Способ хроматографического определения суммарного содержания органических компонентов в газовых смесях

Использование: аналитическая химия, хроматографические методы исследования газообразных смесей, содержащих органические компоненты. Сущность изобретения: способ включает приготовление и последовательное пропускание градуировочных и анализируемых смесей через хроматографическую колонку с инертным адсорбентом, предварительно обработанным пассивирующим агентом. В качестве инертного адсорбента может быть использован адсорбент из группы диатомитовых носителей, а в качестве пассивирующего агента - гексаметилдисилазан. По величине сигнала детектора, пропорциональной суммарному содержанию органических компонентов в газовой пробе, определяют суммарное содержание органических компонентов в анализируемой смеси с учетом градуировочного коэффициента. Коэффициент определяют по сигналу суммарного содержания органических компонентов в градуировочных смесях в пересчете на углерод. Технический результат изобретения заключается в повышении точности определения. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области аналитической химии, а конкретно к хроматографическим методам исследования газообразных смесей, содержащих органические компоненты.

Известен способ хроматографического определения суммарной концентрации углеводородов (Сборник методик. «Методика определения суммарной концентрации углеводородов методом газожидкостной хроматографии», Дзержинский филиал НИИОГаза Гидрометеоиздат, Л., 1987 г.), включающий приготовление градуировочных и анализируемых смесей, последовательное пропускание градуировочных и анализируемых смесей идентифицируемого вещества в виде газовой смеси органических компонентов через хроматографическую колонку с адсорбентом, получение аналитических сигналов. В известном способе применен инертный носитель, который удерживает все компоненты - и углеводороды и сопутствующие примеси - в совокупности, поэтому на хроматограмме фиксируется аналитический сигнал в виде суммарного пика перечисленных компонентов. При этом сопутствующие примеси - органические, преимущественно полярные вещества, в частности кислородсодержащие соединения, которые детектируются пламенно-ионизационным детектором (ПИД) хроматографа, завышают результаты, что приводит к погрешности определения искомой суммарной концентрации углеводородных компонентов.

Недостатком аналога является сравнительно невысокая эффективность определения искомых компонентов из-за отсутствия учета погрешности, вызванной наличием сопутствующих примесей, поскольку решение задачи сводилось к определению только группы углеводородов.

Известен в качестве наиболее близкого по технической сущности к заявляемому способ хроматографического определения суммарного содержания углеводородов, патент РФ №2198398, МПК G 01 N 30/00, публ. БИ №04/2003 г., включающий приготовление градуировочных и анализируемых смесей, компонентов и сопутствующих примесей через хроматографическую колонку с составным адсорбентом, инертную составляющую которого, предварительно обработанную пассивирующим агентом, первоначально засыпают в колонку, а на входе колонки располагают в качестве составляющей, характеризующейся селективным действием по отношению к сопутствующим примесям анализируемой смеси, преимущественно полярным соединениям, адсорбент из группы кремнеземов - силикагель, при этом получают аналитический сигнал в виде спектра индивидуальных пиков каждой из групп компонентов в отдельности, пропорциональных суммарному содержанию углеводородов и содержанию сопутствующих примесей в газовой смеси, после чего на основании расчетных формул определяют значение суммарных содержаний искомых углеводородов.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности определения суммарно всех органических компонентов газовой смеси как углеводородных, так и кислородсодержащих.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа эффективного экспрессного определения суммарного содержания органических компонентов в смесях сложного состава хроматографическим методом, обеспечивающего достаточно высокие чувствительность и точность определения суммы искомых компонентов, позволяющего оперативно, а также и в условиях передвижных лабораторий анализировать наличие органических веществ в атмосфере населенных пунктов и промышленных зон.

Актуальность решаемой задачи вызвана сложностью точного проведения экспресс-контроля в условиях передвижных лабораторий для определения степени загрязнения анализируемой атмосферы органическими примесями.

Новый технический результат, обеспечиваемый при использовании предлагаемого способа, заключается в повышении эффективности определения суммы искомых компонентов за счет повышения чувствительности их суммарного определения, в повышении точности определения за счет того, что используемая математическая формула с применением градуировочного коэффициента при определении суммарных содержаний позволяет учесть все группы компонентов - и углеводородные и кислородсодержащие - исследуемых смесей.

Указанные задача и новые технические результаты обеспечиваются тем, что в способе хроматографического определения суммарного содержания органических компонентов, включающем приготовление градуировочных и анализируемых смесей, последовательное пропускание проб градуировочных и анализируемых смесей в виде газовой смеси органических компонентов через хроматографическую колонку с адсорбентом, получение аналитических сигналов и сигналов, соответствующих градуировочным пробам и их математическую обработку, по предлагаемому способу аналитический сигнал получают в виде одного суммарного пика всех удерживаемых групп органических компонентов, в качестве адсорбента используют инертный адсорбент, предварительно обработанный пассивирующим агентом, при этом получают аналитический сигнал в виде одного пика, пропорциональный суммарному содержанию органических компонентов в газовой смеси, после чего на основании расчетных формул определяют значение суммарных содержаний искомых органических компонентов.

Кроме того, в качестве инертного адсорбента, обработанного пассивирующим агентом, используют адсорбент из группы диатомитовых носителей - хроматон, обработанный гексаметилдисилазаном в качестве пассивирующего агента.

Кроме того, в градуировочную смесь вводят углеводородный и кислородсодержащий компоненты.

Способ поясняется следующим образом.

На фиг.1 графически представлена хроматограмма, получаемая в способе-прототипе.

На фиг.2 изображена хроматограмма, полученная в предлагаемом способе.

В способе-прототипе предусмотрена методика определения суммарной концентрации углеводородов алифатического ряда C₁-C₈ и ароматических углеводородов С₆-C₈ совместно с сопутствующими примесями. В этом способе осуществлено разделение смеси на две и более группы компонентов - искомых углеводородных компонентов и сопутствующих примесей - за счет применения составного адсорбента, инертная составляющая которого удерживает и углеводороды и сопутствующие примеси с добавлением поглотителя, селективно удерживающего кислородсодержащие вещества. В результате сумма углеводородных компонентов C₁-C₈ из колонки элюируется отдельно от примесей, что графически иллюстрируется (фиг.1) единым суммарным пиком, а полярные соединения (сопутствующие примеси) графически идентифицируются вторым индивидуальным пиком.

В предлагаемом способе применен инертный носитель, который удерживает все компоненты - и углеводороды и сопутствующие кислородсодержащие примеси - в совокупности, поэтому на хроматограмме (фиг.2) фиксируется аналитический сигнал в виде суммарного пика перечисленных компонентов, что позволяет более точно определять концентрацию всех искомых органических компонентов, в отличие от прототипа.

При реализации предлагаемого способа газохроматографический анализ осуществляют последовательным пропусканием проб градуировочных смесей и пробы анализируемой газовой смеси органических компонентов через хроматографическую колонку с инертным адсорбентом, получают градуировочные и аналитические сигналы детектора и проводят их математическую обработку с использованием зависимости:

где х - суммарное содержание органических компонентов в градуировочной смеси в пересчете на углерод, мг/м³;

Y - сигнал детектора, мВ;

κ - градуировочный коэффициент, мВ/мг/м³.

После расчета градуировочных коэффициентов определяют суммарные содержания органических компонентов в анализируемой смеси по формуле (2):

где х - суммарное содержание органических компонентов в анализируемой смеси в пересчете на углерод, мг/м³;

Y - сигнал детектора, мВ;

κ - градуировочный коэффициент, мВ/мг/м³.

В качестве адсорбента используют инертный адсорбент из группы диатомитовых носителей, предварительно обработанный пассивирующим агентом.

Хроматографическую колонку заполняют адсорбентом из группы диатомитовых носителей - хроматоном, обработанным гексаметилдисилазаном в качестве пассивирующего агента. При такой обработке в максимальной степени пассивируется инертный адсорбент, за счет чего также достигается равнозначное и индифферентное удерживание органических компонентов, за счет чего также уменьшается погрешность их определения.

Таким образом, по предлагаемому способу предусмотрено определение суммарного содержания органических компонентов за счет использования инертного адсорбента в колонке хроматографа, который равнозначно удерживает все органические компоненты.

Возможность промышленной реализации предлагаемого способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемый способ опробован на лабораторной установке, в состав которой входит лабораторный хроматограф марки "Цвет-102" с пламенно-ионизационным детектором. Градуировочные смеси готовились в стеклянных баллонах объемом ˜3 дм³. Пробы градуировочных смесей с концентрацией (570, 1500) мг/м^-3 по общему углероду в воздухе отбирались из стеклянных баллонов с помощью штокового крана-дозатора через вакуумную систему пробоотбора по давлению ˜(100-300) мм рт. ст., пропускались через хроматографическую колонку с инертным адсорбентом - хроматоном, который представляет собой адсорбент из группы диатомитовых носителей, обработанный в качестве пассивирующего агента - гексаметилдисилазаном.

После получения всей совокупности сигналов градуировочных смесей строились градуировочные графики зависимости:

где Y - сигнал детектора, мВ;

х - суммарное содержание органических компонентов в градуировочной смеси в пересчете на углерод, мг/м;

κ - градуировочный коэффициент, мВ/мг/м³.

и рассчитывался коэффициент "κ".

Приготовление анализируемых смесей проводили аналогично градуировочным смесям, и также проба анализируемой смеси пропускалась через хроматографическую колонку с аналогичным адсорбентом. По завершении хроматографического анализа сигнал детектора, в виде одного пика, соответствующий суммарному содержанию органических компонентов (фиг.2), подвергали математической обработке по формуле 2 с получением данных по суммарным содержаниям органических компонентов в анализируемой газовой смеси:

где х - суммарное содержание органических компонентов в анализируемой смеси в пересчете на углерод, мг/м³;

Y - сигнал детектора, мВ;

κ - градуировочный коэффициент, мВ/мг/м³.

Результаты расчетов сведены в следующую таблицу 1.

Пример 2. В условиях примера 1 в данном примере реализовано определение более концентрированной газовой смеси.

Как показали примеры реализации, предлагаемый способ характеризуется более высокой эффективностью суммарного определения органических компонентов, чем в способе прототипе.

Таблица 1
Примеры реализации	Параметры суммарного пика органических компонентов, высота (h), в мВ	Суммарные содержания органических компонентов, мг/м3, по общему углероду	Погрешность определения суммарного содержания органических компонентов (относительная)
1	2	3	4
Пример 1	1,6	37	±20%
Пример 2	64,4	1420	±20%
Прототип	Спектр пиков, соответствующих углеводородным компонентам и кислородсодержащим примесям	Не определялись	±(11+δ)% - учтена погрешность определения только углеводородных компонентов, δ - неучтенная погрешность по кислородсодержащим компонентам, она может достигать 10%-15%)

1. Способ хроматографического определения суммарного содержания органических компонентов в газовых смесях, включающий приготовление градуировочных и анализируемых смесей, последовательное пропускание градуировочных и анализируемых смесей идентифицируемого вещества в виде газовой смеси органических компонентов через хроматографическую колонку с адсорбентом, получение аналитических сигналов и сигналов, соответствующих градуировочным пробам, и их математическую обработку, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют инертный адсорбент, предварительно обработанный пассивирующим агентом, который засыпают в хроматографическую колонку, при этом получают аналитический сигнал в виде одного суммарного пика всех групп органических соединений, пропорциональный суммарному содержанию органических компонентов в пробе газовой смеси, после чего на основании расчетных формул определяют суммарное содержание искомых органических компонентов в анализируемой смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве адсорбента используют адсорбент из группы диатомитовых носителей, обработанный гексаметилдисилазаном в качестве пассивирующего агента.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в градуировочную смесь вводят углеводородный и кислородсодержащий компоненты.