Хромадистилляционный способ анализа смесей Советский патент 1980 года по МПК G01N31/08 

Изобретение относится к способам детектирования в хромодистилляции и может быть использовано для определения состава жидких смесей, термодинамических характеристик растворов и найдет применение в химической, нефтехимической промышленностях и других отраслях народного хозяйства.

Известные способы детектирования в газовой хроматографии основаны на измерении различия физических свойств газа-носителя и анализируемого вещества 1.

Процесс, вскрывающий эти различия, осуществляют вне хроматографической колонки, что приводит к необходимости иметь в приборе специальный дополнительный узел-детектор.

Известен хромадистилляционный способ разделения смесей, -наиболее близкой к изобретению, основанный на осуществлении процессов конденсации и испарения жидкой смеси на колонке с инертным заполнением в токе газа-носителя 2.

Однако при этом способе используют детекторы, разработанные в хроматографии.

Целью изобретения является упрощение системы детектирования в хромадистилляции и расширение диапазона ее применения для веществ с высокими температурами кипения.

Это достигается тем, что детектирование производят путем измерения температуры при прохождении границы между зонами разделенных компонен10тов на слое инертного заполнения.

На чертеже представлена выходная кривая при разделении смеси С.,, Cg, CQ, записанная с помощью термопары (а) , соответствующая хромадистограм15ма при параллельной регистрации с помощью катарометра (б).

В результате хромадистилляционного разделения многокомпонентной смеси по слою инертного носителя

20 двигаются при№лкающие одна к другой зоны жидких индивидуальных веществ в порядке уменьшения из летучести с одной скоростью (х), определяемой балансом веществ на границе:

25

оССн оССнУн)

( Чч7Г где оС- линейная скорость потоков;

30

Сн - концентрация насыщенного пара 1-го компонента при температуре колонки; - - количество жидкости в едиI нице объему колонки для i-й зоны.

Из уравнения следует, что в со-, седних зонах значения с.- иq,.относятся, как упругости паров чистых веществ. Причем в режиме разделенных компонентов величина - будет убывать по мере выхода менее летучих веществ. Для веществ сильно отличающихся по упругости (н-алкены) указанное-отношение для соседних углеводородов при комнатной температуре составляет около 3.

Термопара, помещенная в проходящую зону чистого вещества, фиксирует постоянную температуру (колонки) поскольку соблюдается равновесие тепла приносимого и уносимого потоком. При прохождении границы этот баланс нарушается. Несмотря на большую теплоту конденсации приходящего более тяжелого компонента (например при переходе от H-CQ к разница составляет 10%) отвод тепла из-за испарения большого количества легкого компонента (.- S-i ) приводит к охлаждению термопары.

Затем за время прохождения следующей зоны температура выравнивается до окружающей и вновь понижается при появлении очередной границы. Выходная кривая, регистрируемая термопарой с з-аписью на самопишущий прибор, содержит ряд всплесков,разделенных прямолинейными участками. По расстояниям междутакими пиками, которые отражают ширину зон чистых компонентов, можно судить о составе исходной смеси. В этом случае роль детектора сводится к функции нульинструмента.

Для осуществления способа используют стеклянную колонку, заполненную стальными шариками диаметром 0,20,5 мм.

Внутри шариков помещена термопара подключенная -к потенциометру КСП-4 с загрубленной шкалой. Холодный спай термопары погружают в сосуд Дьюара, температура в котором определяет положение нуля на потенциометре. Температуру колонки (комнатную) подпер живают водяным термостатом. При использовании воздушного термостата затягивается протекание теплообменных процессов на термопаре и сигнал ухудшается.

Опыты по разделению смесей проводят в ограничительном режиме. Для зтого в поток газа-носителя вводят первоначально ограничитель, а затем разделяемую смесь.

После ввода жидкость распределяется по слою (при этом проходит за термопару). На заднем фронте полосы под действием газа-носителя жидкост просыхает и граница фронта движется В результате происходит хромадистилляционное разделение смеси на зоны, границы которых при прохождении термопары фиксируются.

В данном опыте используют U -образную колонку длиной 20 см, диаметром 0,4 см, применяют термопару хромель-копель. Регистрацию ступенчатой кривой хромадистограммы проводят с помощью прибора ЦВЕТ-102 с катарометром, накал 60 мА, шкала 20. Поток газа-носителя - азота составляет 45 мл/мин. В качестве ограничителя взят гексан (0,3 мл), разделяемая смесь Н-алканы С, Со-, С9 (в соотношении 4:2:1) в количестве 0,1 мл. Видно, что. моменты появления пиков соответствуют выходу зон чистых веществ.

Для осуществления количественного анализа смеси (при известном качественном составе) необходимо учитывать упругость пара чистых вещест (Р ), расчеты можно проводить по ширине зон 6-f методом нормировки произведений Ч- Р° ,

В таблице приведены результаты анализа двух смесей, В этом случае термопару (хромель-алюминиевую) вводят в колонку на 4 см от заднего края слоя шариков, используют трубку длиной 12 см, диаметром 0,35 см, скорость азота 30 мл/мин, В качестве ограничителя применяют н-гептан, анализируемая смесь: н-алканы ( ) .

(мм)

4,68

1,48

14,8

23,3

.60,1

16,6

25,0

16,7

58,3

14,0

4,35

1, 37

39,2

31,9

28,9

40

30

30