Способ газохроматографического анализа содержания примесей в газах и устройство для его осуществления

 

Изобретения относятся к области аналитической химии, а именно к способам и устройствам для газохроматографического анализа содержания примесей, например влаги, в промышленных и природных газах. Сущность изобретения: способ газохроматографического анализа содержания примесей в газах, например влаги в природном газе, заключается в предварительном отборе пробы исследуемой среды, концентрации примеси на поглощающем сорбенте, последующей десорбции с помощью нагрева и вводе образовавшейся после десорбции среды в хроматограф. При этом пробу исследуемой среды берут с помощью поглотительной трубки, размещенной в канале испарителя хроматографа и заполненной в качестве сорбента активированной окисью алюминия. Нагрев поглотительной трубки с целью десорбции производят непосредственно в канале испарителя, а десорбированные вещества элюируют током гелия через второй испаритель в хроматографическую колонку. Устройство для газохроматографического анализа содержит по крайней мере одну газохроматографическую колонку, вход которой соединен с одним из двух испарителей, каналы для подачи газа-носителя в испарители, соединенные через шестиходовой кран-дозатор с источником газа-носителя, и детектор, установленный на выходе колонки. При этом канал второго испарителя с одной стороны снабжен заглушкой, а с другой снабжен поглотительной трубкой с сорбентом. В верхней части поглотительной трубки установлена капиллярная трубка, а последняя через кран-дозатор соединена с другим испарителем, соединенным с колонкой. Подвод газа-носителя в канал испарителя выполнен боковым в области верхней кромки сорбента поглотительной трубки. Технический результат изобретения заключается в возможности определения микроколичества влаги в природном газе с погрешностью 3% при доверительной вероятности 0,95. Диапазон измеряемой концентрации влаги 10 - 1000 мг/м3. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемая группа изобретений относится к области аналитической химии, а именно к способам газохроматографического анализа содержания примесей, например влаги, в промышленных и природных газах.

В современной аналитической химии используются различные способы газохроматографического анализа содержания примесей в газах, реализуемые с помощью различных хроматографов. Например, известен способ хроматографического анализа смеси газов и паров (авт. св. СССР 1200932, кл. В 01 D 15/08, заявка 3747321/23-26 от 16.03.84 г. , опубл. 30.12.85 г., бюл. 48), включающий пропускание потока смеси через сорбент с промежуточным нагреванием потока в течение 1-5 минут при 120-400oС, причем перед нагреванием поток охлаждают на 10-20oС в течение времени, равного длительности нагревания.

Известный способ эффективен при количественном определении содержания микрокомпонентов в газовых смесях на плодоовощехранилищах с регулируемой газовой средой, однако он не позволяет определять содержание микроколичеств влаги в газах или газовых смесях.

Известен также способ хроматографического разделения веществ, включающий многократное прохождение пробы разделяемых веществ в потоке подвижной фазы циркуляцией через две последовательно соединенные хроматографические колонки, в котором пробу после прохождения через колонку смешивают с потоком элюента, элюирующая сила которого меньше элюирующей силы подвижной фазы (авт. св. СССР 1187836, кл. В 01 D 15/08, заявка 3782596/23-26 от 16.05.84 г. , опубл. 30.10.85 г., бюл. 40). Данный способ реализуется с помощью устройства, состоящего из двух хроматографических колонок, входы которых соединены с восьмиходовым циркуляционным краном, канала для подачи основного потока подвижной фазы, соединенного через устройство для ввода пробы с одним из входов циркуляционного крана, детектора, установленного в циркуляционной схеме между колонками и соединенного с ними через соответствующие каналы в циркуляционном кране, канала для подачи дополнительного потока подвижной фазы и сумматора потоков, в котором осуществляется смешивание основного и дополнительного потоков подвижной фазы.

Указанные способ и устройство используются преимущественно для препаративной хроматографии, при разделении и анализе трудноразделяемых веществ, но неприменимы для определения микроколичеств влаги в газовых смесях.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ газохроматографического анализа смесей, заключающийся в предварительном отборе пробы исследуемой среды путем ее концентрации на сорбенте, нагрева сорбента в парах дистиллированной воды, сбора образовавшейся после десорбции среды в приемнике переменного объема и последующем вводе ее в хроматограф, причем в качестве сорбента используют углеродный волокнистый сорбент, нагрев сорбента при десорбции проводят в потоке атмосферного воздуха, а дистиллированную воду для десорбции берут в количестве 0,07-0,15% от объема газовой пробы, подаваемой в хроматограф, при этом процесс десорбции ведут при нормальном давлении в негерметичной среде. В качестве углеродного волокнистого сорбента используют углеродный волокнистый сорбент УВС-1 (патент RU 2102742, кл. G 01 N 30/08, заявка 95118672/25 от 31.10.95 г., опубл. 20.01.98 г., бюл. 2). Данный способ газохроматографического анализа смесей реализуется с помощью хроматографов моделей 3700 или "Цвет", имеющих блок подготовки газов, термостат, газовые линии, несколько идентичных испарителей, хроматографические колонки, детектор по теплопроводности, электрометрический усилитель, регистратор, при этом отбор исследуемой среды проводят с помощью поглотительной трубки, заполненной сорбентом, и приемника с изменяющимся объемом.

Недостатком известного способа газохроматографического анализа и используемого устройства является невозможность использования его для определения содержания примесей влаги в газах из-за применения в качестве десорбирующего агента дистиллированной воды. Кроме того, после нагрева сорбента в парах дистиллированной воды необходим сбор образовавшейся после десорбции среды в приемник переменного объема, а использование в качестве сорбента углеродистого волокнистого сорбента УВС-1 не позволяет определять наличие микроколичеств влаги в газах из-за недостаточной способности данного сорбента к поглощению влаги.

Задачей настоящих изобретений является создание способа газохроматографического анализа содержания примесей, например влаги, в газах или газовых смесях как промышленных, так и природных.

Поставленная задача решается предлагаемой группой изобретений, включающей способ газохромотографического анализа содержания примесей в газах, например влаги в природном газе, заключающийся в предварительном отборе пробы исследуемой среды, концентрации примеси на поглощающем сорбенте, последующей десорбции с помощью нагрева и вводе образовавшейся после десорбции среды в хроматограф, в котором пробу исследуемой среды берут с помощью поглотительной трубки, размещенной в канале испарителя хроматографа и заполненной сорбентом, в качестве последнего использована активированная окись алюминия, нагрев поглотительной трубки с целью десорбции производят непосредственно в канале испарителя, а десорбированные вещества элюируют током газа-носителя, например гелия, через второй испаритель в хроматографическую колонку, и устройство для осуществления указанного способа, содержащее по крайней мере одну хроматографическую колонку, вход которой соединен с одним из двух испарителей, каналов для подачи газа-носителя в испарители, соединенных через шестиходовой кран-дозатор с источником газа-носителя, и детектора, установленного на выходе колонки, при этом канал одного испарителя с одной стороны снабжен заглушкой, а с другой снабжен поглотительной трубкой с сорбентом, при этом в верхней части поглотительной трубки установлена капиллярная трубка, последняя через кран-дозатор соединена с другим испарителем, соединенным с колонкой, причем подвод газа-носителя в канал испарителя выполнен боковым в области верхней кромки сорбента в поглотительной трубке.

Конструкция устройства для осуществления предлагаемого способа газохроматографического анализа иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана схема газовых линий предлагаемого устройства при проведении калибровки, на фиг. 2 - схема газовых линий при проведении газохроматографического анализа, на фиг. 3 показана конструкция канала одного из испарителей с установленной поглотительной трубкой, на фиг.4 - хроматограмма.

Устройство для газохроматографического анализа (фиг.1 и 2) включает в себя блок 1 подготовки газа-носителя, шестиходовой кран-дозатор 2, термостат 3, испарители 4 и 5, заглушку 6 испарителя 5, хроматографическую колонку 7, детектор 8, электрометрический детектор 9 и регистратор 10. В канале 11 испарителя 5 (фиг.3) установлена поглотительная трубка 12, заполненная сорбентом 13. В верхней части трубка 12 снабжена капиллярной трубкой 14, зафиксированной в радиаторе 15 испарителя 5. Снизу канал 11 испарителя закрыт заглушкой 16. Подвод газа-носителя осуществляется сбоку через канал 17, который выполнен в корпусе 18 испарителя 5 на высоте верхней кромки сорбента 13 в трубке 12. Для обеспечения герметичности использованы прокладки 19, 20 и 21.

Предлагаемый способ газохроматографического анализа осуществляют следующим образом. Хроматографическое определение влаги в природном газе невозможно осуществить при непосредственном вводе пробы в хроматограф, так как содержание воды в максимально возможном для ввода в хроматограф объеме газа (5 мл) находится ниже уровня предельной чувствительности детектора по теплопроводности. В связи с этим применено предварительное концентрирование влаги. Для улавливания влаги из анализируемого газа использована поглотительная трубка 12, установленная в канале испарителя 5 хроматографа, а в качестве обогревательного устройства для десорбции уловленной влаги - сам испаритель 5. Перед отбором пробы газа каждая поглотительная трубка 12 заполняется активированной окисью алюминия 13. Далее трубка 12 вставляется в испаритель 5 хроматографа для прокаливания сорбента и затем проверяется на отсутствие влаги при условиях выполнения анализа. Трубку 12 помещают в пробирку с притертой пробкой, затем трубка остывает до комнатной температуры в эксикаторе. Пробирку помещают в термос с металлической колбой и переносят к месту анализа. На месте анализа с помощью пенного ротаметра или другого расходомера устанавливают скорость газа, например природного газа, равную 100-200 мл/мин. Время отбора варьируется в зависимости от влажности газа. Для анализа уловленной влаги собирают схему газовых линий хроматографа, куда включен шестиходовый кран-дозатор 2. Трубку 12 с отобранной пробой помещают в испаритель хроматографа, при этом кран-дозатор находится в положении "отбор пробы". После помещения трубки 12 в канал испарителя 5 в нее вставляют капиллярную трубку 14 и подсоединяют ее к крану-дозатору. Снизу канал испарителя 5 закрыт заглушкой 6. Кран переводят в положение "анализ" и элюируют десорбированные вещества током газа-носителя, например гелия, в хроматографическую колонку 7 через испаритель 4. Благодаря тому что подвод газа-носителя в канал испарителя 5 выполнен сбоку на высоте заполнения сорбентом 13 трубки 12, достигается лучшее омывание трубки 12 потоком газа-носителя, а благодаря заглушке 6 поток газа направляется снизу через поглотительную трубку 12 и капиллярную трубку 14 во второй испаритель, в котором производится дополнительный нагрев, и затем в хроматографическую колонку 7. Благодаря предлагаемому устройству с измененной схемой соединения газовых линий и конструкции испарителя 5 обеспечивается более полная десорбция влаги и повышается точность анализа. После записи хроматограммы (фиг.4) кран-дозатор переводят в положение "отбор пробы" и заменяют трубку 12. Можно отобрать две, три пробы и взять средний результат. Для получения надежных результатов определения влаги в газе можно использовать колонку с любым сорбентом, обеспечивающим отделение воды от углеводородов, при этом степень разделения компонентов должна быть не менее 1. Количественную оценку результатов анализа определяют по градуировочным коэффициентам зависимости площади пика (S мм2) от концентрации влаги (С мг/м3) методом абсолютной калибровки (фиг. 4). Искусственные смеси готовят из смеси ацетона и воды. Концентрацию влаги в природном газе рассчитывают по формуле где CH2О то - концентрация влаги в природном газе, мг/м3, Cст - концентрация воды в градуировочной смеси, мг/л, SH2O - площадь пика воды в анализируемом газе, мм2, Sст - площадь пика воды на хроматограмме градуировочной смеси, мм2, Vст - объем градуировочной смеси, вводимой в хроматограф, мл, Vr - объем газа, пропущенного через поглотительную трубку, мл.

Предлагаемые способ газохроматографического анализа и устройство для его осуществления предназначены в первую очередь для определения микроколичеств влаги в природном газе, поступающем с промыслов, установок очистки, осушки, газоперерабатывающих заводов в газопроводы и транспортируемом по магистральным газопроводам потребителям, с относительной погрешностью 3% при доверительной вероятности 0,95. Диапазон измеряемой концентрации влаги от 10 до 1000 мг/м3. Определению не мешают присутствующие в природном газе метанол и сероводород.

Формула изобретения

1. Способ газохроматографического анализа содержания примесей в газах, например, влаги в природном газе, заключающийся в предварительном отборе пробы исследуемой среды, концентрации примеси на поглощающем сорбенте, последующей десорбции с помощью нагрева и вводе образовавшейся после десорбции среды в хроматограф, отличающийся тем, что пробу исследуемой среды берут с помощью поглотительной трубки, размещенной в канале испарителя хроматографа и заполненной сорбентом, причем в качестве последнего использована активированная окись алюминия, нагрев поглотительной трубки с целью десорбции производят непосредственно в канале испарителя, а десорбированные вещества элюируют током газа-носителя, например гелия, через второй испаритель в хроматографическую колонку.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее по крайней мере одну хроматографическую колонку, вход которой соединен с одним из двух испарителей, каналы для подачи газа-носителя в испарители, соединенные через шестиходовой кран-дозатор с источником газа-носителя, и детектор, установленный на выходе колонки, отличающееся тем, что канал второго испарителя с одной стороны снабжен заглушкой, а с другой снабжен поглотительной трубкой с сорбентом, при этом в верхней части поглотительной трубки установлена капиллярная трубка, а последняя через кран-дозатор соединена с другим испарителем, соединенным с колонкой, причем подвод газа-носителя в канал испарителя выполнен боковым в области верхней кромки сорбента поглотительной трубки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к методам анализа газов, содержащих токсичные примеси, с применением сорбентов для поглощения токсичных примесей, и может быть использовано для определения серу- или фторсодержащих фосфорорганических токсичных примесей в газах на предприятиях химической, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности, а также при проведении научных исследований

Изобретение относится к методам аналитической химии и может быть использовано в лабораториях, осуществляющих контроль окружающей среды

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способу количественного определения микроколичеств ацетонитрила в воде

Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности, к охране рыбохозяйственных водоемов
Изобретение относится к аналитической химии, экологии и может быть использовано для диагностики загрязнения сульфидных вод метаболитом ДДТ, 4,4'-дихлордифенилдихлорэтиленом (4,4'-ДДЭ)

Изобретение относится к области разделения рацематов оптически активных соединений путем хроматографии

Изобретение относится к области радиохимии и может быть использовано в аналитической химии и в химической технологии

Изобретение относится к области аналитической химии и химической технологии и может быть использовано для разделения, тестирования и определения ионов Со, Cu и Zn

Изобретение относится к препаративным хроматографическим системам

Изобретение относится к новым конъюгатам аффинный лиганд - матрица, содержащим лиганд, связанный с матрицей-носителем, необязательно посредством спейсерной группы, расположенной между матрицей и лигандом, и к новым конъюгатам аффинный лиганд - матрица, к их получению и использованию для очистки белковых материалов, таких как, например, иммуноглобулины, инсулины, фактор VII, или человеческий фактор роста, или его аналоги, производные и фрагменты, и их предшественники

Изобретение относится к новым способам хроматографии, предназначенным для очистки сырых экстрактов, содержащих циклоспорины, для использования в фармацевтической промышленности
Наверх