
17.5. Газові хроматографи
Хроматографічний метод аналізу багатокомпонентних сумішей грунтується на вибірній сорбції будь-якого компонента. Є два види сорбції – абсорбція, яка характеризує вибірне поглинання компонента з газової фази рідиною або твердим абсорбентом, і адсорбція, яка характеризує сорбцію речовини на поверхні поділу газ–рідина, газ–тверде тіло або рідина–тверде тіло.
В газоадсорбційній хроматографії нерухомою фазою є сорбент, а рухомою – газ або пара. Перевагами газової хроматографії є:
можливість ідентифікувати і кількісно визначати індивідуальні компоненти складних сумішей газів і парів;
можливість аналізувати як легкі гази, так і високомолекулярні органічні сполуки;
можливість досліджувати мікропроби;
висока ефективність поділу і мала тривалість процесу, обумов- лені низькою в’язкістю рухомої фази;
можливість автоматичного запису і обробки результатів вимі- рювань.
Метод хроматографічного поділу речовин за допомогою сорбентів був вперше запропонований російським дослідником М.С. Цветом в 1903 році для дослідження рослинних пігментів, що приймають участь в процесі фотосинтезу.
Газові хроматографи застосовують для аналізу багатокомпонентних продуктів згоряння палива в теплових двигунах, котельних установках, а також для визначення концентрації шкідливих речовин в повітрі. Хроматографічний метод дозволяє досліджувати проміжні стадії процесу згоряння палива, наприклад, в циліндрах двигунів внутрішнього згоряння.
Існують три різновида хроматографічного методу вимірювання, які розрізняються способом переміщення аналізуємої суміші: проявниковий, фронтальний і витискний. Найбільш поширеним є проявниковий метод хроматографії. Схема газового хроматографа показана на рис. 17.6. Газороздільна колонка 3 приєднується на вході до пристрою 2, який призначений для вводу газу-носія і проби аналізуємого газу. Газ-носій надходить через фільтр-осушник 1 з балону 7. Контроль за витратою носія здійснюється за допомогою ротаметра 5. Газ з колонки 3 надходить в детектор 4, до якого приєднаний електровимірювальний прилад 6. Газороздільні колонки виготовляються з металевих, скляних або фторопластових труб внутрішнім діаметром 0,5…5 мм і довжиною від 1 до 5 м. Колонка розміщується в термоста- ті для підтримання постійної температури. Колонка заповнюється сорбентом з великою контактною поверхнею (активне вугілля, силіка- гель, оксиди алюмінію і магнію, природні і синтетичні цеоліти); розмір частинок адсорбенту складає 0,1…0,8 мм. Через колонку безперервно проходить з постійною швидкістю газ-носій (повітря, азот, гелій, тощо). Проба аналізуємого газу (0,1…20 см3) подається через пристрій 2 за допомогою шприця, або автоматично мікродозатором.
Дія газороздільної колонки грунтується на адсорбційному поділі аналізуємої газової суміші на декілька бінарних сумішей, які складаються з газу-носія і одного з аналізуємих компонентів. Якщо проба газу складається з трьох компонентів А, В і С, які мають неоднакову адсорбційну здатність, то в результаті взаємодії з адсорбентом першою покидає колонку бінарна суміш з газом А, оскільки він має найменшу адсорбційну здатність, а останньою – суміш з газом С, який має найбільшу адсорбційну здатність. Бінарні суміші в певній послідовності, яка залежить від адсорбційної здатності компонентів проби газу, надходять в детектор 4. Найбільш поширеними і простими є детектори з термокондуктометричними перетворювачами концен- трації компонентів в електричний сигнал, який фіксується пристроєм 6 і представляється у вигляді хроматограм (рис.17.6,б). На хроматограмі вихідні сигнали детектора відображають концентраційний профіль кожного компоненту. Вони фіксуються у вигляді піків відповідної довжини відносно нульової лінії. Нульова лінія відповідає виходу з колонки чистого газу-носія. Площа кожного піку пропорційна концентрації відповідного компоненту. Концентрацію компонентів визначають площею окремих піків, віднесеною до всієї площі.
Для експресного аналізу продуктів згоряння палива найбільш поширеним є хроматограф “Газохром 3171”. Він призначений для визначення концентрації О2, СО2, N2, Н2, СО, СН4 і вуглеводню в продуктах згоряння. Відносна похибка вимірювання складає ±5 %, а тривалість аналізу – 17 хв.