氣相色譜法在煤化工分析中的應用

楊 宇

七臺河市吉偉煤焦有限公司甲醇廠，黑龍江 七臺河 154600

近年來，隨著科學技術的快速發展，氣相色譜儀的使用越來越廣泛。在石油、化工、環保、疾控、醫藥、電力、食品、科研和教育等眾多領域都得到了普遍應用，并且也得到了使用者的一致好評。

1 氣相色譜法簡介

氣相色譜法是近50多年以來迅速發展起來的新型分離、分析技術，主要用于低分子量、易揮發有機化合物（約占有機物的15%～20%）的分析，目前從基礎理論、實驗方法到儀器研制已發展成為一門趨于完善的分析技術。氣相色譜法操作時使用氣相色譜儀，進行分析時需用的設備有：載氣流速控制及測量裝置；進樣器和氣化室；色譜柱和柱溫控制；檢測器及恒溫室；數據處理系統。

2 氣相色譜儀的主要特點

1）選擇性高：對性質極為相似的烴類異構體、同位素、旋光異構體具有很強的分離能力；

2）分離效率高：一根2m的填充柱可具有幾千塊理論塔板數，一根25m的毛細管柱可具有105～106塊理論塔板數，能分離沸點十分接近和組成復雜的混合物。例如，一根25m毛細柱可分析汽油中50～100多個組分；

3）靈敏度高：使用高靈敏度的檢測器可檢出10-11-10-12g的痕量物質；

4）分析速度快：是相對化學分析法而言的，通常完成一個分析，僅需幾分鐘或十幾分鐘，而且樣品用量少，氣樣僅需1ml，液樣僅需0.5ul～1ul。

氣相色譜法的上述特點，擴展了它在各行業中的應用，不僅可以分析氣體，還可以分析液體、固體及包含在固體中的氣體。只要樣品在-196-450℃溫度范圍內，可以提供26-1330Pa蒸氣壓，都可用氣相色譜儀進行分析。

3 氣相色譜儀對煤氣的分析

3.1 色譜柱子的選擇

圖1 （13X柱）

圖2 （5A柱）

在煤化工生產中，煤氣是必然產物，其主要成分是O2、N2、CO、CO2、CH4、H2、C2H2、 C2H4、C2H6、C3H6、C3H8等 ，分 析 以上氣體成分選擇的色譜柱子是填充柱13X或5A（煤氣中的CO2及碳氫化合物由GDX-104填充柱測出），這兩種柱子各自分析的時間不同。如果選擇的是13X填充柱，一次進樣分析的時間約為8min，如果選擇的是5A填充柱，一次進樣分析的時間約為18分鐘。（如圖1、圖2）

他們在價格上是一樣的，但是柱效是有差異的。對于13X填充柱，整個岀峰時間短，但各峰之間距離較近，導致各峰容易粘連，特別是CO峰相對向前移動較快，柱效時間短，約10天左右需要老化柱子。而對于5A填充柱，雖然一次進樣分析的時間較長，但各峰之間距離較遠，特別是CO峰與CH4峰之間距離要比13X填充柱遠得多，所以不易粘連，柱效時間長，約一個月才需要老化柱子，當5A填充柱使用一段時間后，CO峰會向前移動，你可以根據CO峰出完的時間來改變條件，縮短整個分析時間。

3.2 影響柱效的幾個因素

1）載氣純度

選用的載氣是氫氣，純度是99.999%，含氧量＜3ppm，含水露點是-56℃，載氣要經過凈化裝置進行去水脫氧，特別是水分子對柱效影響最大，但這種影響可以通過高溫老化給予解決。

2）樣氣中的雜質

樣氣進色譜前需經過硅膠干燥處理，如樣氣中含有較高的硫化氫氣體，可用硫酸銅過濾，以便減少對色譜柱子的污染。

3.3 色譜工作條件

分析煤氣時，柱箱溫度設定為50℃，注樣器溫度設定為50℃，檢測器溫度設定為100℃。載氣流速為30mL/min兩路流速平衡，否則會造成基線彎曲。

3.4 5A、13X填充柱的成分

5A、13X填充柱內部主要成分是分子篩，分子篩是在氣固色譜分析中廣泛采用的新型的吸附劑，它是一類人工合成的泡沸石，其組成是硅酸鋁的鈉鹽或鈣鹽。氣固色譜中通常用

4A、5A、13X三種類型分子篩。4A分子篩其中4表示分子篩的平均孔徑，A表示類型，其組成的質量比為Na2O3:Al2O3:SiO2=1:1:2，當其中有1/4到3/4的Na+被Ca2+置換后便成5A型的。X型化學組成和A型的基本相似，只是其中硅鋁比值高一些。如13X其組成的質量比為：

分子篩主要用于分析永久性氣體O2、N2、CO、CH4、H2，分子篩很容易吸水，當它吸水后，水分子就占據了分子篩的空穴，使其失去了活性，因而在用分子篩進行色譜分析時，載氣要十分干燥，分子篩失效后需重新活化。此外，使用時還應注意，某些物質如氨甲酸、二氧化碳等會被分子篩不可逆吸附，分子篩是否失效通常可從氧、氮的分離情況來判斷。

綜上所述，氣相色譜法在煤化工分析中的應用使我們的分析工作受益非淺，只要我們正確應用，方法得當，細心揣摩，那么氣相色譜法使用起來會非常快捷、方便、得心應手。

[1]孫傳經編.氣相色譜分析原理與技術[M].北京：化學工業出版社，1979.

[2]劉虎威編著.氣相色譜方法及應用[M].北京：化學工業出版社，2000.

[3]劉珍主編.儀器分析化驗員讀本[M].北京：化學工業出版社，2003.