СПОСОБ ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СМЕСЕЙ Российский патент 1998 года по МПК G01N30/08 

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно, к способам газохроматографического анализа многокомпонентных смесей органических соединений в воздухе, в частности, к способам подготовки пробы исследуемой среды к анализу. Преимущественное применение предлагаемое изобретение может найти для анализа промышленных и природных газов.

Известны способы газохроматографического анализа смесей, заключающиеся в отборе пробы исследуемого вещества путем его концентрирования на сорбенте, последующей термодесорбции в потоке газа-носителя и построения хроматограммы по одной из известных методик.

Недостатками известных способов являются:
недостаточно высокая чувствительность анализа;
недостаточно высокая технологичность;
недостаточно полное использование возможностей твердых сорбентов и десорбции водяным паром в анализе;
сравнительно низкая эффективность процесса.

Ближайшим техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ газохроматографического анализа смесей, заключающийся в предварительной подготовке пробы исследуемой среды путем пропускания ее через поглощающий гранулированный сорбент, причем после полного поглощения примесей сорбентом, из межзерновых пустот сорбента удаляют свободный газ, для чего в сосуд с сорбентом заливают дистиллированную воду в количестве 20-70% от объема газовой пробы в зависимости от типа сорбента. Далее осуществляют нагрев сорбента в потоке газа-носителя (азот, гелий, аргон), который подают в сосуд с сорбентом под избыточным давлением. После десорбции исследуемого вещества осуществляют его сбор в предварительно вакуумированном герметичном приемнике, где образуются две фазы жидкая и паровая, процессы массобмена между которыми доводят до состояния равновесия за счет процесса обратимого испарения. В таком состоянии часть исследуемой среды вводят в хроматограф для последующего анализа.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:
сравнительно низкой чувствительности анализа, что обусловлено неполнотой десорбции многих органических веществ с известных гранулированных сорбентов, а также отсутствием возможности ввода в газовый хроматограф всего объема двухфазной среды, образовавшейся после десорбции;
низкой технологичности, обусловленной необходимостью удаления свободных газов из межзерновых пустот сорбента при подготовке пробы к анализу, необходимостью создания избыточного давления в потоке газа-носителя и большим числом вспомогательных операций при пробоподготовке, а также сравнительно узким кругом анализируемых органических соединений при использовании одного типа сорбента;
низкой эффективности, что обусловлено наличием двух фаз в приемнике и необходимостью доведения их до состояния равновесия, а также и тем, что в хроматограф подается на анализ только часть исследуемого объема, так как жидкая фаза практически не может быть введена в аналитическую часть хроматографа в больших количествах.

Задачей настоящего изобретения является создание универсального способа газохроматографического анализа смесей, технический эффект которого выражается в высокой технологичности, эффективности и чувствительности.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе газохроматографического анализа, заключающемся в предварительном отборе пробы исследуемой среды путем ее концентрирования на поглощающем сорбенте, нагреве сорбента в парах дистиллированной воды, сборе образовавшейся после десорбции среды в приемнике переменного объема и последующем вводе ее в хроматограф, согласно изобретению, 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 системе.

При этом, в качестве углеродного волокнистого сорбента используют углеродный волокнистый сорбент УВС-1.

Исследование патентной и научно-технической литературы показало, что использование указанных сорбентов по вышеописанной технологии неизвестно.

Углеродные волокнистые сорбенты обладают значительно более высокой способностью к поглощению исследуемых смесей при отборе пробы и более высокой способностью к их отдаче, чем гранулированные сорбенты, повышая чувствительность анализа. Кроме того, их использование при подготовке пробы к анализу устраняет такую операцию, как удаление свободных газов из межзерновых пустот сорбента.

Принципиальным в предлагаемом решении служит то обстоятельство, что, в отличии от прототипа, где при использовании дистиллированной воды образуются две фазы исследуемой среды, в заявляемом способе образуется только одна газовая фаза. В результате исчезает необходимость в достижении состояния равновесия между двумя фазами, что способствует повышению эффективности заявляемого технологического процесса.

Кроме того, в заявляемом способе нет необходимости в создании избыточного давления газа-носителя, а проведение десорбции в негерметичной системе в потоке атмосферного воздуха при нормальном давлении снижает количество технологических операций и, тем самым, повышает технологичность способа.

Вместе с тем, благодаря образованию в приемнике только одной паровой фазы исследуемой среды, в хроматограф подается на анализ весь объем исследуемой смеси. По этой же причине не требуется осуществление контроля неравномерности распределения исследуемых веществ между двумя фазами в среде, полученной после десорбции и, как следствие, не возникает необходимости анализа жидкой фазы.

Использование дистиллированной воды функционально отлично от использования ее в прототипе, так как в предлагаемом способе не имеет значения операция предварительного вытеснения свободного газа из поглотительного устройства, в связи с чем дистиллированная вода используется только как десорбирующий агент.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа, где 1
поглотительная трубка, 2 сорбент, 3 заглушки, 4 медицинский шприц, 5 - нагреватель, 6 испарители, составляющие аналитическую часть хроматографа.

Заявляемый способ включает в себя следующие операции: предварительный отбор пробы исследуемой среды путем ее концентрации на сорбенте, в качестве которого используют углеродный волокнистый сорбент, нагрев сорбента в потоке смеси паров дистиллированной воды и атмосферного воздуха при нормальном давлении в негерметичной системе, причем дистиллированную воду берут в количестве 0,07-0,15% от объема газовой пробы, подаваемой в хроматограф, сбор однофазной среды в приемнике переменного объема и последующий ввод всего объема десорбированной среды в хроматограф для дальнейшего анализа.

Ниже приводится конкретный пример осуществления предлагаемого способа.

Для проведения анализа предварительно проводят отбор исследуемой среды, осуществляемый с помощью поглотительной трубки 1. В указанной трубке заключен сорбент 2, зафиксированный в ней посредством заглушек из стекловолокна 3, при этом слой сорбента 2 располагают асимметрично по длине поглотительной трубки 1 для того, чтобы отметить тот конец трубки, через который проводят отбор пробы исследуемой среды. В качестве корпуса поглотительной трубки 1 используют стеклянную поглотительную трубку от промышленного газоанализатора УГ-2.

Для отбора пробы через короткий конец поглотительной трубки 1 прокачивают 0,5-2 л исследуемой среды со скоростью 0,1-0,3 л/мин. При подготовке пробы к анализу проводят термодесорбцию исследуемых веществ. Перед термодесорбцией в трубку 1 через ее длинный конец микрошприцем (на черт. не показан) вводят 0,005 мл дистиллированной воды, а к короткому концу присоединяют медицинский шприц 4. Для проведения анализа используют типовой газохроматограф модели 3700 или "Цвет", имеющий несколько идентичных испарителей, один из которых 5 отключен от коммуникационной системы и служить сугубо нагревателем, а остальные 6 составляют аналитическую часть хроматографа. Нагреватель 5 сверху сообщается с атмосферным воздухом, снизу же наглухо закрыт крышкой. При установке трубки 1 в нагревателе 5 ее нижний конец, заполненный дистиллированной водой, также сообщается с атмосферным воздухом. При нагреве трубки 1 образующиеся пары дистиллированной воды вместе с засасываемой исследуемой средой в условиях принудительного увеличения объема приемника 4 увлекают исследуемые примеси, которые, десорбируясь, попадают в приемник 4, причем через трубку 1 прокачивают 5 мл пара за 1 мин. Затем на шприц 4 надевают иглу для инъекций (на чертеже не показана) и подают исследуемую пробу в испаритель 6. Хроматографический анализ проводят по одной из известных методик.

Описанный способ применялся для анализа атмосферного воздуха, в частности, на следующие органические соединения:
углеводороды C₁-C₁₀, в т.ч. толуол, ксилолы, стирол, метилстирол, бензол, изопропилбензол, этилбензол;
спирты C₁-C₄, в т.ч. изомеры бутанола;
кетоны, в т.ч. ацетон, метилэтилкетон, циклогексанон;
сложные эфиры, в т.ч. этилацетат, изомеры бутилацетата.

Смеси анализируемых соединений соответствовали бензинам, дизельному топливу, сольвенту и различным лакокрасочным материалам.

Таким образом, предлагаемый способ хроматографического анализа характеризуется большей чувствительностью, эффективностью процесса и более высокой технологичностью в сравнении с прототипом.

Использование: для хроматографического анализа смесей. Сущность изобретения: способ включает предварительный отбор пробы на углеродном волокнистом сорбенте с последующей десорбцией в смеси воздуха и дистиллированной воды. Дистиллированную воду для десорбции берут в количестве 0,07-0,15% от объема газовой пробы, подаваемой в хроматограф. Процесс десорбции ведут при нормальном давлении в негерметичной системе. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. 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, отличающийся тем, что 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 системе. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродного волокнистого сорбента используют углеродный волокнистый сорбент УВС-1.