книги из ГПНТБ / Авдеева А.А. Контроль топлива на электростанциях
.pdfличные точки газовой схемы. При введении пробы доза тором А в линию газа-носителя воздуха перед колон кой 1, заполненной активированным углем, в смеси опре деляют горючие компоненты Н2 , СО и СН4 . Двуокись углерода из пробы предварительно удаляют путем про пускания ее через фильтр с аскаритом. Затем пробу вво дят дозатором Б в линию газа-носителя аргона перед колонкой 2 для определения кислорода и азота. Третий
Общий
пик
Рис. 15-22. Схема проведения анализа на хрома |
||
тографе |
«Союз» при определении Н 2 , СО, С Н 4 и |
|
|
СОо ( I I вариант использования). |
|
а — схема |
прибора; б — примерный |
вид хроматограммы; |
/, 3 — разделительные колонки |
(см. табл. 15-5); |
|
|
А , Б — дозируемые объемы. |
|
ввод пробы осуществляют дозатором В также в линию аргона перед колонкой 3 с активированным углем. Здесь происходит отделение С 0 2 от суммы всех остальных га зов, присутствующих в смеси. Примерный вид получае
мой хроматограммы показан |
на рис. 15-21,6. Время |
пол |
||
ного |
анализа составляет |
10 |
мин. |
|
II . |
О п р е д е л е н и е |
Hz. |
СО, СН 4 и С 0 2 п р и |
ис |
п о л ь з о в а н и и в к а ч е с т в е г а з а-н о с и т е л я в о з д у х а .
364
В тех случаях, когда нет необходимости в определе нии кислорода и азота или когда отсутствует аргон в баллоне, хроматограф «Союз» позволяет на газе-носи теле воздухе производить определение горючих компо нентов и двуокиси углерода.
Схема прибора для проведения таких анализов пока зана на рис. 15-22,а. Здесь обе колонки 1 и 3 (табл. 15-5) заполнены активированным углем. При введении пробы через дозатор А эффективной длиной является суммар ная длина обеих колонок. Для ускорения анализа дву окись углерода из пробы удаляют. При введении пробы, содержащей С 0 2 , через дозатор Б в процессе разделе ния участвует только колонка 3.
Пример получаемой при этом хроматограммы приве
ден на рис. 15-22,6. |
Время анализа |
7 мин. |
I I I . О п р е д е л е |
н и е Н2 , СО, |
С 0 2 , п р е д е л ь н ы х |
и н е п р е д е л ь н ы х у г л е в о д о р о д о в Д О С4 в к л ю-
Воздух
Рис. 15-23. Схема проведения анализа на хроматографе «Союз» при определении Н2 , СО, С 0 2 и углеводородов до Ct ( I I I вариант использования),
а — схема прибора; б — примерный вид хроматограммы; /, 3, 4— разделитель ные колонки (см. табл. 15-5); А, Б, В — дозируемые объемы.
ч и т е л ь н о п р и и с п о л ь з о в а н и и в к а ч е с т в е г а з а - н о с и т е л я в о з д у х а .
Такая задача может возникнуть при необходимости анализа проб из зоны деструкции топлива, а также при анализе газового топлива. В этом случае собирают па раллельную схему, состоящую из трех разделительных колонок (рис. 15-23). Газ-носитель от микрокомпрессора через тройник подается в обе линии потока. Одна из ли ний с дозаторами А я Б работает по предыдущему ва рианту, другая линия — с дозатором В и разделительной колонкой 4 (табл. 15-5) служит для разделения пре
дельных и непредельных углеводородов |
до |
СІ включи |
|
тельно. Время анализа |
15 мин. |
|
|
IV. О п р е д е л е н и е |
Н2 , СО, СН 4 и С 0 2 |
в в о з д у х е |
|
п р о и з в о д с т в е н н ы х п о м е щ е н и й . |
|
|
|
При необходимости определить вредные примеси в за |
|||
газованных помещениях |
чувствительность |
хроматографа |
|
«Союз» может быть на порядок увеличена заменой чув ствительных элементов. В этом случае газовую схему собирают в соответствии со схемой, показанной на рис. 15-22. Разделительные колонки / и 3 также заполня
ют активированным углем, но колонки имеют |
другие гео |
|||||
метрические размеры: колонка |
/ — / = 0,8 м, |
d B H = 4 мм; |
||||
колонка |
2—/=0,3 |
м, G?BH = 3 мм. |
|
|
||
V. О п р е д е л е н и е р а с т в о р е н н о г о в в о д е во |
||||||
д о р о д а . |
|
|
|
|
|
|
В комплекте с барботажной |
приставкой хроматограф |
|||||
«Союз» |
используют |
для определения микроконцентра |
||||
ций водорода, растворенного в воде и паре. |
Пороговая |
|||||
чувствительность |
0,05 мкг/кг. |
По |
водороду, |
растворен |
||
ному в воде и паре, |
можно судить |
о степени |
коррозион |
|||
ных процессов, протекающих в трубах парогенераторов [Л. 46], а также можно осуществлять контроль плотности систем непосредственного водяного охлаждения обмоток статора турбогенераторов [Л. 47].
V I . О п р е д е л е н и е в л а ж н о с т и г а з о в .
В комплекте с реакционной приставкой хроматограф «Союз» может быть использован для определения влаж ности газов, в частности влажности водорода в турбоге нераторах.
Техническая характеристика хроматографа «Союз» была опреде лена при проведении межведомственных испытаний образцов прибо ров из опытно-промышленной партии, (выпущенной Опытным заводом ЦКТИ . При проведении испытаний прибор работал по схеме, приве денной на рис. 15-21. Испытания проводились в лабораторных уело-
виях при анализе искусственно приготовленных газовых смесей, по своему составу близких к составу продуктов горения. Ниже приво дятся некоторые результаты этих испытаний:
Время выхода прибора на режим |
|
90 -- Ш5 |
мин |
|
||||
Уровень флуктуационных шумов |
|
|
0,0% |
|
|
|||
Дрейф нулевой |
линии |
|
|
0,5% в |
час |
|
||
Погрешность по воспроизводимости абсолют |
|
|
|
|
||||
ных значений |
высот пиков |
по |
отдельным |
|
|
|
|
|
компонентам |
|
|
|
В пределах |
от |
0,5 |
до |
|
Погрешность по воспроизводимости |
относи |
1,5% |
|
|
||||
|
|
|
|
|||||
тельных значений высот пиков по отдель |
|
|
|
|
||||
ным компонентам |
|
|
' . В пределах |
от |
0,10 |
до |
||
Погрешность по воспроизводимости времени |
0,35% |
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||
удерживания |
по всем компонентам |
. . . |
0,0% |
|
|
|||
Степень разделения для любой пары |
смеж |
|
|
|
|
|||
ных компонентов |
|
|
|
> 1 |
|
|
|
|
Пороговая чувствительность |
по |
отдельным |
|
|
|
|
||
компонентам |
составила |
(при |
объеме |
|
|
|
|
|
пробы 10 см3) |
|
|
- |
По |
Н 2 — 3 - Ю - * ; |
|
||
|
|
|
|
по СО и СН4 —1 • 10"3 ; |
||||
|
|
|
|
по |
0 2 — 1 - Ю - 2 , |
|
||
|
|
|
|
по |
С 0 2 — Ы 0 - ' % |
|||
|
|
|
|
|
(объемн.) |
|
||
Влияние изменения температуры окружающей среды на показа ния прибора изучалось при температуре от +14 до +32 °С. Испыта ния показали, что сигнал прибора по водороду практически «е зави сит от температуры окружающей среды, по окиси углерода, метану и кислороду — зависит незначительно: высота пика при изменении
і |
і і і і і і і і і і і і і -і і і і і і і і і 1.1 і « і і ї ї і t І і і і, і j |
||
13msК171819202122232t2S262728~29301 |
2 ~3 «*J |
8 7 8 9 10111213ПК 1617IB 192D2122 ' |
|
- |
Сентябрь 7968г."—- |
- |
Октябрь 1968г. |
Рис. 15-24. Изменение значения выходного сигнала детектора во времени при неизменном значении входного сигнала (проверка ста бильности работы хроматографа «Союз» в течение длительного вре мени).
Период испытаний |
— с 13 |
сентября |
по 21 октября 1968 г. Колебания |
темпера |
туры окружающей |
среды — от 15 до 23 °С; состав смеси: Н2 =0,1%; |
СО=0,2%; |
||
СН4 =0,2%; |
О2 =2,0%; |
СО2=12,0%; остальное — N2 . |
|
|
температуры окружающей среды на 1 °С изменяется на 0,7—1,2%, по двуокиси углерода наблюдается резкая температурная зависи мость: Ай/Д< 'при Л г = 1 ° С составляет 2,5%. Однако наличие линей ной зависимости высоты пика от температуры окружающей среды позволяет не производить в изменившихся условиях перекалибровку, а пользоваться поправочными коэффициентами.
Проверка герметичности газовых линяй прибора производилась при давлении, в 1,5 раза превышающем рабочее давление. Контроль
давления |
в системе проводился |
в течение 30 мин по образцовому ма |
||
нометру |
и показал полную |
герметичность прибора. |
||
Определение |
влияния |
изменения напряжения питания прибора |
||
в пределах +10 |
и —15% |
от |
номинального показало практически |
|
полную независимость значения выходного сигнала детектора от на пряжения питания.
|
С помощью микродозатора была произведена калибровка прибо |
ра |
по чистым газам, которая показала линейность сигнала детектора |
от |
количества вводимого в прибор вещества. Проверка стабильности |
калибровки производилась в течение 39 дней работы прибора при анализе одной и той же смеси. Результаты проверки показаны на рис. 15-24, где нанесены высоты пиков отдельных компонентов. По грешность по воспроизводимости абсолютных значений высот пиков
за этот период без поправок «а |
температуру окружающей среды, ко |
|
торая в этот период менялась |
от |
15 до 23"С, составила для Н 2 1,5%; |
для СО 2,3%; для С Н 4 5,5%; |
для 0 2 2,5%; для С 0 2 4,6%. При этом |
|
потери каталитической активности чувствительных элементов не на блюдалось.
15-12. МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ Х Р О М А Т О Г Р А Ф О В
Точность результатов количественного анализа на хро матографе в значительной степени зависит от правильно
го |
выбора метода калибровки прибора и тщательности |
||
ее |
проведения. |
Калибровка |
хроматографа заключается |
в |
нахождении |
для каждого |
компонента анализируемой |
смеси зависимости определяющего параметра пика (вы соты или площади) от концентрации данного компонента в смеси. Эту зависимость выражают либо графически, ли бо в виде калибровочных коэффициентов. Основными ме тодами калибровки хроматографов являются метод вну треннего стандарта, метод внутренней нормализации и
метод абсолютной калибровки. |
|
М е т о д в н у т р е н н е г о с т а н д а р т а |
основан на |
введении в анализируемую смесь определенного количе ства стандартного вещества. Калибровочный график представляет собой зависимость между процентным со держанием компонента и отношением высот (или площа дей) пиков этого компонента и стандартного вещества. Калибровку производят добавлением постоянного коли чества стандартного вещества к определенному объему
различных искусственных смесей, содержащих перемен ные, но известные количества анализируемых компонен тов. Составленные таким образом смеси анализируют на хроматографе. При практическом выполнении анализа смеси неизвестного состава к определенному объему про бы добавляют известное количество стандартного ве щества и на основании сравнения полученных результа тов с калибровочной кривой определяют количественный состав смеси.
Основная трудность этого метода заключается в вы боре и точной дозировке стандартного вещества, которое не должно входить в число определяемых компонентов. Кроме того, должно быть обеспечено полное его разделе ние с другими компонентами. Точность метода возраста ет, если количество стандартного вещества, добавляемо го к анализируемой смеси, примерно одинаково с количе ством определяемого компонента, а физико-химические свойства их близки друг другу.
Все эти условия при анализе сложных многокомпо
нентных смесей выполнить трудно, в связи |
с чем метод |
||||
внутреннего стандарта в практике анализа |
продуктов го |
||||
рения |
распространения не |
получил. |
|
|
|
|
М е т о д в н у т р е н н е й |
н о р м а л и з а ц и и |
основан |
||
на |
определении соотношений между реакцией |
детекто |
|||
ра |
на |
определенные компоненты смеси. |
Необходимым |
||
условием для применения этого метода является реги страция всех компонентов, входящих в анализируемую смесь. При расчете концентраций предполагают, что вы соты (или площади) пиков, умноженные на соответст вующие калибровочные коэффициенты, дают в сумме 100%.
Калибровочные коэффициенты должны учитывать различия в реакции данного детектора на анализируе мые соединения. Они могут быть определены эмпириче ски путем введения известного количества чистого веще ства в хроматографическую колонку. В случае использо вания в качестве детектора катарометра с газом-носите лем гелием или водородом можно брать калибровочные коэффициенты, приводимые в литературе, или опреде лять их по номограмме [Л. 36].
При |
анализе |
продуктов |
горения резкое |
различие |
в концентрациях |
анализируемых компонентов и, как |
|||
правило, |
регистрация не всех |
компонентов, |
входящих |
|
24—1276 |
369 |
в смесь, создают трудности |
при использовании |
метода |
||
внутренней нормализации |
и |
не обеспечивают |
необходи |
|
мой точности. |
|
|
|
|
М е т о д а б с о л ю т н о й |
к а л и б р о в к и . |
Абсолют |
||
ные методы, основанные |
на |
экспериментальном |
опреде |
|
лении зависимости высоты (или площади) пика от коли чества соответствующего компонента, получили наиболь шее распространение в практике газового анализа. Точ ность этих методов в значительной степени определяется постоянством режима работы прибора во время проведе ния калибровок и выполнения анализов.
Метод абсолютной калибровки можно проводить дву мя способами:
а) Введение в хроматограф одинаковых количеств смесей разного состава (калибровка по искусственно при готовленным контрольным смесям); в этом случае ре зультаты количественного анализа в основном зависят от точности приготовления контрольных смесей и от вос производимости объема пробы и условий ее ввода при калибровке и анализе.
б) Введение в хроматограф неравных количеств одной и той же смеси, в качестве которой можно исполь зовать чистые вещества (калибровка по чистым газам). Основным условием применения такого способа является отсутствие перегрузки разделительной колонки, т. е. обес печение наиболее полного разделения определяемых ком понентов.
В обычном варианте этот метод в применении к ана лизу газов заключается в следующем. С помощью микро дозатора со строго определенным известным объемом до зы Ум.д в хроматограф вводят «чистый» газ А с концен трацией основного компонента Са, выраженной в объем ных процентах. Замеряется определяющий параметр по лученного на хроматограмме пика /гм.д (для удобства рассуждения за определяющий параметр пика принята его высота; при необходимости она соответственно может быть заменена площадью пика). При проведении анализа смеси, содержащей компонент А в неизвестном количест ве САХ, с помощью рабочего дозатора вводят объем про бы Ур.д и соответственно замеряют высоту пика опреде ляемого компонента Яр .д . При условии линейности сигна ла детектора и отсутствии перегрузки разделительной колонки высота пика прямо пропорциональна количеству
вещества, вводимого |
в колонку. Следовательно, |
|
|||||
|
|
V * |
C%Vp.a |
|
|
(15-3) |
|
|
|
|
|
|
|||
откуда |
концентрация |
компонента |
А в |
анализируемой |
|||
пробе |
|
|
|
|
|
|
|
|
СХА = С А ° / о ( о б ъ е м н . ) . |
(15-4) |
|||||
|
|
|
" м . д |
* р . д |
|
|
|
Если |
при калибровке |
используют чистый газ (СА = |
|||||
= 100р/г). формула |
(15-4) |
примет вид: |
|
|
|||
|
С * = |
,Й р |
д !/ ,м -д |
• Ю0°/о |
(объемн.). |
(15-5) |
|
|
|
" м - д У р - д |
|
|
|
|
|
Если сигнал детектора |
в интересующих |
эксперимента |
|||||
тора пределах измерения имеет нелинейную зависимость от концентрации вводимого компонента, то при кали бровке последовательно вводят с помощью микродозато ра разные, но точно измеренные объемы чистого газа и на основании измеренных при этом высот пиков строят калибровочный график в координатах h—Ум.д. Для удоб ства его использования при проведении массовых анали зов шкалу абсцисс можно отградуировать непосредст
венно в объемных процентах |
концентрации определяемо |
||
го компонента для различных |
объемов, применяемых при |
||
анализе рабочих дозаторов. |
|
|
|
Пересчет шкалы производят по формуле |
|
||
С = ^--100°/о |
(объемн.), |
(15-6) |
|
' ' р . д |
|
|
|
где С — концентрация компонента |
в анализируемой |
сме |
|
си при объеме рабочей дозы |
Vv,n, |
соответствующая |
тому |
же количеству чистого компонента, вводимого микродо затором С объеМОМ К-и.д-
Такой пересчет шкалы справедлив, если при калибров ке применяется газ с концентрацией С А = 100%• В про тивном случае результат анализа, полученный при ис
пользовании калибровочного |
графика, должен |
быть |
||||
умножен на коэффициент |
|
|
|
|
||
|
|
£ = СА /Ю0. |
|
|
|
|
Этот метод калибровки является очень простым, |
||||||
однако точность получаемых результатов, как |
это |
вид |
||||
но из |
формулы |
(15-4), в основном |
зависит от |
той |
точ |
|
ности, |
с которой |
измерены объемы |
вводимых |
микродоз |
||
и рабочей дозы. Не располагая |
специальным прецизион |
|||||
ным оборудованием, обеспечить |
точное измерение объе- |
|||||
24* |
371 |
мов микродоз не представляется возможным. В самом деле, для того чтобы обеспечить проведение калибровки предназначенного для анализа продуктов горения хрома тографа по горючим компонентам в пределах от 0,001 до
0,1% |
(объемн.), при объеме рабочей дозы 5 см3 |
следует |
|
иметь |
возможность вводить в прибор |
дозы чистых га |
|
зов объемом от 5- Ю - 5 до 5- Ю - 3 лцл. |
При этом |
погреш |
|
ность, допущенная при измерении столь малых объемов, целиком отразится на результатах анализа и не обес печит требуемой точности в определении химической не полноты горения.
ЭНИН разработан способ калибровки хроматографов по чистым газам, при котором исключается необходи мость непосредственного определения объемов вводимых при калибровке микродоз и объема рабочего дозатора. При этом методе калибровки можно использовать лю бой микродозатор, который обеспечивает воспроизводи мость вводимого объема пробы при постоянных режим ных условиях работы прибора, например микрошприц с ограничителем обратного хода поршня или микродо заторы с движущимся штоком. При этом градуировка и определение объемов микродоз и рабочей дозы не тре буются.
Предварительно путем последовательного введения в прибор с помощью микродозатора и рабочего дозатора любой смеси с неизвестной концентрацией какого-то ком понента определяют соотношение высот пиков этого ком
понента К=Н'рд/к'м,д, |
|
где /г'р.д — высота |
пика |
какого-то |
||||||
компонента при |
введении |
смеси |
рабочим |
дозатором; |
||||||
^'м.д — высота |
пика |
того |
же |
компонента |
при введении |
|||||
смеси |
микродозатором. |
|
|
|
|
|
|
|||
Из |
формулы |
(15-3) |
видно, |
что поскольку |
при этом |
|||||
использована |
одна |
и та |
же смесь |
(СА=САХ), |
|
коэффици |
||||
ент К представляет собой соотношение объемов рабочей дозы и микродозы:
(15-7)
Подставляя в формулу (15-4) вместо отношения объе мов доз коэффициент К, получаем формулу для расчета концентрации компонента А в неизвестной анализируе мой смеси:
(15-8)
-м.д
Процесс калибровки хроматографа по какому-то ком
поненту А теперь сводится |
к введению |
в хроматограф |
с помощью микродозатора |
(для которого |
предварительно |
определен коэффициент К) «чистого» газа, содержащего компонент А в количестве СА, % (объемн.), и измерению высоты полученного пика Лм .д . В- линейном диапазоне сигнала детектора от концентрации расчет количества компонента А в анализируемой смеси ведется по форму ле (15-8). При отсутствии линейности аналогично описан ному выше строится калибровочный график.
Разработанный способ калибровки прост в осущест влении, не требует специального оборудования и обеспе чивает высокую точность калибровки хроматографа (от носительная погрешность ± 1 % ) .
Коэффициент К, определяемый для каждого исполь зуемого в работе микродозатора применительно к рабо чему дозатору хроматографа, является величиной по стоянной. Однако периодически его следует проверять, вводя в прибор любую доступную смесь (например, воз дух или азот).
В качестве примера рассмотрим количественное определение ме тана в анализируемой смеси на хроматографе «Союз», произведенное описанным выше способом.
1. П р е д в а р и т е л ь н ы е о п е р а ц и и . С помощью микродо затора вводим в прибор пробу воздуха и замеряем высоту пика
кислорода /г'м .д = 50 мм (масштаб |
измерения 1:1). Затем с |
помощью |
|||||
рабочего дозатора вводим воздух. Высота |
ттика А'р.д = 212 |
мм |
(мас |
||||
штаб измерения 1 : 25). |
|
|
|
|
|
|
|
По формуле (15-7) для данной пары дозаторов определяем соот |
|||||||
ношение их объемов: |
|
|
|
|
|
|
|
|
ft',, |
212-25 |
|
|
|
|
|
* = ^ = - - 5 0 - = ' 0 6 - |
|
|
|
||||
Этот коэффициент |
используется при |
последующих |
калибровках |
||||
прибора по другим компонентам. |
|
|
|
|
|
|
|
2. К а л и б р о в к а |
и а н а л и з . |
С |
помощью микродозатора |
||||
в прибор вводим «чистый» метан |
( С с |
=99,8%); при этом |
получаем |
||||
пик метана высотой Л „ . д = 1 6 5 мм (масштаб измерения |
1:1). |
Затем |
|||||
рабочим дозатором вводим в прибор анализируемую смесь; на хро-
матограмме фиксируется пик метана |
/г р . д |
=15 0 мм |
(масштаб изме |
рения 1:1). |
|
|
|
Поскольку хроматограф «Союз» |
имеет |
линейный |
сигнал детекто |
ра, расчет концентрации метана в анализируемой пробе ведем по формуле (15-8):
|
С |
_ С |
С Н . У » |
99.8-150 |
= 0 6 & 7 |
% ( о б ъ е М н . ) . |
|
с с н 4 — |
7 С й м д ~" |
106-165 |
|
|
|
Если бы калибровка прибора не имела линейного характера, сле |
||||||
довало |
бы аналогично снять |
несколько |
точек при использовании раз |
|||
личных |
микродоз |
и построить калибровочный |
график. |
|||
