陳春玉，王少楠，梁 軍，周鵬云，張 軍，賴曉峰，徐 龍，方艾黎

（西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610225）

色譜分析法已成為當(dāng)代科技迅速發(fā)展時(shí)期的最適宜和最重要的分離分析方法，它的獨(dú)特之處在于它的高分離效能，以達(dá)到快速分離的目的[1-5]。氣相色譜法在色譜法中脫穎而出，已成為石油化學(xué)、環(huán)境科學(xué)和環(huán)境保護(hù)、生物學(xué)、微生物化學(xué)、生命科學(xué)、食品工業(yè)、農(nóng)林牧漁業(yè)、醫(yī)學(xué)及醫(yī)藥學(xué)、商品檢驗(yàn)等學(xué)科領(lǐng)域必不可少的檢測(cè)手段和工具[6]。而色譜流程的改進(jìn)與發(fā)展在很大程度上決定了色譜分離效率的高低、分析速度的快慢、能不能完成或?qū)崿F(xiàn)一般氣相色譜所不能實(shí)現(xiàn)的難題[7]。理想的色譜流程在氣體和高純氣體以及電子級(jí)氣體中更具優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)不同底氣中痕量被測(cè)組分按用戶的要求組成氣路，消除主組分的干擾，同時(shí)保護(hù)色譜分離柱及檢測(cè)器免于過(guò)載，使之運(yùn)行穩(wěn)定，并按氣路行徑，以閥、柱、管靈活配置組合成不同切換方式，具有中心切割、反吹、前切等功能。而傳統(tǒng)的色譜流程不能同時(shí)滿足上述的全部要求，因此每種新的色譜流程和分析方法的提出和完善將進(jìn)一步推動(dòng)色譜法更加廣泛和深入地應(yīng)用。

多維色譜自問(wèn)世以來(lái)，就很好地解決了單柱色譜系統(tǒng)難以分離復(fù)雜氣體樣品組分的問(wèn)題，特別是解決了很容易受到主要組分干擾的痕量氣體組分的測(cè)定問(wèn)題，其無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越受到廣大色譜工作者的重視。多維色譜的特點(diǎn)是使用兩根或兩根以上的色譜柱或兩個(gè)以上的檢測(cè)器進(jìn)行分離，在柱之間利用閥切換將經(jīng)過(guò)初次分離的全部或部分組分選擇性地轉(zhuǎn)入另一根或多根不同類型的色譜柱中進(jìn)一步分離，或改變各柱前后壓力來(lái)改變載氣流向，與單柱分離相比，具有更高的選擇性、更大的峰容量和更好的分辨率。

1 快速高效色譜流程

圖1 色譜流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the gas chromatographic procedure

多維色譜流程按照多維色譜原理設(shè)計(jì)，具體方案如下：(1)預(yù)分離，將十通閥（V1）由進(jìn)樣狀態(tài)切換至分析狀態(tài)，定量管（4a）中的樣品進(jìn)入SE-30柱預(yù)分離；(2)待樣品中 H2、O2、N2、CO、CO2和 C1～C2烴類流出SE-30柱后，再次切換十通閥V1，將保留在SE-30柱中的C3～C7組分反吹出SE-30柱放空；(3)H2、O2、N2、CO、CO2和 C1～C2烴類繼續(xù)進(jìn)入 PQ 柱，CO2與 H2、O2、N2、CO 和 C1～C2烴類組分分離并最先流出，進(jìn)入TCD檢測(cè)器；(4)待CO2流出完后，切換六通閥 （V2）， 使 H2、O2、N2、CO 和 C1～C2烴類進(jìn)入5A色譜柱分離并依次流出，進(jìn)入TCD檢測(cè)器；(5)切換六通閥（V3），使定量管（4b）中樣品進(jìn)入 Al2O3毛細(xì)管柱，實(shí)現(xiàn)樣品中C3～C7組分的分離與測(cè)定；(6)上述 TCD 完成生物燃?xì)庵?H2、O2、N2、CH4、CO、CO2的檢測(cè)，F(xiàn)ID完成C1～C7烴類的檢測(cè)。配套的色譜工作站最終將TCD和FID通道的數(shù)據(jù)合并在同一基線上。采用經(jīng)過(guò)校正的方法，將各組分在一份報(bào)告中給出，同時(shí)自動(dòng)計(jì)算出樣品的熱值、沃泊指數(shù)、密度等重要參數(shù)（見(jiàn)色譜流程圖1）。

通過(guò)以上研究，制定出采用三閥、四柱、雙檢測(cè)器的方法，利用預(yù)分離和氣路反吹原理，只需一次進(jìn)樣，就能達(dá)到快速分離燃?xì)饨M分的目的。

2 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用及結(jié)果

按照上述自主研制的色譜流程和方法，色譜分析系統(tǒng)各部件的運(yùn)行參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)操作條件Table 1 Operating conditions

（1）四川某地常規(guī)天然氣組成

組分分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 某天然氣組分分析結(jié)果Table 2 Natural gas composition analysis results

典型譜圖如圖2所示。

圖2 天然氣組分分析氣相色譜圖Fig.2 Analysis spectrum of natural gas composition

結(jié)論：30min以內(nèi)全部檢測(cè)完天然氣中所有組分，各組分分離效果很好。

（2）山西某企業(yè)焦?fàn)t煤氣

組分分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 某焦?fàn)t煤氣組分分析結(jié)果Table 3 Coke oven gas composition analysis results

典型譜圖如圖3所示。

圖3 焦?fàn)t煤氣組分分析譜圖Fig.3 Analysis spectrum of coke oven gas composition

結(jié)論：30min以內(nèi)全部檢測(cè)完焦?fàn)t煤氣中所有組分，各組分分離效果很好。

（3）四川某地生物質(zhì)氣

組分分析結(jié)果見(jiàn)表4。

典型譜圖如圖4所示。

結(jié)論：30min以內(nèi)全部檢測(cè)完生物質(zhì)氣中所有組分，各組分分離效果很好。

表4 某生物質(zhì)氣組分分析結(jié)果Table 4 Biomass gas composition analysis results

圖4 生物質(zhì)氣組分分析譜圖Fig.4 Analysis spectrum of biomass gas composition

3 結(jié)論

通過(guò)多維色譜流程的研究，運(yùn)用氣路切割和反吹技術(shù)，提出（三閥、四柱、雙檢測(cè)器）快速、高效色譜流程，一次進(jìn)樣完成燃?xì)庵袕暮哿康匠Ａ浚?0-6～100%）（V/V）的多種烴類和無(wú)機(jī)氣體 H2、He、O2、N2、CO、CO2等組分的快速分析。解決了目前燃?xì)饨M分在檢定時(shí)，存在需要兩套或兩套以上的分析設(shè)備，需要多次進(jìn)樣，分析繁瑣，分析時(shí)間長(zhǎng)，分析效率不高，氫氣與氦氣分離效果不好等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)分析設(shè)備一次進(jìn)樣就能快速、全面、簡(jiǎn)單完成燃?xì)獾慕M分檢定。

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