安全工程專(zhuān)業(yè)課件9.2瓦斯成分色譜分析

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瓦斯成分色譜分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.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)，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：二、實(shí)驗(yàn)原理

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：二、實(shí)驗(yàn)原理

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)H2、N2、O2、CO、CO2、烷烴、烯烴、炔烴的常量及微量組份分析。 色譜柱A主要用來(lái)檢測(cè)O2、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)。二、實(shí)驗(yàn)原理

色譜儀氣路系統(tǒng)圖二、實(shí)驗(yàn)原理

3.氫火焰離子化檢測(cè)原理（FID-FlameIonizationDetector）

FID是對(duì)有機(jī)物敏感度很高的檢測(cè)器，由于它具有響應(yīng)的一致性，線(xiàn)性范圍寬，簡(jiǎn)單，對(duì)溫度不敏感等特點(diǎn)，所以應(yīng)用于有機(jī)物的微量分析。FID在工作時(shí)需要載氣（N2、H2）、燃?xì)猓℉2）和助燃?xì)猓ˋir）。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衔锎嬖跁r(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，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）。

二、實(shí)驗(yàn)原理4、熱導(dǎo)檢測(cè)器檢測(cè)原理（TCD）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，靈敏度適宜，線(xiàn)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。

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)放大后，記錄下來(lái)作為定性、定量的依據(jù)（色譜圖）。二、實(shí)驗(yàn)原理

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(xiàn)、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。二、實(shí)驗(yàn)原理 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）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(zhuān)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）?3．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(zhuān)用色譜柱、四氣路、四套六通閥。氣相色譜四、實(shí)驗(yàn)裝置圖氫氣發(fā)生器氣瓶五、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8-24h。五、實(shí)驗(yàn)步驟

2）氣體檢測(cè)及色譜分析 a、啟動(dòng)工作站 b、進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)氣樣，用工作站進(jìn)行處理并保留數(shù)據(jù) c、進(jìn)待測(cè)氣樣，用工作站進(jìn)行分析計(jì)算 d、得出結(jié)果，打印報(bào)告 3