Газовые хроматографы

Все рассмотренные типы газоанализаторов позволяют определять концентрацию только одного компонента газовой смеси. В отличие от них хроматографические газоанализаторы (хроматографы) способны производить полный анализ газовой смеси, т. е. определять концентрации всех газов, составляющих эту смесь.

Процесс измерения в хроматографе происходит в две стадии: сначала смесь разделяется на отдельные компоненты, а затем измеряется содержание каждого компонента смеси.

Качественный и количественный анализ сложных газо­вых смесей осуществляется методами хроматографии. В их основу поло­жено разделение смеси на компоненты под воздействием одновременно протекающих массообменных процессов — сорбции (поглощения газа сорбентом) и десорбции (выделения) с последующим анализом разделен­ных компонентов. Для этого анализируемую смесь пропускают через сорбент, перемещая ее потоком газа-носителя, химически нейтрального по отношению как к компонентам смеси, так и к сорбенту. Из ряда методов можно выделить газо-адсорбционную хроматографию (сорбент — твердое пористое вещество) и газо-жидкостную (сорбент — жидкий нелетучий растворитель). Приборы, на которых реализуются хроматографические методы анализа, называются хроматографами. Упрощенно схема хроматографа показана на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Блок-схема хроматографа: 1 — дозатор; 2 — колонка; 3 — детектор; 4 — регистратор; 5 — дроссель; 6 — ротаметр

Через дозатор 1 отбирается калиброванный объем анализируемой смеси, который захваты­вается потоком газа-носителя и переносится в разделительную колонку 2, заполненную сорбентом. Колонка — это трубка диаметром 4 - 6 мм из нержавеющей стали, длиной до нескольких метров.

Рис. 3.5. Схема, поясняющая процесс разделения смеси в колонке

Работу колонки можно пояснить на примере разделения условной трехкомпонентной газо­вой смеси А+B+С (см. рис. 3.5). Колонка показана также условно в разные моменты времени: в момент, ввода пробы (1), на стадии разделения (2) и в момент выхода первого компонента (3). Вследствие различной степени поглощения сорбентом компоненты перемещаются вдоль колонки газом-носителем с разными скоростями и в результате разделяются. Они обра­зуют с газом-носителем бинарные смеси и выходят из колонки в определен­ной последовательности — сначала «легкие», т. е. менее сорбируемые (компонент А), а затем более «тяжелые» (В и С). Бинарные смеси разде­ляются зонами чистого газа-носителя. Чем больше различаются компонен­ты по сорбируемости, тем меньшей длины потребуется колонка для их разделения.

Эффективность работы колонки зависит также от ее температуры, типа сорбента, газа-носителя и его расхода. Компоненты анализируемой смеси обнаруживаются детектором 3 (см. рис. 3.4), в который они пооче­редно поступают из колонки.