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

Цеолиты

Окис ь а л ю м и н и я

Уг о л ь а к т и в и р о в а н н ы й

Цеолиты измельчают до зернения 0,25—0,50 мм, сушат в по­ токе чистого сухого воздуха 24 ч при температуре 360°, охлаж­ дают в потоке сухого воздуха до комнатной температуры и пере­ водят в хроматографическую колонку. После заполнения колонок цеолиты вновь прогреваются в течение 4 ч до 300° в потоке газаносителя.

Активированный уголь измельчают до зернения 0,25—0,50 мм, высушивают при температуре 150°, охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры и переводят в колонку.

Хранить приготовленные ^адсорбенты следует в герметически закрытых сосудах.

Активированный уголь и цеолиты, обладающие большим удер­ живающим объемом, используются для разделения инертных га­ зов. Активированный уголь применяется также при геохимических исследованиях для разделения смесей водорода с окисью углерода

Газожидкостная хроматография

Разделение газовых, смесей при газожидкостной хроматогра­ фии достигается при помощи колонки, заполненной носителем, пропитанным неподвижной жидкостью.

Неподвижная жидкость. Применяемая в газожидкостной хро­ матографии неподвижная жидкость должна отвечать следующим требованиям: 1) обладать хорошей избирательностью; 2) не взаи­ модействовать с разделяемыми веществами, с твердым носителем, со стенками колонок и газом-носителем; 3) обладать низким дав­ лением пара при рабочих температурах (<10 мм рт. ст.); 4) об­ ладать малой вязкостью, достаточной чистотой и доступностью.

При выборе неподвижной фазы следует прежде всего учиты­ вать, что неполярные вещества обычно лучше разделяются на не­ полярных жидких фазах. При геохимических исследованиях для разделения углеводородных газов применяются неполярные жидкости.

Твердый носитель служит для эффективного использования неподвижной жидкости. Он должен обладать: 1) значительной удельной поверхностью для распределения жидкости в виде тон­ кой пленки; 2) малой адсорбционной способностью к разделяемым веществам; 3) механической прочностью; 4) небольшим сопротив­ лением потоку газа-носителя; 5) отсутствием каталитической ак­ тивности.

В качестве твердого носителя часто используются: обработан­ ная диатомовая глина (кизельгур) под названием целит 545, ог­ неупорный кирпич, обладающий большой механической проч­ ностью и проницаемостью, а также носители ИНЗ-500 и ИНЗ-600,

146

получаемые на основе инзенского огнеупорного кирпича. Обычно применяются носители с размером зерна от 0,5 до 0,25 мм.

В капиллярной хроматографии твердым носителем служит внут­ ренняя поверхность капилляра.

Методы нанесения жидкой фазы. При подготовке хроматогра­ фической колонки определенную роль играет способ нанесения жидкости на твердый носитель или на стенку капиллярной ко­ лонки, который должен обеспечить равномерность толщины

пленки. Существуют следующие способы пропитки твердого но­ сителя.

1.Необходимое количество жидкости помещают в круглодон­ ную колбу, при вращении которой жидкость размазывается по стенкам. Затем в колбу насыпают твердый носитель и вращают

ее(под углом 45°) до тех пор, пока частицы носителя не пере­ станут прилипать к стенкам. При этом способе толщина пленки не получается равномерной, и абсорбент используется для прове­ дения грубых анализов.

2.Жидкую фазу растворяют в летучем растворителе (ацетон, диэтиловый эфир, петролейный эфир, дихлорэтан, четыреххло­ ристый углерод, метанол) и помещают в круглодонную колбу, куда затем насыпают носитель. Растворителя следует взять столько, чтобы весь носитель был погружен в жидкость. Колбу ставят на водяную баню, и удаляют растворитель при непрерыв­ ном перемешивании. После полного удаления растворителя сор­ бент готов к употреблению.

3.Твердый носитель помещают в колонку и через нее про­ пускают раствор жидкой фазы в летучем растворителе. Когда со­ став раствора, вытекающего из колонки, не будет отличаться от

состава вводимой смеси, пропускание жидкости прекращают, а растворитель удаляют потоком газа. Регулировать процент про­ питки при этом способе трудно.

4. Воронку с сеткой помещают на жидкостную баню, темпера­ тура которой на 10° ниже температуры кипения растворителя, на сетку насыпают твердый носитель, и снизу пропускают сухой газ. Сверху в воронку направляют распыленный раствор неподвижной фазы. При этом одновременно происходит обработка носителя жидкостью и испарение растворителя.

Из описанных способов предпочтение обычно отдается вто­ рому и четвертому.

При геохимических исследованиях для разделения углеводо­ родных газов применяются пентадекан, гептадекан, вазелиновое масло и др.

Капиллярная хроматография

Капиллярные трубки обычно имеют следующие размеры: диа­ метр от 0,1 до 1 мм, длину от 15 до 45 м. Расход неподвижной жидкости 2—4 мг на 10 м трубки. Неподвижную жидкость раство­ ряют в неполярном летучем растворителе, и раствор пропускают

через капилляр под давлением или под вакуумом. После заполнения трубки растворитель удаляется газом-носителем, и по­ крытие остается за счет прилипания жидкости к стенкам капил­ ляра. Материалом для капилляров служит стекло, медь, нейлон, нержавеющая сталь.

Влияние температуры на хроматографическое разделение

различных углеводородных газов

иводорода

Вхроматографическом анализе используется различие в адсорбируемости разных газов на поверхности твердого тела или раз­ личие в растворимости их в неподвижной жидкой фазе.

Адсорбируемость углеводородных газов на поверхности твер­ дого тела, а также их растворимость в различных неподвижных жидкостях уменьшаются с повышением температуры. При повы­ шении температуры адсорбента снижается не только адсорбция каждого компонента разделяемой смеси, но и разность между

адсорбируемостью различных компонентов [11]. Это приводит к ухудшению разделительной способности адсорбента. При значи­ тельном повышении температуры разность между адсорбируе­ мостью различных молекул разделяемой смеси понижается на­ столько, что скорость их движения вдоль слоя адсорбента стано­ вится практически одинаковой, и разделения смеси не происхо­ дит [29].

Оптимальная температура адсорбента — это температура, при которой анализируемые компоненты разделяются достаточно четко при наименьшей продолжительности анализа.

Температура является одним из наиболее действенных факто­ ров в хроматографическом анализе. Температура сорбента в про­ цессе анализа определяет его избирательность, размывание хро­ матографических полос и продолжительность разделения анали­ зируемой смеси. ' Изменяя температуру сорбента в процессе анализа, можно на одном сорбенте разделять смеси газов, резко отличающиеся по своим сорбционным свойствам.

Разделение газовых смесей в хроматографических колонках проводится при следующих температурных режимах: 1) изотер­ мическом режиме, когда температура сорбента в процессе ана­ лиза не меняется, 2) программированной температуре, когда в процессе анализа температура постоянно повышается; 3) хроматермографическом режиме, когда используется движущееся во вре­ мени и пространстве температурное поле [63].

1. Постоянство температурного режима во время анализа обес­ печивает надежность разделения и воспроизводимость получае­ мых результатов. Температура колонок при газожидкостной хро­ матографии обусловливается летучестью неподвижной жидкости. При изотермическом режиме анализа хроматографическая ко­ лонка помещается в термостат, где поддерживается постоянная

148

температура. Выбор оптимальной температуры термостата яв­ ляется весьма важным фактором. При слишком высокой темпера­ туре газы будут выходить из колонки без разделения, а при слиш­ ком низкой — на хроматограмме получатся широкие пики, и время анализа будет увеличено. При анализе сложных газовых смесей даже при оптимальной температуре легкие газы быстро выходят из колонки, образуя высокие узкие пики, а тяжелые газы задерживаются в колонке и образуют низкие, широкие и размы­ тые пики.

быстрее выходят из хроматографической колонки и образуют более острые, узкие и малорасплывчатые пики. Вследствие нагрева ко­ лонки значительно сокращается и время анализа. Следует, од­ нако, учесть, что при газожидкостной хроматографии значитель­ ный нагрев колонки, вследствие повышения летучести неподвиж­ ной жидкости, нежелателен. Газожидкостная хроматография обычно проводится при изотермическом режиме.

Из рассмотренных выше трех типов детекторов (термохими­ ческий, пламенно-ионизационный и катарометр) при использова­ нии последнего, вследствие его большой чувствительности к из­ менениям температуры, обычно применяется изотермический: режим.

149»