最新瓦斯成分色譜分析

1、瓦斯成分色譜分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解氣相色譜儀的主要結(jié)構(gòu)單元及各部分的功能；2. 掌握氣相色譜法的基本原理及使用方法；3. 掌握氣體采集方法；4. 掌握運(yùn)用氣相色譜儀分析氣體的基本步驟和操作流程；5. 掌握利用數(shù)據(jù)分析軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力；6. 分析影響測(cè)試結(jié)果誤差的主要因素，提出減小分析誤差的措施。二、實(shí)驗(yàn)原理氣相色譜法是一種物理化學(xué)分離分析方法。分析瓦斯成分時(shí)，我們通過(guò)色譜儀的定量管把被測(cè)瓦斯樣品送進(jìn)氣相色譜儀的進(jìn)樣口內(nèi)，瓦斯樣品中的各種組分，經(jīng)過(guò)進(jìn)樣口后被載氣送進(jìn)色譜柱逐漸被分離，然后進(jìn)入檢測(cè)器，由檢測(cè)器把通過(guò)色譜柱后，按一定順序逐個(gè)流出的各組分的濃度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過(guò)測(cè)量臂檢測(cè)

2、，形成按時(shí)間順序排列的譜峰面積圖，這些色譜圖通過(guò)微機(jī)軟件定性分析處理和定量計(jì)算后，就可以求得被分析瓦斯樣品中各組分的百分含量。分離原理：不同物質(zhì)在固定性和流動(dòng)相中具有不同的分配系數(shù)K,當(dāng)兩相做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，被測(cè)物質(zhì)會(huì)在兩相間依據(jù)不同的分配系數(shù)作多次分配以達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，從而使得各組分得到分離。流程如下圖所示：1 . 轉(zhuǎn)化爐的轉(zhuǎn)化原理當(dāng)分項(xiàng)測(cè)定一氧化碳、二氧化碳、甲烷時(shí)，試樣進(jìn)樣后先經(jīng)色譜柱分離，再進(jìn)入甲烷化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為甲烷，用氫火焰離子化檢測(cè)器（ FID）進(jìn)行測(cè)定。轉(zhuǎn)化 反應(yīng)如下：CO + 3H,CO. + 4H.MflE化劑35O-3S(TC>CHa +H.O>CH,+2H,O TT

3、 14fm TT。/時(shí):，二口、”工陽(yáng)碇化劑/wch4注i C1nHl1為飽和垃或不飽和才工載氣一減壓fgf穩(wěn)壓T色譜柱 TSigf記錄儀LTIL_圖bl氣相色謂流慳圖J-總年1M班254££姆3Ct氣凈化干事什6-壓力表7迸樣壯10記錄儀2 .色譜儀氣路系統(tǒng)圖通過(guò)四根根特殊色譜柱完成對(duì)H 2、N2、。2、CO、CO2、烷燒、烯姓:、快燒的常量及微量組份分析。色譜柱A主要用來(lái)檢測(cè)。2、N2、CH4、CO 等氣體;色譜柱B主要用來(lái)檢測(cè)CO2；色譜柱C主要用來(lái)檢測(cè)CH4、C2H4、C2H6、C2H2 等氣體;色譜柱D主要用來(lái)檢測(cè)CO、CH4、CO2 等氣體。因此，在檢測(cè)氣體成分

4、時(shí)應(yīng)根據(jù)檢測(cè)目的將被檢測(cè)氣體通過(guò)相應(yīng)的六通閥注 入色譜儀進(jìn)行檢測(cè)。翼,穩(wěn)DTC甄氣空氣圖2色譜儀氣路系統(tǒng)圖3.1)氫火焰離子化檢測(cè)原理(FID-Flame Ionization Detector) 特點(diǎn)(1)對(duì)有機(jī)化合物靈敏度很高，對(duì)無(wú)機(jī)氣體、水、四氯化碳等含氫少或不 含氫的物質(zhì)靈敏度低或不響應(yīng)；(2)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)迅速等特點(diǎn);2)結(jié)構(gòu)由離子室和放大電路組成，如下圖所示。國(guó)氧病檢制器示蒞用（1）發(fā)射極和收集極之間加一定的直流電壓（100-300V）構(gòu)成加電場(chǎng)；（2） FID在工作時(shí)需要載氣（N2、H2）、燃?xì)猓℉2）和助燃?xì)猓ˋir）。測(cè) 試時(shí)需要調(diào)整三者之間的比例關(guān)系

5、，以使檢測(cè)器靈敏度打到最佳。3）工作原理空氣 曼氣+氫氣+盅分圖5-8氫火輅各層圖當(dāng)氫氣在空氣中燃燒時(shí)，火焰中的離子是很少的，但如果有碳?xì)浠衔锎嬖?時(shí)，離子就大大增加了。從柱后流出的載氣和被測(cè)樣品與氫氣混合在空氣中燃燒 （火焰如下圖所示），有機(jī)化合物被電離成正負(fù)離子，正負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下 就產(chǎn)生了電流，這個(gè)電流經(jīng)微電流放大器放大后， 可用記錄儀或數(shù)據(jù)處理機(jī)下來(lái) 做為定量的依據(jù)（色譜圖）。具體工作原理分析如下圖所示：A區(qū)工預(yù)熱區(qū)B層：點(diǎn)燃火焰C層:熱裂解區(qū);溫度最高D層t反應(yīng)區(qū)（1）當(dāng)載氣含著有機(jī)物CnHm由噴嘴噴出進(jìn)入火焰時(shí)，在C層發(fā)生裂解反應(yīng)產(chǎn)生自由基:CnHm)CH （2）產(chǎn)生的自由基

6、在D層火焰中與外面擴(kuò)散進(jìn)來(lái)的激發(fā)態(tài)原子氧或分子氧發(fā)生如下反應(yīng):CH , O，CHO e(3)生成的正離子CHO + 與火焰中大量水分子碰撞而發(fā)生分子離子反應(yīng)：CHO H2O: H3O CO(4)化學(xué)電離產(chǎn)生的正離子和電子在外加恒定直流電場(chǎng)的作用下分別向兩 極定向運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生微電流。在一定范圍內(nèi)，微電流的大小與進(jìn)入離子室的被測(cè)組 分質(zhì)量成正比，因此氫焰檢測(cè)器是質(zhì)量型檢測(cè)器。(5)離子電流信號(hào)經(jīng)放大后輸出到記錄儀，得到峰面積與組分質(zhì)量成正比 的色譜流出曲線。4)影響因素(1)各種氣體流速配比N2: H2= 1: 1 1: 1.5氫氣：空氣=1: 10(2)極化電壓正常極化電壓選擇在100300V范圍

7、內(nèi)。(3)氫焰檢測(cè)器的溫度檢測(cè)器溫度一般大于120c(4)其他操作條件組件的絕緣、屏蔽、接觸是否良好，管路及離子室的清潔，氣體的凈化等。4.熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD-Thermal Conductivity Detector)1)特點(diǎn)TCD是目前氣相色譜儀上應(yīng)用最廣泛的一種能用型檢測(cè)器。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 穩(wěn)定性好，靈敏度時(shí)鐘，線性范圍寬，對(duì)所有被分析物質(zhì)均有響應(yīng)，而且不破壞 樣品，多用于常量分析，目前應(yīng)用較為廣泛。當(dāng)載氣(H2)混有被測(cè)樣品時(shí)，由于熱導(dǎo)系數(shù)不同，破壞了原有熱平穩(wěn)狀態(tài)， 使熱絲溫度發(fā)生變化，隨之電阻也就改變，電阻值的變化可以通過(guò)惠斯登電橋測(cè) 量出來(lái)，所得電信號(hào)的大小與在載氣中濃度成正比，經(jīng)

8、放大后，記錄下來(lái)做為定性定量的依據(jù)(色譜圖)。2)結(jié)構(gòu)由池體和熱敏元件組成，如下圖所示 池體：一般用不銹鋼制成，其中有兩個(gè)或四個(gè)大小相同、形體完全對(duì)稱的孔道孔道內(nèi)各固定一根長(zhǎng)短、粗細(xì)和電阻值完全相同的金屬絲作熱敏元件。 熱敏元件:為提高靈敏度，熱敏元件一般選用電阻率高、電阻溫度系數(shù)大的鴇絲3)檢測(cè)原理平衡電橋，七圖。不F 4的氣體在不同的熱汗系數(shù)鐺絲通電，加熱與散熱達(dá)到平衡Q,兩樣電阻他；R 金尸 / /I j貝th無(wú)電壓信號(hào)輸出* 記錄儀定門線一重線).進(jìn)樣后二我氣攜帶試樣組分流過(guò)測(cè)量皆而這時(shí)參考憎流過(guò)的仍是純載氣，使測(cè)I量骨的溫度改變，弓I起電阻的變化，測(cè)I量再和 參考普的電機(jī)值不然，產(chǎn)生

9、電阻鯉，火硼則：田.小士附W這忖電橋失去平衡. m h兩端存在者電位.羌.仃電壓信弓箭出n信號(hào)與組分濃度相關(guān).記錄儀記錄下組分濃度隨時(shí)間變化 的峰狀圖形.4) 影響因素(1)電流。電流增加，熱絲溫度升高，熱絲和池體之間的溫差增大，有利 于氣體的熱傳導(dǎo)，靈敏度提高。熱導(dǎo)檢測(cè)器的靈敏度和電流的三次方成正比，因此增加橋電流可提高靈敏度。當(dāng)電流太高，會(huì)造成基線不穩(wěn)，噪聲增大，甚至?xí)?燒壞熱絲。(2)池體溫度。池體溫度與鴇絲溫度相差越大，可提高靈敏度。但檢測(cè)器 溫度不能低于分離柱溫度，否則待測(cè)組分會(huì)在檢測(cè)器內(nèi)冷凝。（ 3）載氣。載氣與待測(cè)組分的熱導(dǎo)系數(shù)相差越大，在檢測(cè)器兩臂中產(chǎn)生的溫差和電阻差也越大，檢

10、測(cè)靈敏度越高。5. 數(shù)據(jù)處理工作站1）功能將接收到的色譜儀檢測(cè)器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)并加以處理計(jì)算，得到真實(shí)可信的檢測(cè)樣品的濃度或含量值并打印出分析的結(jié)果報(bào)告.2）組成色譜數(shù)據(jù)處理工作站是通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡（接口板）、信號(hào)線、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)及相應(yīng)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。軟件的處理即操作者通過(guò)使用軟件對(duì)采集到的信號(hào)識(shí)別、判定、選擇公式計(jì)算等。3）處理過(guò)程處理過(guò)程是對(duì)檢測(cè)樣品定性和定量的過(guò)程，在分析過(guò)程中通常是通過(guò)對(duì)已知濃度或含量的樣品先分析來(lái)達(dá)到定性的目的：在工作站上表現(xiàn)為此標(biāo)樣（已知樣品）的保留時(shí)間、峰面積/峰高等結(jié)果。定量過(guò)程則是在得到標(biāo)樣的保留時(shí)間、峰面積/峰高后選擇相應(yīng)的計(jì)算方法（內(nèi)標(biāo)、外標(biāo)等

11、）并據(jù)此求出相應(yīng)的校正因子后對(duì)未知樣品的求解過(guò)程，這一過(guò)程在工作站上已大為簡(jiǎn)化，只要求出標(biāo)樣的定性結(jié)果（即求出相應(yīng)計(jì)算方法下的校正因子）后直接在色譜儀上進(jìn)未知樣品，采樣結(jié)束后即可得到未知樣品的含量或濃度報(bào)告。三、實(shí)驗(yàn)藥品及儀器1煤礦專用色譜儀、氣相色譜工作站；2標(biāo)準(zhǔn)氣體（氮?dú)?、甲烷、氧氣、二氧化碳）?氣體采集器（注射器、六通閥）；4氫氣發(fā)生器；5測(cè)試混合標(biāo)準(zhǔn)氣體（瓦斯） 。四、實(shí)驗(yàn)裝置圖主要實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示。主機(jī)、 氫火焰離子化檢測(cè)器（ FID） 、 熱導(dǎo)檢測(cè)器、轉(zhuǎn)化爐、 四根專用色譜柱、 四氣路、四套六通閥圖1氣相色譜圖2氫氣發(fā)生器6 一部學(xué)圖3氣瓶五、實(shí)驗(yàn)步驟1 .氣樣采集用氣體采集器采集被測(cè)氣體樣品，如被測(cè)氣體濕度過(guò)大或含有大量粉塵時(shí)， 需用無(wú)吸附作用的干燥劑和過(guò)濾器對(duì)被測(cè)氣體樣品進(jìn)行過(guò)濾。2 .氣體檢測(cè)及色譜分析1）啟動(dòng)色譜儀（此步驟由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師提前完成）使用色譜儀進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需提前啟動(dòng)色譜儀進(jìn)行預(yù)熱或活化色譜柱。預(yù)熱需 30分鐘左右，活化色譜柱需824h。2）