Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 140
Текст из файла (страница 140)
21-6. Газовые хроматографы Общие сведения. Газовые хроматографы, предназначенные для количественного анализа газовых смесей, широко используются в качестве лабораторных приборов в различных отраслях промышленности (химической, газовой, нефтехимической, энергетической и др.). В последние годы у нас и за рубежом уделяют большое внимание созданию промышленных газовых хроматографов. Применение этих приборов в химической и нефтехимической промышленности для контроля и автоматизации технологических процессов позволило улучшить сортность продукции и достигнуть большей экономической эффективности (911.
В энергетике хроматографы лабораторного типа применяют для периодического анализа продуктов горения различных видов топлива, при проведении исследований процесса горения в топочных устройствах и испытаний парогенераторов; хроматографы с дополйительным устройством используются для определения количества водорода, растворенного в воде н паре, а также влажности водорода в системах охлаждения обмоток турбогенераторов. Хроматографы используются для периодического анализа продуктов горения различных видов топлива в промышленных парогенераторах, печах и других установках.
Кроме того, хроматографы могут быть использованы для определении концентрации вредных прнмесей (СО, СН4 н др.) в воздухе производственных помещений. Здесь хроматография используется для разделения газовых смесей физическими методами, основанными на распределении одного или нескольких компонентов смеси между двумя фазами. Одна из этих фаз, фиксированная на адсорбенте (поверхности твердого тела или тонкого слоя жидкости), омывается подвижной фазой (газом-носителем вмесге с анализируемым газом)„движущейся в свободном просгранстве, не занятом неподвижной фазой.
При этом происходит многократное повторение элементарных актов адсорбции и десорбции. Так как отдельные компоненты газовой смеси поглощаются и удерживаются данным адсорбентом неодинаково, то распределение компонентов между двумя фазами, а вместе с тем и перемещение их относительно друг друга осуществляется в определенной последовательности со скоростью, характерной для каждого компонента. Это позволяет производить поочередное определение концентрации каждого компонента газовой смеси. Метод хроматографического разделения веществ при помощи адсорбентов впервые был открыт в 1903 г.
русским ученым М. С. Цветом и применен им при исследовании пигментов, участвующих в фото- синтезе растений. При проведении исследований М. С. Цвет имел дело с окрашенными веществами и позтому используемый им метод разделения он назвал хроматографией (спгоша1оз — цвет), В настоящее же время хроматографические методы применяются для разделения и бесцвегных веществ, но наименование методов осталось прежним. Газовая хроматография как метод качесгвенного и количественного анализа различных веществ получила широкую известность в последние годы. Развитию газовой хроматографии в большой степени способствовал предложенный в 1952 г.
А. Мартином и А. Джеймсом метод газожидкостной хроматографии. Хроматография газов подразделяется на газоадсорбциоиную и газожидкостную. Газоадсорбцнонный метод разделения компонентов газовой смеси основан на различной адсорбируемости компонентов твердыми адсорбентами, представляющими собой пористые вещества с большой поверхностью. Адсорбентами, широко применяемыми в газоадсорбцнонной хроматографии являются активированные угли, силикагели, алюмогели, молекулярные сита (цеолиты). Используются также и другие адсорбенты, например тонкопористые стекла 1921, В газожидкостной хроматографии разделение сложных смесей веществ основано на различии растворимости компонентов анализируемой смеси в тонком слое жидкости, нанесенной на поверхности твердого химически инертного носителя. Твердый носитель не участвует непосредственно в адсорбционном процессе, а служит только для создания необходимой поверхности растворителя.
Выбор жидкости (неподвижной фазы) определяется природой подлежащих разделению смеси веществ. Для разделения веществ применяют различные жидкости, например вазелиновое масло (смесь жидких парафинов высокой чистоты), силиконовое масло (ДС-200, ДС-703) высококипящее авиационное масло, полизтиленгликоль различных марок и др. Подробные сведения о применяемых жидкостях в газо- жидкостной хроматографии и температурном режиме анализа приведены в 1931. В качестве твердых нейтральных носителей используется кирпич (инзенский — ИН3-600„дмитровский, апрелевский) днатомит, каолин и др. Разновидностью газожидкостной хроматографии является капиллярная газовая хроматография, предложенная в 1957 г. М. Голеем. В капиллярной хроматографии в качестве твердого носителя неподвижной фазы применяют длинные капиллярные трубки, внутреннюю поверхность которых покрывают тонким равномерным слоем нелетучей жидкости.
Капиллярная хроматография обеспечивает более четкое разделение компонентов газовой смеси. Кроме того, процесс анализа требует меньше времени. Капиллярные колонки, обладающие рядом преимуществ, имеют и ряд существенных недостатков, позтому область их применения ограничена. За последнее время метод газоадсорбционной хроматографии осуществляется также и на капиллярных трубках (колонках), имеющих на внутренней стенке пористый слой или заполненных активным адсорбентом 1921. Следует отметить, что в газовой хроматографии в последнее время начинают применять модифицированные адсорбенты [921.
В этом случае подвижной фазой является газ, а неподвижной— твердый адсорбент, модифицированный небольшим количеством жидкости. При применении такого адсорбента разделение компонентов газовой смеси происходит как за счет адсорбции на твердом носителе, так и за счет растворимости в жидкости. Здесь одновременно используются газоадсорбционный и газожидкостный методы. Хроматографический процесс может быть осуществлен одним из следующих методов: проявительным, фронтальным или вытесни- тельным, В проявительном методе газоадсорбционной и газожидкостной хроматографии вдоль слоя адсорбента непрерывно протекает несорбирующийся газ-носитель, в поток периодически вводят дозу анализируемой газовой смеси.
Этот метод получил широкое применение для аналитических целей. Методы фронтальный и вытеснительный не нашли широкого применения для аналитических целей и ниже рассматриваться не будут. Кроме указанных методов осуществления хроматографяческого процесса применяют метод проявительного анализа с программированным повышением температуры по всей длине разделительной колонки. Для анализа мякропримесей в инертных по отношению к адсорбенту газах может быть использован термодинамический метод, разработанный А. Л. Жуховицким и Н.
И. Туркельтаубом. В газовой хроматографии в качестве газа-носителя обычно используются гелий, аргон, водород, азот, воздух и другие газы. Проявительную газоадсорбционную хроматографию широко применяют в энергетике и других отраслях промышленности для разделения смесей низкокипящих веществ, входящих в состав продуктов горения (1-1м О„СО, СН„Н, и др.); метод газожидкостной хроматографии не обеспечивает хорошего разделения этих веществ из-за их слабой растворимости в жидкой фазе.
В последнее время газоадсорбционный метод используется также и для анализа высоко- кипящих веществ и легких углеводородных газов 1921. Газожидкостная хроматография находит применение для разделения высококипящих веществ, к которым относятся большинство углеводородов. Хроматографические методы позволяют производить анализ газовых смесей, жидких веществ, а также твердых, о растворенных в жидкости веществ.
В последнем случае разделительная колонка хроматографа снабжается устройством для испаения анализируемой жидкости. Описываемые ниже основные элементы газоадсорбционных хроматографов и методика проведения анализа применимы также и к проявительной газожидкостной хроматографии. Схема устройства газового хроматографа и его основные элементы. На рис. 21-6-1 показана упрощенная схема хроматографа, иллюстрирующая проявительный газоадсорбционный метод ана- пиза газовой смеси. На схеме приняты следующие обозначения: ГН вЂ” газ-носитель, подаваемый из баллона; ! — фильтр-осушитель; 2 — устройство для введения анализируемой пробы газа; хмх,„ г,— определяемые компоненты анализируемой пробы газа; 3— разделительная колонка; 4 — детектор (измерительный преобраюватель с электрическим выходным сигналом); Б — автоматиче=кий показывающий и самопишущий микровольтметр; 6 — ротамегр для контроля постоянства расхода газа-носителя, протекающего через разделительную колонку.
Газ-носитель (например, воздух) непрерывно протекаег с постоянной скоростью через разделительную колонку, заполненную соответствуют щим адсорбентом (например, активизированным углем), и детектор. При установившемся режиме через дозировочное отверстие с помощью шприца вводится проба анализируемого газа. Дозировочное отверстие в устройстве для введения пробы газа закрыто самоуплотняющей резиновой мембз раной.
Поэтому при прокалываннн иглой шприца мембраны герметичность газовой линии и разделительной1 колонки не нарушается. Для введения пробы газа в разделительную колонку применяют также и другие устройства, например специальные краны-доваторы. Для большей наглядности предположим, что проба газа состоит только из трех горючих комэ понентов — х„х, и х, (например, Н„СО и СНэ). Эти компоненты, имеющие различные физико- химические свойства, обладают неодинаковой адсорбционной способностью, что и обусловливает различие в скоростях их перемещения чеРэс. 21-6-1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
