Файл: Левит А.М. Анализ газа и дегазация при разведке нефтяных, газовых и угольных месторождений.pdf

Глава VI

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДНЫХ И НЕУГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

Метод газовой хроматографии стал основным методом компо­ нентного анализа газовых смесей при геохимических исследова­ ниях. Газовая хроматография относится к физическим методам анализа газовых смесей путем их разделения на индивидуальные компоненты. Этот метод применяется в основном для аналитиче­ ских целей, но нередко используется и в препаративных для по­ лучения чистых газов, необходимых для калибровки аналитиче­ ских приборов.

Широкое распространение хроматографических методов обу­ словлено рядом их преимуществ перед другими методами. К ним относятся: 1) высокая разделительная способность; 2 ) простота анализа; 3) экспрессность метода; 4) возможность микроанализа; 5) проведение анализа в потоке; 6 ) простая запись сигнала.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

глощенных газов и паров (сорбатов).

В зависимости от свойств сорбентов сорбция подразделяется на адсорбцию и абсорбцию.

А д с о р б ц и я — концентрирование газов и паров на поверх­

А б с о р б а т — газы и пары, поглощаемые (растворяемые)

вобъеме жидкости или твердого тела.

Аб с о р б е н т — жидкость или твердое тело, в объеме которых

поглощаются (растворяются) газы и пары.

Х р о м а т о г р а ф и я — метод разделения сложных смесей на индивидуальные компоненты при их движении вдоль слоя сор­ бента. Этот метод заключается в многократном повторении эле­

вижной фазы. В газовой хроматографии используется способность твердых тел (адсорбентов) в разной степени адсорбировать или жидкостей (абсорбентов) в разной степени абсорбировать (рас­ творять) молекулы разделяемых газов (адсорбатов или абсорбатов). Газовая хроматография бывает двух видов: газоадсорбци­ онная и газожидкостная.

ный уголь, цеолиты и др. Разделение достигается в результате различной адсорбции компонентов разделяемой смеси на адсор­ бенте.

Г а з о ж и д к о с т н а я х р о м а т о г р а ф и я — способ разделе­ ния газовых смесей, где неподвижной фазой служит нелетучая жидкость, нанесенная на твердый носитель. Носитель к непод­ вижной фазе не относится. Разделение достигается в результате различной растворимости компонентов разделяемой смеси в не­ подвижной жидкости. Сочетание неподвижной фазы с твердым носителем называется набивкой колонки.

Чтобы два-или больше компонентов газовой смеси могли раз­ делиться при их продвижении вдоль слоя сорбента, последний должен обладать по отношению к ним определенной избиратель­ ностью, т. е. он должен в разной степени адсорбировать или аб­ сорбировать их. Сорбенты, обладающие избирательностью по от­ ношению к одним группам газов, часто не имеют ее по отноше­ нию к другим.

Сорбенты следует подбирать в зависимости от природы разде­ ляемых газов. Чем больше различие в сорбируемое™ двух газов, тем легче они могут быть разделены и тем меньше должна быть оптимальная длина хроматографической колонки [27].

В зависимости от способа перемещения разделяемой смеси вдоль слоя адсорбента различают три метода хроматографиче­ ского анализа: 1) проявительный; 2 ) фронтальный; 3 ) вытесни­ тельный.

130

1.Проявительный метод заключается в том, что смесь пере­ носится через сорбционный слой потоком газа, сорбирующегося хуже любого из компонентов смеси.

2.При фронтальном анализе исследуемая смесь непрерывно пропускается через слой адсорбента.

3.Вытеснительный анализ состоит в переносе разделяемой смеси потоком газа, сорбирующегося лучше любого компонента разделяемой смеси.

Из трех перечисленных методов подавляющими преимущест­

ные компоненты ее задерживаются сорбентом. Если компоненты смеси сорбируются по-разному, то они продвигаются вдоль ко­ лонки с разными скоростями. Компоненты, сорбирующиеся лучше, проходят через слой медленнее, чем молекулы, сорбирующиеся слабее.

Преимущества проявительного метода заключаются в следую­ щем.

1. Сорбент непрерывно регенерируется газом-носителем, и после выхода последнего компонента можно приступить к сле­ дующему анализу.

2.Компоненты могут быть полностью изолированы друг от

друга.

3.Время проявления каждого компонента строго определено. При геохимических исследованиях применяется почти исключи­

тельно проявительный метод. Фронтальный адсорбционный метод используется в хроматографе «Луч» для обогащения анализиру­ емой смеси легкими газами.

Если разделение смеси проводится с целью определения кон­ центрации отдельных компонентов, то такая хроматография на­ зывается аналитической. Если же она служит для получения чи­ стых компонентов, то называется препаративной.

В препаративной хроматогра­ фии наряду с проявительный мето­ дом часто используются фронталь­ ный и вытеснительный.

в хроматографическую колонку 2, в которой анализируемая смесь разделяется на компоненты. Детектор 3 служит для фиксации

концентрации отдельных газовых компонентов, выходящих из хроматографической колонки. Регистратор 4 записывает на ленте показания детектора. В некоторых приборах показания детектора записываются вручную.

Дозаторы

Наиболее распространенным способом отбора проб для хро­ матографического анализа является отбор пробы в медицинский шприц и подача ее из шприца в хроматографическую колонку. Большинство хроматографических приборов снабжено приспособ­

Хроматографические колонки

Хроматографические колонки изготавливаются чаще всего из нержавеющей стали и значительно реже — из меди, латуни, алю­ миния, стекла и кварца. Длина насадочных колонок колеблется от 0,4 до 15 м, а внутренний диаметр — от 3 до 8 мм. Ценность хроматографической колонки определяется возможностью разде­ ления анализируемой смеси и временем ее разделения. Для со­ здания значительного сорбционного слоя соединяют между собой (обычно последовательно) несколько колонок в один блок. Во многих хроматографах колонки помещаются в специальные тер­

132

Схемы хроматографических колонок различных видов пока­ заны на рис. 53.

Надежное хроматографическое разделение различных слож­ ных газовых смесей, компоненты которых сильно отличаются по своим абсорбционным свойствам, на одной хроматографической колонке при изотермическом режиме невозможно.

рах предусмотрены колонки разной длины, заполненные различ­ ными сорбентами. Различные газовые смеси часто анализируются на двух хроматографических приборах или на одном приборе при смене колонок. Для сокращения времени анализа различных сложных газовых смесей часто применяются схемы из двух пере­ ключающихся хроматографических колонок, заполненных раз­ личными сорбентами.

Основные схемы соединения двух переключающихся колонок приведены на рис. 54.

1. Схема с двумя параллельно соединенными переключающи­ мися разделительными колонками. В этой схеме используются две колонки, заполненные различными сорбентами. В зависи­ мости от состава анализируемой смеси включается та или другая колонка. Переключаются колонки при помощи двух трехходовых

кранов.

2. Схема с двумя последовательно соединенными переключаю­ щимися разделительными колонками. В этой схеме в зависимости от состава анализируемой смеси могут быть использованы или

133