氣相色譜法在煤化工分析中的應用研究

摘 要：越來越多的理論實驗的方法隨著科技的發(fā)展被應用到實際的工程中。作為一種比較典型的樣品分析方法，氣相色譜法已經(jīng)應用于化工、石油、煤炭、環(huán)保、醫(yī)藥等眾多領域，且皆取得了令人滿意的效果。本文簡單介紹了色譜分析法，分析了該方法應用過程中的重要技術(shù)，并不斷完善色譜分析法的應用效果。

關(guān)鍵詞：氣相色譜法；煤化工；分析；應用；毛細管柱

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.014

1 氣相色譜法介紹

被廣泛應用于建設、國防、建設、醫(yī)療、煤炭、化工等領域的氣相色譜分析法是一種分離、分析的典型技術(shù)，該技術(shù)起源于上世紀五六十年代。該方法可以實現(xiàn)快速對氣體濃度進行分析，現(xiàn)在主要應用于有氣體形式存在的氣-固態(tài)、氣-液態(tài)分析，其有很多可以作為固定相的物質(zhì)，是一種快速分析、高效分離的方法。氣相色譜分析法的氣體分析速度及使用范圍隨著高靈敏選擇性檢測器的衍生不斷擴大。火焰電離檢測器及熱導檢測器是氣相色譜分析法中常應用的檢測器，可以實現(xiàn)靈敏響應，較檢測濃度的范圍較大。其中前者除了載氣外的物質(zhì)外均可以檢測，而后者主要應用于烴類檢測。

2 基于煤氣成分下的氣相色譜儀研究

2.1 色譜柱子的處理與甄選

O2、N2、CO、CO2、CH4等作為煤化工生產(chǎn)過程中必然的產(chǎn)物組成了煤氣，應用氣相色譜儀分析這些氣體成分時需要選擇5A或者13X的的色譜柱子，兩種色譜柱子的分析有一定區(qū)別，5A柱子每次分析持續(xù)時間約為18min，13X柱子每次分析持續(xù)時間約為8min。雖然兩種柱子分析時間不同，但是兩種柱子的價格卻相差不大[4]。

5A柱子分析持續(xù)時間相對于13X柱子較長，但是各峰間距較13X柱子比較遠，特別是CO峰與CH4峰間距比13X填充柱遠很多，且不容易出現(xiàn)粘連現(xiàn)象。而出峰時間較短的13X柱子的各峰距離較近且容易粘連，特別是相對向前移動速度過快的CO峰柱效時間很短，大約每隔10天左右就需要來老化柱子。

為了充分的保護13X/5A分子篩通常采用Porapak柱分離二氧化碳后作為預柱反吹掉水煤氣中的水分及其他重組分的方法。13X/5A分子篩可以對氧氣、氮氣、甲烷、一氧化碳等剩下的組分氣體進行很好的分離及分析。為了保證色譜分析系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，避免分子篩色譜柱被頻繁老化，通常采用反吹預柱的方法來將水等有害分子篩的成分反吹掉。Porapak及Hayesep系列填充柱都是很好的方法[5]。

現(xiàn)階段應用較多的分析復雜混合物方法是毛細管色譜分析技術(shù)，特別是宇宙物質(zhì)及一些金屬有機物和無機物，環(huán)境與大氣污染物質(zhì)等。微填充柱、填充毛細管柱、空心柱等多種類型構(gòu)成了毛細管色譜柱。為滿足要求，分析不同的氣相混合氣組成時，要從合理及經(jīng)濟角度選擇最佳的色譜柱，例如微填充柱內(nèi)徑通常在0.5毫米到1毫米之間，對顆粒間隙小、固定液用量不多的氣相混合氣柱單較高，理論板高可以到0.3毫米[6]。

2.2 能夠?qū)χнM行干預的要素

主要有兩個能對氣相色譜法中的柱效形成干預的因素，一是載氣的純度，另外是樣氣中的雜質(zhì)的影響。氫氣是大多數(shù)實驗室用的載氣，其純度可以達到99.999%，O2含量不高于3ppm，在使用前載氣需要由凈化裝置進行去水脫氧。由于對柱效影響最大的是水分子，所以常采用高溫老化的方法進行處理；樣氣中的雜質(zhì)對氣相色譜法中的柱效也會形成干預，通常使用硅膠來進行干燥處理樣氣，當樣品中H2S含量較高時，通常用預留柱反吹的方法來進行處理，另外一種方法是等待組分出完峰后進行反吹的手段來除去有害組分，以免其干擾色譜柱。

2.3 色譜工作研究

一般情況下采用TCD檢測器分析的方法來進行煤氣分析，通常設定柱箱的溫度在80到100攝氏度之間。

檢測器的溫度一般為200攝氏度左右，載氣的流速設置為兩路流速平衡時的20毫升每分鐘左右，若未保持平衡會影響基線導致其彎曲的情況。為了測量煤氣的純度，通常要采取以下措施，一是要使用純度很高的H2作為氣體的載氣，二是要進行干燥處理，使用凈化裝置去水脫氧，以免水氣影響柱子效果。

2.4 填充柱和毛細管柱的成分實踐和研究

硅酸鋁的鈉鹽或鈣鹽是氣固色譜中常用的新型吸附劑的主要組成成分，5A、13X填充柱的內(nèi)部主要成分是分子篩。其中13X組成的質(zhì)量比為：Na2O3： Al2O3： SiO2=1：1：3。容易吸水的分子篩吸水后的空穴被水分子占據(jù)而使活性消失。故通過分子篩進行色譜分析時，載氣要很干燥另外為了增強吸附效果，還會采用氨甲酸、二氧化碳會被分子篩不可逆地吸附。

通常通過氧與氮的分離情況來判斷其是否失效[7]。Porapak系列填充料在氣相填充柱中應用廣泛，在基于二乙烯基苯與苯乙烯基質(zhì)的Porapak Q，在溶劑殘留與氣體分析方面有著廣泛地應用，以甲醇為例，在每米300左右。Hayesep系列填充柱填料為Hayesep Q，其基質(zhì)與Porapak Q完全一致，它的柱效在相同的條件下能夠達到每米700-800.毛細管信是一種又細又長，形如毛細管的開放式管柱，固定液涂在毛細管內(nèi)壁上。由于阻力小，渦流擴散項不存在，長可為填充柱的幾十倍，總柱效要比填充柱高的多，另外還具有分析速度快與柱容易小的優(yōu)點。

3 結(jié)語

氣相色譜分析法精度高、快捷、方便，很適合應用于煤化工分析領域，但是要考慮到行業(yè)的特殊性，需要流行很多因素的影響，在實際使用過程中要選擇適當?shù)姆椒ǎ_的使用，才能更好的發(fā)揮該技術(shù)在煤化工分析領域的作用，該技術(shù)的完善會提高其準確度和精密性，更好的服務于煤化工行業(yè)。

參考文獻：

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[6]孔維偉.煤焦油和頁巖油的組成分析[D].大連理工大學，2013.

[7]劉利昆.氣相色譜法在環(huán)境監(jiān)測中的應用[J].環(huán)境與生活，2014，06：18-20.

作者簡介：胥興鈺，男，新疆伊犁人，主要從事：分析檢驗工作。