Способ концентрирования примеси для хроматографического анализа Советский патент 1980 года по МПК G01N31/08 

начиная с первой, нагревают секции, повышая в них давление и вытесняя пробу из нагреваемой в последующую охлаядаенную секцию, и после нагрева последней секции подают в нее газноситель, переносящий пробу на анализ, при этом количество адсорбента в соответствующей секции колонки П1|)инимают paBHbJM произведению количфства адсорбента в первой секции на отношение величин парциального давления примеси при поступлении ее в первую и соответствующую секции колонки. в пpeдJ oжeннoм способе концентриррвания при переводах пробы анализируемого газа из секции в секцию колонки происходит отделение примрсного компонента от основного компонента, удпляемого из колонки, в результате чего количество основного компонента в пробе уменьшается, концентрация тяжелой примеси возрастает и при проявительном анализе благодаря уменьшению размеров пика основного компонента улучшается качество разделения. Предложенный способ концентрирова НИН примесей основан на различии в сорбируемости основного и примесного компонентов. Как известно, количеств поглощенного адсорбентом соответств:ующего компонента зависит от его концентрации в газовой фазе или, что то же сагибе, - от его парциального давления. Эта зависимость называетс изотермой адсорбции. В области высоких парциальных давлений, т.е. для основного компонента анализируемого газа, уравнение изотермы адсорбции (изотерма Ленгмюра) имеет вид , Qe.oTo ое- В области низких парциальных давлений, т.е. для примесного компонента уравнение изотермы адсорбции (изоте ма Генри) имеет вид . где 0(д,и 01(1- количества основного и примесного компонентов, поглощаемые весовой или объемной единицей адсор бента при достижений Фа зового равновесия; парциальные давления со ответственно основного и примесного компоненто А,Ъ„ v-o - константы, зависящие от природы адсорбента и основного компонента; константа Генри, завися щая от природы адсорбеи та и примесного компоне та. Из выражений (1) и (2) следует, что количество осиовного компонента поглощаемое единицей веса адсорбента, практически не зависит от величины парциального давления этого компонента, а количество. примесного компонента, поглощаемое единицей веса адсорбента, прямо пропорционально величине парциального давления примесного компонента. В предложенном способе перевод пробы анализируемого газа из одной секции колонки в другую производится при увеличивающихся парциальных давлениях компонентов. Это позволяет в каждой последующей секции колонки уменьшать количество адсорбентов, необходимое для поглощения содержащейся в пробе примеси, и соответственно, уменьшая количество поглощаемого адсорбентом секции основного компонента, увеличивать концентрацию примеси в нем. На фиг. 1 приведена схема, поясняющая реализацию предложенного способа концентрирования примесей на фиг. 2 - эпюра распределения примесей по секциям колонки с адсорбентом. Колонка с адсорбентом состоит из нескольких секций 1, 2 и 3, между которыми установлены клапаны 4 и 5. Выходы секций 1, 2 и 3 соответственно через клапан 6 и регулируемый дроссель 7, через клапан 8 и регулируемый дроссель 9 и через клапан 10 и регулируемый дроссель 11 соединены с линией сброса 12. Дроссели 7, 9 и 11 служат для настройки скорости потоков газа в соответствующих секциях колонки. Вход перврй секции 1 через клапаны 13 и 14 соединен соответственно с линией 15 подачи анализируемого газа и с линией 16 подачи газа-носителя. Выход последней секции 3 через клапан 17 соединен с хроматографическим анализатором 18. Секции 1, 2 и 3 снабжены соответственно устройствами для их нагрева и охла;йдения 19, 20 и 21. В исходном состоянии клапаны закрыты и секции 1, 2 и 3 колонки с адсорбентом охлаждены. Для ввода в секцию 1 пробы анализируемого газа 9 открывают клапаны б и 13. Из линии подачи 15 анализируемый газ под давлением величина которого определяется давлением в источнике анализируемого газа, поступает на вход секции 1 и сорбируется на охлажденном адсорбенте этой секции. Величина парциального давлени Г примеси Р пропорциональна давлениюPQ. После насыщения адсорбента основным компонетом анализируекюго газа и установления фазового равновесия между газом и поверхностью адсорбента на всей длине секции 1, (Основной компонент через дроссель 7 будет отводиться в линию сброса 12, а примесь, сорбирующаяся лучше основного компонента, будет продолжать поглощаться адсорбентом секции 1, причем по мере поступления пробы Q ширина участка, занимаемого примесью, будет уиеличиваться. С учетом условий ввод ана. .изируемсго газа (температура охлажденного адсорбента,объем пробы Q и скорость ее ввода, парциальное давление примеси Р и пр.) секцию 1 предварительно набивают количеством адсорбента т,минимально необходимым для полного поглощения примеси. После завершения ввода пробы Q в секцию 1 колонки клапаны 6 и 13 закрывают. Концентрация примеси в газе, поглоценном адсорбентом секции 1, выше чем UO введенной в секцию пробе анализируемого газа GJ за счет того, что основной компонент частично был сброшен из секции 1. Далее осуществляют перевод в секцию 2 газа, поглощенного адсорбен том секции 1. Для этого нагревают секцию 1 и открывают клапаны 4 и 8, соединяя выход секции 1 с входом сек ции 2, а выход секции 2 через дроссе 9 - с линией сброса 12, Нагрев секции 1 вызывает десорбцию газа, насыцаюь.его адсорбент, и давление в секции 1 возрастает до значения Р, Поток десорбирующего газа из секции 1 под давлением Р поступает в секцию 2, V. после насыщения адсорбента секции основным компонентом он через дроссель 9 отводится в линию сброса 12, После опорожнения секции 1 от на сыщающего ее анализируемого газа клапаны 4 и 8 закрывают, отключая секцию 2 от секции 1 и линии сброса 12. Предварительно секцию 2 заполняют количеством адсорбента rn/j ,минимально необходимым для полного поглощени примеси, поступившей в нее из секции 1. С учетом выражения (2) величина nirj. равна т„-т -iJ-, г 1 рч где Р - парциальное давление приме при поступлении ее в секцию 2. Величина Р выше Р, по двум причинам. В газе, поглощенном адсорбен том секции 1, концентрация примеси выше, чем в пробе, введенной в секцию 1. Давление газа Р, , подаваемого в секцию 1, а следовательно и парциальное давление Рр ограничен давлением в источнике анализируемог газа, повышение которого перед вво,дом в колонке нецелесообразно из-за возможности загрязнения пробы. Давление газа Р, , поступающего из секции 1 в секцию 2, не зависит от давления в источнике газа, определяется температурой и скоростью нагрева секции 1. Это давление може иметь практически любое необходимое значение. Поскольку РГ 7 п / количество адсорбента iTn в секции 2 меньше, чем количество адсорбентов т, в секции 1, и адсорбент секции 2 при полном поглощении примеси поглощает только часть основного компонента поступившего из секции 1. Это приводит к дальнейшему увеличению концентрации примеси в анализируемом газе. Аналогичные образом осуществляют перевод в секцию 3 газа, поглощенного адсорбентом секции 2. Секцию 3 предварительно заполняют адсорбентом, количество которого - равно .-, где - парциальное давление примеси при поступлении ее в секцию 3. Нагревают секцию 2, открывают клапаны 5 и 10. После освобождения от газа секции 2 клапаны 5 и 10 закрывают. Концентрация примеси в газе, поглощенном адсорбентом секции 3, повьллается по сравнению с ее концентрацией в секции 2. Далее производят нагрев секции 3 и открывают клапаны 4, 5, 14 и 17, соединяя колонку с линией 14 подачи газа-носителя и хроматографическим анализатором 18. Газ, десорбирующий с адсорбента секции 3, потоком газоносителя переносится на анализ в хроматографический анализатор 18. П р и м е р. С помощью предложенного способа было произведено концентрирование примеси метана из искусственно приготовленной смеси азота с содержанием метана 10 об.%. При прямом хроматографическом анализе пик метана проявляется на заднем Сронте (хвосте) пика азота. Концентрирование производилось посредством двухсекционной колонки с внутренним диаметром 0,3 см, заполненной молекулярными системами СаА, зернением 0,25-0,5 мм. Количество адсорбента в первой секции 0,26 г, во второй - 0,05 г. Температура охлажденных секций -196°С, температура нагретых секций +300 С. Объем пробы анализируемогогаза, введенной в первую секцию, 0,3 л, давление газа 1 ати, давление газа при переводе из первой во вторую секцию колонки 10 ати. Хроматографический анализ пробы азотно-метановой смеси показал, что концентрирование примеси (м€;тана) предложенным способом обеспечило хорошее качество разделения пиков азота и метана. Благодаря улучшению качества разделения и .осуществлению концентрирования без применения газа-носителя предложен ный способ концентрирования позволяет повысить точность анализа примесей в газах.

Формула изобретения

Способ концентрирования примеси для хроматографического анализа путем ввода пробы анализируемого газа, сод ржащего примесь, в охлажденную колонку с ёшсорбентом, в которой происходит поглощение примеси, и последующего хроматографического 1г1нализа поглощенной адсорбентом Пробы, отличающийся Тем, что, с целью улучшения качества разделения компонентов при анализе, 1ВВОДЯТ пробу в первую из последовательно сое Д1{ненных секций колонки, далее поочередно, начиная с первой, нагревают секции, повышая в них давление и вытесняя пробу из нагреваемой в последующую охлажденную секцию, и после нагрева последней секции подают в нее газ-носитель, переносящий пробу из ансшиза, при зтом количество адсорбента в соответствуюц.ей секции колонки принимают равным произведению количества гщсорбента в первой секции на отношение величин парциального давления примеси при поступлении ее в первую и соответствующую секцию колонки.

Источники информации, принятые во виимание при экспертизе

1.Березкин В.Г., Татаринский B.C. Газохроматографич« г.кие метопы анализа примесей. М., Наука, 1970,

с. 157.

2.Там же, с. 21 (прототип).

« Л о с т V г 16 I Т 5 3 I 17