Технические измерения и приборы. Вопрос Преобразователи механических величин и системы дистанционной передачи

• Название: Вопрос Преобразователи механических величин и системы дистанционной передачи
• Дата: 08.02.2022
• Размер: 4.5 Mb.
• Имя файла: Технические измерения и приборы.doc
• Тип: Документы; #354979
• страница: 9 из 13

Газовая хроматография.

Физико-химический метод разделения компонентов смеси, при ее движени вдоль слоя сорбента.

Адсорбция – поглощение поверхностью.

Абсорбция – поглощение объемом.

Хемосорбция – сопровождается химическими процессами.

В хроматографии используются первые два.
Классификация хроматографических методов.

По способу перемещения разделяемой смеси вдоль слоя сорбента:

• 
  фронтальный
  
• 
  вытеснительный
  
• 
  проявительный
  
• 
  вакантохроматографический
  
• 
  сорбционно-спектральный
  

Ф
ронтальный метод. Анализируемую смесь непрерывно пропускают вдоль слоя сорбента.
А, В, С расположены в порядке возрастания сорбируемости. Недостатки – в чистом виде выделяется только первый компонент, наиболее плохо сорбирующийся, после проведения анализа сорбент требует регенерации.

Этот метод используется в препаративной хроматографии.
В
ытеснительный метод заключается в том, что проба анализируемой газовой смеси перемещается вдоль слоя сорбента потоком вещества, сорбирующегося лучше, чем любой из компонентов смеси. Это вещество называют вытеснителем.

Недостатки – отсутствие четких границ между компонентами, сорбент требует регенерации.
Проявительный метод. Проба анализируемой газовой смеси перемещается вдоль слоя сорбента потоком вещества, сорбирующегося хуже любого из компонентов смеси или вообще не сорбирующимся. Это вещество – газ-носитель. Компоненты А, В, С будут разделены участками газа-носителя, смесь проявляется.

Д
остоинства – такой хроматограф легко расшифровать, сорбент остается чистым. Этот метод получил широкое распространение.
В
акантохроматографический метод является комбинацией фронтального и вытеснительного. В непрерывно пропускаемый поток газов смеси вводят пробу несорбирующегося газа.

Достоинства – в проявочном методе десорбционный элемент идет сзади сорбционного и поэтому получается, что пик длится долго, а здесь все наоборот, т.е. газ толкает пробку, пики симметричные и четкие.
Сорбционно-спектральный метод. Основан на анализе пробы газа носителя и температурного поля, меняющегося во времени и пространстве. Этот метод еще называют хромотермографией. Он позволяет уменьшить время проведения анализа и сжать пики.
В зависимости от агрегатного состояния подвижной и неподвижной фазы различают:

• 
  газо-адсорбционный
  
• 
  газо-жидкостный
  

В первом методе подвижная фаза – газ, а неподвижная фаза – сорбент, либо жидкость, нанесенная тонким слоем на твердый пористый носитель.
Требования к газу-носителю:

1. 
   Он должен быть инертен и по отношению к компонентам и по отношению к сорбенту.
   
2. 
   Обладать малой вязкостью.
   
3. 
   Быть дешевым и доступным.
   

В качестве газов-носителей могут использоваться воздух, азот, аргон, углекислый газ, водород, гелий.
Требования к твердым сорбентам:

1. 
   Селективность по отношению к компонентам, т.е. он должен по разному их сортировать.
   
2. 
   Химическая инертность.
   
3. 
   Механическая прочность.
   
4. 
   Способность к заполнению хроматографической колонки.
   

Плотность набивки – количество сорбента в граммах на мл объема насадочной колонки.

Адсорбенты: активированный уголь, окись алюминия, силикогели.
В газо-жидкостном методе в качестве неподвижной фазы используется жидкость. Требования к ней такие же, что и к сорбенту, но она наносится на твердый пористый носитель.

Требования к твердому носителю:

1. 
   Химически и сорбционно инертен.
   
2. 
   Большая удельная поверхность.
   
3. 
   Способность к заполнению колонки.
   
4. 
   Температурная стабильность.
   
5. 
   Механическая прочность.
   

Используются огнеупорный кирпич, карборунд, диатомовая глина.

Аппаратурное оформление процесса хроматографии.

Процесс происходит в приборе – хроматографе.
1
– дозатор

2 – хроматографическая колонка

3 – хроматографический детектор

4 – регистратор
Дозатор предназначен для ввода в 2 газообразной или жидкой пробы. Если используется жидкая проба, то дозатор должен содержать испаритель.

Т
ребования: воспроизводимость объема вводимой пробы, химическая и сорбционная инертность.

Дозатор в виде кольцеобразного объема.
При повороте газ-носитель захватывает пробу и поступает в колонну.




Запорное устройство.
В режиме подготовки пробы нечетные открыты, а четные закрыты. При введении пробы – наоборот.
Хроматографическая колонка.

В ней происходит весь процесс разделения. Это основной узел.

Колонки бывают насадочные и капиллярные.
Н
асадочные представляют собой трубку с внутренним диаметром 4 – 8мм и длиной 0,5 – 10м. Трубка изготовлена из нержавеющей стали и содержит сорбент. Колонки помещаются в термостат, где температура поддерживается с точностью 0,5 – 0,1С.
Капиллярные выполнены в виде трубок с внутренним диаметром 0,2 – 1мм и длиной 15 – 100м. Используются в газо-жидкостных хроматографах и жидкость в них распределяется тонкой пленкой по стенкам. Достоинство – хорошая разделяющая способность (высокая эффективность).
Хроматографический детектор. Газоанализатор, фиксирующий какое-либо свойство выходящей из колонки бинарной газовой смеси.

Детекторы различаются чувствительностью, которая измеряется в единицах Нортера. Это величина выходного сигнала в мВ при изменении концентрации на 1мг на мл, т.е.:

чувствительность по Нортеру.

В хроматографии получили распространение следующие методы:

• 
  термокондуктометрический
  
• 
  пламенно-ионизационный
  
• 
  термоионный
  
• 
  пламенно-фотометрический
  
• 
  электронно-захватный
  

Термокондуктометрический метод аналогичен термокондуктометрическому газоанализатору. Чувствительность 50 – 1000 единиц по Нортеру.
Пламенно-ионизационный детектор.

П ринцип действия основан на ионизации анализируемого вещества в водородном пламени. Ионизирующийся участок находится между горелкой и коллектором. Чувствительность 10⁵ единиц по Нортеру – самая высокая.

Недостаток – применение лишь для анализа горючих компонентов газовой смеси. Если в качестве газа-носителя используется водород, то его дополнительно не подают.

Термоионный детектор.

По принципу действия аналогичен предыдущему и отличается тем, что в водородное пламя вводят пары щелочных металлов. Присутствие этих паров вызывает резкое повышение чувствительности к фосфоро- и азотосодержащим соединениям.
Плазменно-фотометрический детектор.

Предназначен для анализа фосфоро- и серосодержащих соединений.

С
еросодержащие соединения, попадая в водородное пламя преобразуются в радикалы. Режим работы датчика подбирают таким образом, чтобы создать условия для образования в алюминии частиц S₂. В пламени возникают световые вспышки, которые регистрируются фотоумножителем.
Электронно-захватный датчик.

О снован на способности молекул некоторых веществ захватывать электроны и превращать их в ионы.

В качестве источника используется Ni⁶³_, ионизирующийся потоком -частиц. Этот детектор наиболее чувствителен к хлорсодержащим соединениям.

Способы расшифровки хроматографии.

Хроматограмма – запись процесса разделения компонентов в смеси во времени.




1 – нулевая линия, соответствующая сигналу детектора, через который проходит чистый газ-носитель

2 – ник несорбирующегося компонента

3 – пик одного из выделившихся компонентов

В нем различают h – высота пика, - полуширина пика (на высоте 0,5h).


- расстояние между максимами пиков.



- степень разделения компонентов

Чем больше К, тем лучше.

Концентрации отдельных компонентов по имеющимся хроматограммам можно определить следующими способами:

1. 
   По высоте пиков, если К > 0,65. Измерить высоту пиков, найти сумму высот, высоту каждого пика разделить на эту сумму.
   
2. 
   Способ треугольника, в виде произведения высоты пика на его полуширину (так же как и в предыдущем).
   
3. 
   По площади пиков (самый точный). Определяют площадь всех пиков, суммируют, делят каждую площадь на эту сумму.
   

Концентрация измеряется:



- калибровочные коэффициенты, которые учитывают чывствительность детектора к данному компоненту.

- один из вышеперечисленных параметров.
Любой хроматограф состоит из датчика, системы управления и регистрирующего устройства.
Датчик (устанавливается в непосредственной близости от объекта):

1. 
   Дозатор
   
2. 
   Колонки
   
3. 
   Устройство для переключения колонок
   

Система управления:

1. 
   Программируемое устройство. Обеспечивает установку нуля регистратора, изменение масштаба шкалы самописца, скорости движения диаграммы.
   
2. 
   Стабилизированный источник питания.
   

Система регистрации:

1. 
   Самопишущий прибор с записью на ленточную диаграмму в прямоугольных координатах.
   
2. 
   Автоматическое устройство для расчета концентраций.
   

В ряде случаев однократное проведение процесса недостаточно для решения задачи.

И
спользуют метод обратной продувки.
Сплошные линии – нормальная работа хроматографической колонки.

Пунктирные линии – обратная продувка.
Д ля ускорения анализа используют метод полуобратной продувки.
1 – дозатор

2а, 2б – секции хроматографической колонки

3 – детектор

4 – кран-переключатель

5 – вентиль

6 – заглушка

При повороте крана открывается вентиль.

М етод параллельной продувки
Когда кран поворачивается на 60 - открывается вентиль.

В некоторых случаях недостаточно однократного разделения смеси на одной колонке. Используют несколько колонок с различными сорбентами или температурными режимами.






1 – дозатор

2 – кран-переключатель

3, 4 – колонки с различными сорбентами или температурными режимами.

5 – детектор
Все перечисленные схемы называются многоступенчатыми схемами хроматографического анализа.