-12g的痕量物質(zhì);
4)分析速度快:是相對化學(xué)分析法而言的,通常完成一個(gè)分析,僅需幾分鐘或十幾分鐘,而且樣品用量少,氣樣僅需1ml,液樣僅需0.5ul~1ul。
氣相色譜法的上述特點(diǎn),擴(kuò)展了它在各行業(yè)中的應(yīng)用,不僅可以分析氣體,還可以分析液體、固體及包含在固體中的氣體。只要樣品在-196-450℃溫度范圍內(nèi),可以提供26-1330Pa蒸氣壓,都可用氣相色譜儀進(jìn)行分析。
圖1 (13X柱)
圖2 (5A柱)
在煤化工生產(chǎn)中,煤氣是必然產(chǎn)物,其主要成分是O2、N2、CO、CO2、CH4、H2、C2H2、 C2H4、C2H6、C3H6、C3H8等 ,分 析 以上氣體成分選擇的色譜柱子是填充柱13X或5A(煤氣中的CO2及碳?xì)浠衔镉蒅DX-104填充柱測出),這兩種柱子各自分析的時(shí)間不同。如果選擇的是13X填充柱,一次進(jìn)樣分析的時(shí)間約為8min,如果選擇的是5A填充柱,一次進(jìn)樣分析的時(shí)間約為18分鐘。(如圖1、圖2)
他們在價(jià)格上是一樣的,但是柱效是有差異的。對于13X填充柱,整個(gè)岀峰時(shí)間短,但各峰之間距離較近,導(dǎo)致各峰容易粘連,特別是CO峰相對向前移動(dòng)較快,柱效時(shí)間短,約10天左右需要老化柱子。而對于5A填充柱,雖然一次進(jìn)樣分析的時(shí)間較長,但各峰之間距離較遠(yuǎn),特別是CO峰與CH4峰之間距離要比13X填充柱遠(yuǎn)得多,所以不易粘連,柱效時(shí)間長,約一個(gè)月才需要老化柱子,當(dāng)5A填充柱使用一段時(shí)間后,CO峰會(huì)向前移動(dòng),你可以根據(jù)CO峰出完的時(shí)間來改變條件,縮短整個(gè)分析時(shí)間。
1)載氣純度
選用的載氣是氫氣,純度是99.999%,含氧量<3ppm,含水露點(diǎn)是-56℃,載氣要經(jīng)過凈化裝置進(jìn)行去水脫氧,特別是水分子對柱效影響最大,但這種影響可以通過高溫老化給予解決。
2)樣氣中的雜質(zhì)
樣氣進(jìn)色譜前需經(jīng)過硅膠干燥處理,如樣氣中含有較高的硫化氫氣體,可用硫酸銅過濾,以便減少對色譜柱子的污染。
分析煤氣時(shí),柱箱溫度設(shè)定為50℃,注樣器溫度設(shè)定為50℃,檢測器溫度設(shè)定為100℃。載氣流速為30mL/min兩路流速平衡,否則會(huì)造成基線彎曲。
5A、13X填充柱內(nèi)部主要成分是分子篩,分子篩是在氣固色譜分析中廣泛采用的新型的吸附劑,它是一類人工合成的泡沸石,其組成是硅酸鋁的鈉鹽或鈣鹽。氣固色譜中通常用
4A、5A、13X三種類型分子篩。4A分子篩其中4表示分子篩的平均孔徑,A表示類型,其組成的質(zhì)量比為Na2O3:Al2O3:SiO2=1:1:2,當(dāng)其中有1/4到3/4的Na+被Ca2+置換后便成5A型的。X型化學(xué)組成和A型的基本相似,只是其中硅鋁比值高一些。如13X其組成的質(zhì)量比為:
分子篩主要用于分析永久性氣體O2、N2、CO、CH4、H2,分子篩很容易吸水,當(dāng)它吸水后,水分子就占據(jù)了分子篩的空穴,使其失去了活性,因而在用分子篩進(jìn)行色譜分析時(shí),載氣要十分干燥,分子篩失效后需重新活化。此外,使用時(shí)還應(yīng)注意,某些物質(zhì)如氨甲酸、二氧化碳等會(huì)被分子篩不可逆吸附,分子篩是否失效通??蓮难?、氮的分離情況來判斷。
綜上所述,氣相色譜法在煤化工分析中的應(yīng)用使我們的分析工作受益非淺,只要我們正確應(yīng)用,方法得當(dāng),細(xì)心揣摩,那么氣相色譜法使用起來會(huì)非常快捷、方便、得心應(yīng)手。
[1]孫傳經(jīng)編.氣相色譜分析原理與技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1979.
[2]劉虎威編著.氣相色譜方法及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.
[3]劉珍主編.儀器分析化驗(yàn)員讀本[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.