Хроматографическая колонка и способ хроматографического анализа

Изобретение относится к газовому анализу смесей, позволяющему проводить полное разделение компонентов газожидкостной смеси, состоящей из воздуха, диоксида углерода, насыщенных и ненасыщенных углеводородов, воды, ацетальдегида, акролеина, пропиленоксида, ацетона в условиях программирования температуры. Способ основывается на использовании хроматографической колонки, заполненной сорбентом, состоящим из неполярного Хромосорба 106 и полярного модифицированного Haye Sep N, взятых в соотношении, %: 50:50. Анализируемая смесь поступает вначале на модифицированный Haye Sep N, а затем на Хромосорб 106. Способ позволяет повысить селективность хроматографической колонки. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к химии, а именно к газовому анализу смесей, в частности хроматографическому, позволяющему проводить полное разделение компонентов газожидкостной смеси.

Известны хроматографические колонки на основе сополимера стирола и дивинилбензола, с помощью которых осуществляются разделения газожидкостных смесей (К.И.Сакодынский, Л.И.Панина // Полимерные сорбенты для молекулярной хроматографии, изд. Наука, (1977)).

Недостатком этих хроматографических колонок является то, что они не позволяют достичь полного разделения смеси, состоящей из воздуха, диоксида углерода, насыщенных и ненасыщенных углеводородов, воды, ацетальдегида, акролеина, пропиленоксида, ацетона.

Известна хроматографическая колонка, заполненная двумя слоями неполярного сорбента Полисорб-1 и Силопор-600, с помощью которой осуществляются разделения газовой смеси (Патент РФ №2011989, МПК G01N 30/48, приоритет от 1991.04.16, опубл. 1994.04.30).

Недостатком этой хроматографической колонки является то, что на ней невозможно провести полное разделение смеси, состоящей из воздуха, диоксида углерода, насыщенных и ненасыщенных углеводородов, воды, ацетальдегида, акролеина, пропиленоксида, ацетона.

Известны способы разделения подобной смеси с помощью хроматографической колонки, заполненной сорбентом, на основе сополимера стирола и дивинилбензола ("Полисорб-1"), дополнительно обработанным жидкой фазой твин-80 (И.А.Устиновская, В.М.Чиркова, Л.Я.Гаврилина, В.В.Малахов // Известия СО АН СССР, сер. хим., №14, вып.6, 131 (1971)).

Известен также способ газохроматографического анализа путем разделения влажной газовой смеси, содержащей пропан и воздух, на хроматографической колонке, заполненной сорбентами Полисорб-1 и Силопор-600, причем Силопор-600 расположен в колонке последовательно по ходу газового потока после Полисорба-1 (Патент РФ №2011989, МПК G01N 30/48, приоритет от 1991.04.16, опубл. 1994.04.30).

Недостатком известных способов является то, что они не позволяют достичь полного разделения смеси, состоящей из воздуха, диоксида углерода, насыщенных и ненасыщенных углеводородов, воды, ацетальдегида, акролеина, пропиленоксида, ацетона.

Задачей изобретения является разработка хроматографической колонки и способа анализа путем разделения газожидкостной смеси компонентов, состоящей из воздуха, диоксида углерода, насыщенных и ненасыщенных углеводородов, воды, ацетальдегида, акролеина, пропиленоксида, ацетона, методом газовой хроматографии.

Задача решается тем, что хроматографическая колонка для анализа влажной газожидкостной смеси, содержащей воздух, диоксид углерода, насыщенные и ненасыщенные углеводороды, воду, ацетальдегид, акролеин, пропиленоксид, ацетон, выполненная в виде трубки, заполненной двумя слоями сорбента, где по ходу газа-носителя размещен слой полярного сорбента, а затем слой неполярного сорбента. При этом длина трубки 3-5 м, полярный сорбент представляет собой модифицированный Haye Sep N, а неполярный сорбент Хромосорб 106.

В способе хроматографического анализа разделение влажной газожидкостной смеси, содержащей воздух, диоксид углерода, насыщенные и ненасыщенные углеводороды, воду, ацетальдегид, акролеин, пропиленоксид, ацетон, проводят в условиях программирования температуры на колонке, выполненной в виде трубки, заполненной двумя слоями сорбента, где по ходу газа-носителя размещен слой полярного сорбента, а затем слой неполярного сорбента. При этом условия программирования температуры задают путем выдерживания колонки при температуре 70-80°С в течение 3-4 минут, затем нагревания со скоростью 10-20°С/мин до 170-180°С и при этой температуре выдерживают в течение 8-10 минут. Выбирают в качестве полярного сорбента модифицированный Haye Sep N, а неполярного сорбента Хромосорб 106. Размер частиц сорбентов выбирают 80-100 меш.

Технический эффект заявляемого изобретения заключается в том, что данная хроматографическая колонка и предлагаемый способ анализа позволяют с более высокой селективностью проводить разделение газожидкостной смеси, содержащей воздух, диоксид углерода, насыщенные и ненасыщенные углеводороды, воду, ацетальдегид, акролеин, пропиленоксид, ацетон, в условиях программирования температуры, а также в возможности длительного многократного использования колонки.

Изобретение поясняется фиг.1, где 1 - трехходовой кран; 2 - колонка, заполненная слоем а - модифицированный Haye Sep N и слоем б - Хромосорб 106; 3 - колонка сравнения.

На фиг.2-5 приведены хроматограммы, полученные при разделении смеси, состоящей из воздуха, диоксида углерода, насыщенных и ненасыщенных углеводородов, воды, ацетальдегида, акролеина, пропиленоксида, ацетона:

фиг.2 - на колонке, заполненной Хромосорбом 106, где 1 - воздух; 2 - диоксид углерода; 3 - вода; 4 - пропилен; 5 - пропан; 6 - ацетальдегид; 7 - пропиленоксид + акролеин; 8 - ацетон;

фиг.3 - на колонке, заполненной модифицированным Haye Sep N, где 1 - воздух; 2 - диоксид углерода; 3 - пропилен + пропан; 4 - вода; 5 - ацетальдегид; 6 - пропиленоксид; 7 - акролеин; 8 - ацетон;

фиг.4 - на колонке, заполненной Хромосорбом 106 и модифицированным Haye Sep N, причем модифицированный Haye Sep N располагают в колонке последовательно по ходу газового потока после Хромосорба 106, где 1 - воздух; 2 - диоксид углерода; 3 - пропилен + пропан; 4 - вода; 5 - ацетальдегид; 6 - пропиленоксид; 7 - акролеин; 8 - ацетон;

фиг.5 - на колонке, заполненной Хромосорбом 106 и модифицированным Haye Sep N, причем Хромосорб 106 располагают в колонке последовательно по ходу газового потока после модифицированного Haye Sep N, где 1 - воздух; 2 - диоксид углерода; 3 - пропилен; 4 - пропан; 5 - вода; 6 - ацетальдегид; 7 - пропиленоксид; 8 - акролеин; 9 - ацетон.

Разделение компонентов газожидкостной смеси на заявленной хроматографической колонке и по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

Анализируемую смесь готовят в произвольном соотношении, мас.%. В качестве анализатора используют детектор по теплопроводности. Величину вводимой дозы анализируемой смеси выбирают равной 1 мкл для жидких и 1 мл для газообразных компонентов, в качестве газа-носителя используют гелий. Скорость газа-носителя выбирают равной 30 мл/мин. Колонку выполняют в виде трубки из нержавеющей стали с внутренним диаметром 2 мм, длиной 3-5 м и устанавливают по ходу газового потока между краном-дозатором и детектором без промежуточных соединительных элементов. Колонку заполняют сорбентом. Состав сорбента: Хромосорбе 106 и модифицированный Haye Sep N, причем Хромосорб 106 располагают в колонке последовательно по ходу газового потока после модифицированного Haye Sep N, см. фиг.5. Если расположение сорбентов изменить, т.е. модифицированный Haye Sep N разместить по ходу газового потока после Хромосорба 106, то полного разделения анализируемой смеси достичь невозможно, см. фиг.4.

Основные химические и геометрические характеристики сорбентов - Хромосорба 106 и модифицированного Haye Sep N, приведены в книге: К.И.Сакодынский, Л.И.Панина // Полимерные сорбенты для молекулярной хроматографии, изд. Наука, (1977).

Анализ проводят в условиях программирования температуры: при температуре колонок 70-80°С выдерживают 3-4 минут, затем нагревают со скоростью 10-20°С/мин и при 170-180°С продолжают анализ в течение 8-10 минут. Размер частиц сорбентов составил 80-100 меш.

Пример 1. Анализ проводят в условиях программирования температуры. Колонки выдерживают при температуре 70-80°С в течение 3-4 минут, затем нагревают со скоростью 10-20°С/мин и при 170-180°С продолжают анализ в течение 8-10 минут. Размер частиц сорбентов выбирают 80-100 меш. Анализируемую смесь отбирают шприцем или непосредственно из пробоотборной линии к петле крана-дозатора и подают через испаритель хроматографа на хроматографическую колонку, которая заполнена сорбентом. Состав сорбента: Хромосорб 106, длина используемой колонки 2,5 м. На фиг.2 приведена хроматограмма, из которой видно, что нет полного разделения между компонентами смеси, а именно, пропиленоксид и акролеин имеют одно время удерживания.

Пример 2. Способ анализа проводят аналогично примеру 1. Состав сорбента: модифицированный Haye Sep N, длина колонки 2,5 м. На фиг.3 приведена хроматограмма, из которой видно, что нет полного разделения между компонентами смеси, а именно пропилен и пропан имеют одно время удерживание.

Пример 3. Способ анализа проводят аналогично примеру 1. Состав сорбента: Хромосорбе 106 и модифицированный Haye Sep N, причем модифицированный Haye Sep N располагают в колонке последовательно по ходу газового потока после Хромосорба 106.

На фиг.4 приведена хроматограмма, из которой видно, что полное разделения компонентов смеси не достигнуто.

Пример 4. Способ анализа проводят аналогично примеру 1. Состав сорбента: Хромосорбе 106 и модифицированный Haye Sep N, причем Хромосорб 106 располагают в колонке последовательно по ходу газового потока после модифицированного Haye Sep N.

На фиг.5 приведена хроматограмма, из которой видно, что получено полное разделение всех компонентов смеси.

1. Хроматографическая колонка для анализа влажной газожидкостной смеси, содержащей воздух, диоксид углерода, насыщенные и ненасыщенные углеводороды, воду, ацетальдегид, акролеин, пропиленоксид, ацетон, выполненная в виде трубки, заполненной двумя слоями сорбента, где по ходу газа-носителя размещен слой полярного сорбента, а затем слой неполярного сорбента.

2. Хроматографическая колонка по п.1, отличающаяся тем, что полярный сорбент представляет собой модифицированный Haye Sep N.

3. Хроматографическая колонка по п.1, отличающаяся тем, что неполярный сорбент представляет собой Хромосорб 106.

4. Хроматографическая колонка по п.1, отличающаяся тем, что длина трубки 3-5 м.

5. Способ хроматографического анализа, отличающийся тем, что разделение влажной газожидкостной смеси, содержащей воздух, диоксид углерода, насыщенные и ненасыщенные углеводороды, воду, ацетальдегид, акролеин, пропиленоксид, ацетон проводят в условиях программирования температуры, на колонке, выполненной в виде трубки, заполненной двумя слоями сорбента, где по ходу газа-носителя размещен слой полярного сорбента, а затем слой - неполярного сорбента.

6. Способ хроматографического анализа по п.5, отличающийся тем, что условия программирования температуры задают путем выдерживания колонки при температуре 70-80°С в течение 3-4 мин, затем нагревании со скоростью 10-20°С/мин до 170-180°С и при этой температуре выдерживают в течение 8-10 мин.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве полярного сорбента выбирают модифицированный Haye Sep N.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве неполярного сорбента выбирают собой Хромосорб 106.

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что размер частиц сорбентов выбирают 80-100 меш.