Выбор онлайн-анализаторов газов

1. Для измерения нескольких компонентов также используются масс-спектрометры и хроматографы, но они довольно дорогие. Другие устройства, способные одновременно анализировать несколько компонентов, просто не существуют. 2. Для использования аналитических кабин необходимы интегрированные системы; известные в Китае компании Hangzhou Jucang и SciDragon также занимаются их разработкой. Кроме того, на мой взгляд, компании Beijing Geweinik и Beijing Jiuxinglong также являются хорошими выборами. 3. Лазерные анализаторы могут производиться компаниями ABB, Siemens, Shimadzu; в Китае также есть компании Jufang и Cedron, а также Yousheng. 4. При выборе лабораторных анализаторов в первую очередь рассматривается Agilent.

Компания Beijing York Instrument Technology Development Co., Ltd. занимается продвижением газоанализаторов канадской компании Northern Laser; мы можем обсудить этот вопрос вместе

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем ljtjbx 19.06.2015 в 14:43. Основы онлайн-хроматографического анализатора. Хроматография, также называемая методом слоистой хроматографии, представляет собой физико-химический метод анализа. В этом методе используются различия в силах взаимодействия между разными растворимыми веществами (образцами) и стационарной и подвижной фазами (разделение, адсорбция, ионный обмен и т. д.). При относительном движении этих фаз каждое растворимое вещество неоднократно достигает состояния равновесия между двумя фазами, что позволяет произвести их разделение. Её английское название — хроматография. Это слово происходит от греческих слов chroma и graphein; дословный перевод на английский — color и writing; дословный перевод на китайский — хроматографический метод. Но некоторые также переводят это как метод цветовых слоев или метод хроматографии. В 1906 году русский ученый Цветов исследовал процесс разделения растительных пигментов и ввел понятие хроматографии ； Исследуя пигментный состав листьев растений, он налил экстракт листьев в вертикальную стеклянную трубку, заполненную карбонатом кальция, затем добавил нефтяной эфир, чтобы тот свободно стекал вниз. В результате компоненты пигментов разделились друг от друга, образовав спектры разных цветов. Согласно номенклатуре спектров, этот метод получил название хроматография. Впоследствии этот метод постепенно стал использоваться для разделения бесцветных веществ. Хотя термин «хроматография» уже утратил свое первоначальное значение, он продолжает использоваться и по сей день. Фиксированная фаза — в хроматографии фаза, которая находится в неподвижном состоянии (твердое или жидкое вещество), называется фиксированной фазой (stationary phase) ； Фаза движения — фаза, находящаяся в движении (обычно газ или жидкость), называется фазой движения (mobile phase). Хроматографические методы в зависимости от геометрической формы фиксированной фазы делятся на: колоночную хроматографию. В колоночной хроматографии фиксированная фаза размещается внутри металлической или стеклянной колонны, либо прикрепляется к внутренней стенке капиллары, в результате чего образуется хроматографическая колонна. Образец перемещается от верхней части колонны к её нижней части в одном направлении, что способствует его разделению. В настоящее время в онлайн-хроматографах используется метод столбчатой хроматографии. 　　Паперная хроматография представляет собой метод, при котором в качестве носителя для фиксирующей среды используется фильтровальная бумага. Образец наносится на эту бумагу, затем происходит растворение компонентов с помощью растворителя. Компоненты появляются на бумаге в виде пятен в разных местах; на основе положения и размера этих пятен проводится качественный и количественный анализ. Проще говоря, хроматографический анализатор — это устройство, которое использует принципы хроматографии: сначала с помощью хроматографической колонки смесь разделяется на отдельные компоненты, а затем детектором определяются свойства каждого из этих компонентов. В отличие от нескольких анализаторов состава газов, описанных ранее, хроматографический анализатор позволяет провести полный анализ исследуемого образца: он может определить все компоненты, присутствующие в смеси, а также измерить их содержание. Поэтому хроматографы все шире применяются в научных экспериментах и промышленном производстве. Основные принципы хроматографического разделения: Как следует из вышеизложенного, в процессе хроматографии существуют две фазы. Одна из них находится в состоянии покоя; её мы называем стационарной фазой ； Другая фаза постоянно проходит через стационарную фазу; мы называем её подвижной фазой. Принцип разделения в хроматографии заключается в использовании различий в коэффициентах распределения, способности к адсорбции и других факторах аффинности различных веществ, подлежащих разделению, между двумя фазами. С помощью внешней силы поток фазы, содержащей образец (газ, жидкость), пропускается через поверхность стационарной фазы, закрепленной в колонке или на плите и несмешивающейся с потоком. Когда смесь, находящаяся в движущей фазе, проходит через фиксированную фазу, компоненты этой смеси вступают во взаимодействие с фиксированной фазой. Из-за различий в свойствах и структуре отдельных компонентов смеси, силы взаимодействия между ними и фиксированным слоем также различаются. По мере движения флюидного слоя смесь неоднократно проходит через процесс распределения между двумя фазами. В результате это приводит к тому, что отдельные компоненты задерживаются в фиксированном слое в течение разного времени. Поэтому они выходят из фиксированного слоя в определенном порядке. На выходе хроматографической колонки установлен детектор. Когда какой-либо компонент попадает из колонки в детектор, тот генерирует электрический сигнал, соответствующий концентрации этого компонента. С помощью регистратора записываются сигналы, соответствующие каждому из компонентов. Таким образом формируется хроматограмма, как показано на рисунке ниже. На основе времени появления отдельных компонентов на хроматограмме, а также величины их пиков можно определить состав смеси и концентрацию каждого из компонентов. Классификация хроматографов. Существует множество видов хроматографического анализа, и с разных точек зрения можно применять различные методы его классификации. По классификации состояния фаз: в хроматографии фазой, через которую происходит движение, может быть газ или жидкость. По этому критерию выделяют газовую хроматографию (GC) и жидкостную хроматографию (LC). В промышленности чаще всего используются газовые хроматографы. Фиксированная фаза может быть как твердой, так и жидкостью, нанесенной на твердое тело; это позволяет разделить газовую и жидкостную хроматографию на газ-жидкость хроматографию, газ-твердое тело хроматографию, жидкость-твердое тело хроматографию и жидкость-жидкость хроматографию. Компоненты газовой хроматографии: ① Управление и измерение источника газа и носителя газа. В качестве источника газа часто используются баллоны высокого давления (водород, азот, аргон и т. д.), которые служат резервуарами для хранения высокочистых газов. В этих баллонах установлены редукторы давления, которые снижают давление газа до низкого уровня (0,1–0,5 МПа) для его использования. Газ, поступающий из баллона, называется фазой потока, или также несущим газом. Основная функция носителя газа — транспортировка образца в хроматографическую колонку и детектор. ②Регулирующие клапаны потока позволяют регулировать скорость потока носителя. Чаще всего используются клапаны для стабилизации давления и игольчатые клапаны. Вентрометр используется для измерения скорости потока несущего газа. Часто используются ротационные расходомеры и расходомеры на основе мыльной пленки и т. д. ③Колонка для хроматографии и термостат. Функция колонки для хроматографии – разделение смеси на отдельные компоненты. Обычно используются стальные или медные трубы, внутри которых размещается фиксированный фазовый материал; трубы имеют U-образную или спиральную форму. Обычно внутренний диаметр столба составляет 2–8 мм; существуют также столбы с ещё меньшим внутренним диаметром, которые называются капиллярными хроматографическими столбами. Длина столба обычно составляет 1–4 м или больше. Термостат. Для поддержания постоянной температуры внутри колонки хроматографии или детектора, они часто размещаются внутри термостата. Обычно используется метод постоянной температуры воздуха. Вставка образца — это элемент, который используется для подачи образца в хроматографическую колонку. В случае онлайн-газовых хроматографов к инструментам для подачи образца часто относятся клапаны для переключения потока, клапаны, расположенные рядом с колонкой, а также ёмкости для количественного определения образца. Детектор — это устройство, предназначенное для обнаружения компонентов, выходящих из колонки; результаты обнаружения отображаются в виде сигналов напряжения или тока. Среди наиболее распространенных детекторов — детектор на основе принципа теплопроводности ； Ионизация гидрогеновым пламенем ； Существует несколько типов детекторов: на основе электронного захвата и фламменной фотометрии. ⑤Автоматический регистратор. Функция регистратора — записывать сигналы, поступающие от детектора, что служит основой для качественного и количественного анализа. Однако современные онлайн-хроматографы не оснащаются автоматическими регистраторами; вместо этого используются большие ЖК-дисплеи или компьютеры, но при этом сохраняется интерфейс для подключения автоматического регистратора. Классификация колонок газовой хроматографии. Колонка состоит из ствола колонны и фиксированной фазы. В зависимости от толщины ствола колонны и способа заполнения фиксированной фазой выделяются: наполненные колонки и капиллярные колонки. Среди множества факторов, влияющих на эффективность разделения в хроматографической колонке, ключевым является выбор подходящей фиксированной фазы для газовой хроматографии с использованием заполнительных столбов. Для достижения цели разделения необходимо, чтобы компоненты, подлежащие анализу, обладали различной способностью к адсорбции или распределению на выбранной фиксированной фазе. ①Фиксированный слой в газо-жидкостной хроматографии (хроматографии с разделением) состоит из жидкости с высокой температурой кипения и инертного носителя. Носитель — это химически инертные пористые твердые частицы, которые служат для фиксации жидкости; у них большая площадь поверхности и высокая стабильность (химическая и термическая). Размеры частиц и размеры пор в них распределены равномерно ； Имеет определенную механическую прочность, не ломается легко. Виды и характеристики носителей: тип диатомовой земли: красная диатомовая земля в качестве носителя — обладает высокой прочностью, однако на её поверхности имеются активные центры, из-за чего при разделении полярных веществ пики в хроматограмме могут растягиваться ； Часто используется для разделения неполярных и слабополярных веществ. Белый диатомовый носитель — имеет низкую способность к поверхностному адсорбированию, но слабая прочность; часто используется для разделения полярных веществ. Несиликатные носители: фторсодержащие носители, подходящие для анализа сильно полярных и коррозионных газов ； Стеклянные микросферы, подходящие для анализа веществ с высокой температурой кипения ； Полимерные пористые микросферы могут использоваться в качестве адсорбента в газо-твердотельной хроматографии, а также в качестве носителя в газо-жидкостной хроматографии. Предварительная обработка носителя: устранение активных центров на его поверхности с целью их депатентации. Метод кислотной обработки (удаление щелочных активных групп) ； Метод щелочной обработки (удаление групп с кислотной активностью) ； силанирование (удаление сил водородных связей) ； Обработка глазурью (заглаживание поверхности, закрытие микропоров) и т. д. ②Фиксирующая жидкость — основной компонент, наносимый на носитель в качестве фиксирующей фазы. Требования к фиксирующей жидкости: хорошая химическая стабильность: отсутствие реакции с носителем, нагнетаемым газом и исследуемыми веществами ； Хорошая термостабильность: при рабочей температуре находится в жидком состоянии, имеет низкое давление пара и не так легко улетучивается ； Высокая селективность: большие различия в коэффициенте распределения K ； Хорошая растворимость: фиксирующая среда должна обладать определенной растворимостью по отношению к исследуемому компоненту. Взаимодействие между компонентами и молекулами фиксирующей среды: силы взаимодействия между компонентами и молекулами фиксирующей среды обычно включают электростатические силы, индукционные силы, дисперсионные силы и силы водородных связей. В газо-жидкостной хроматографии компоненты могут распределяться в фиксированном слое только тогда, когда сила взаимодействия между молекулами компонента и молекулами фиксированного слоя превышает силу взаимодействия между самими молекулами компонента. Для достижения цели разделения компонентов необходимо выбрать подходящий фиксирующий раствор, который обеспечит различие в силах взаимодействия между каждым из компонентов и этим раствором. Классификация фиксирующих жидкостей: существует более четырехсот видов фиксирующих жидкостей; для их классификации обычно используется критерий относительной полярности. Выбор фиксирующей жидкости: как правило, он осуществляется на основе свойств образца (полярности и функциональных групп) в соответствии с принципом «схожее растворяется в схожем». Можно рассмотреть следующие аспекты: а. Для разделения неполярных смесей обычно используется неполярный фиксирующий состав; силы взаимодействия между молекулами фиксирующего вещества представляют собой преимущественно дисперсионные силы. Компоненты образца проявляются в виде пиков в порядке возрастания температуры кипения. Часто используются: скуалан (изотритрицетан), гексадецан, силиконовые масла и т. д ； б. Для разделения смесей средней полярности обычно используется фиксирующее вещество средней полярности. Силы взаимодействия между компонентами и молекулами фиксирующей среды представляют собой преимущественно дисперсионные и индуцированные силы. Компоненты образца проявляются в виде пиков в порядке возрастания температуры кипения. в. Для разделения полярных компонентов используется полярный фиксирующий агент, причем силой взаимодействия между молекулами фиксирующего агента является преимущественно ориентационная сила. В образце, предназначенном для тестирования, компоненты выделяются в порядке убывания полярности. Например, при анализе ацетальдегида и акриальдегида с использованием полярного фиксирующего вещества полиэтиленгликоль-1200M первым выделяется ацетальдегид с более низкой полярностью. д. Для разделения смеси неполярных и полярных (легко поляризуемых) компонентов используется полярный фиксирующий слой: сначала выделяются неполярные компоненты, а компоненты полярные (или легко поляризуемые) — позже. Например, при использовании динонилфталата с умеренной полярностью в качестве фиксирующего вещества можно количественно разделять бензол (температура кипения 80,1°C) и циклэтан (температура кипения 80,8°C), у которых температуры кипения практически одинаковы. Циклхексан выделяется первым. Если же использовать неполярное фиксирующее вещество, разделение этих веществ становится крайне затруднительным. е. Для компонентов, способных образовывать водородные связи, следует использовать сильно полярные или водородно-связывающие фиксирующие среды. Например, при разделении полиолов, цианоэфиров, фенолов и аминов те вещества, у которых сложно образовываться водородные связи, выделяются первыми. Фиксированная фаза газо-твердотельной (адсорбционной) хроматографии — твердые адсорбенты: ① Активированный уголь: неполярный адсорбент, используется для анализа низкосодержащих углеводородов, газов и короткоцепочечных полярных соединений. ②Алюминий оксид: адсорбент с слабой (средней) полярностью, применяется в основном для анализа углеводородов C1–C4 и их изомеров. ③Силиконовая смола: сильный полярный адсорбент, часто используемый для анализа сульфидов: COS, H2S, SO2 и т. д. ④Молекулярные сита (искусственно синтезированные силикаты): сильные полярные адсорбенты, используемые для эффективного разделения H2, O2, N2, CH4, CO при комнатной температуре. ⑤Полимерные пористые микросферы: полярные и неполярные адсорбенты, способные адсорбировать полярные вещества — полиолы, жирные кислоты, нитрилы, амины, или неполярные вещества — углеводороды, эфиры и т. д ； Особенно подходит для анализа микроколичеств воды в органических веществах. Газ-носитель в газовой хроматографии: от газа, используемого в качестве газа-носителя в газовой хроматографии, требуется высокая химическая стабильность ； Высокая чистота ； Дешево и легко доступно ； Может быть применим к используемому детектору. Часто используемыми носителями газа являются водород, азот, аргон, гелий, углекислый газ и так далее. Среди них водород и азот имеют низкую стоимость и хорошие свойства, поэтому являются подходящими газами в качестве несущего газа. Водород часто используется в качестве носителя газа при применении TCD благодаря таким свойствам, как низкая молекулярная масса, большой радиус молекулы, высокая теплопроводность и низкая вязкость. В FID это необходимый горючий газ. В настоящее время источниками водорода, помимо стальных баллонов высокого давления, могут служить генераторы водорода, работающие по принципу электролиза воды. Водород легко воспламеняется и может взорваться, поэтому при его использовании необходимо обращать особое внимание на безопасность. Благодаря низкому коэффициенту диффузии азот обеспечивает высокую эффективность колонки, в связи с чем, помимо детектора TCD, в качестве несущего газа часто используется азот. Причина, по которой его реже используют в TCD, заключается в том, что у азота низкая теплопроводность и низкая чувствительность. Однако при анализе H2 необходимо использовать N2 в качестве несущего газа; в противном случае TCD не сможет обеспечить точный анализ H2. С точки зрения характеристик газа-носителя в хроматографии, гелий близок по свойствам к водороду и обладает преимуществом в виде высокой безопасности. Но из-за высокой цены его используют реже. Принципы выбора газа-носителя: при выборе газа в качестве носителя в первую очередь необходимо учитывать тип детектора, который будет использоваться. При использовании детектора на основе камеры теплопроводности (TCD) для повышения чувствительности рекомендуется использовать в качестве носителя газа водород или гелий; кроме того, водород способствует увеличению срока службы тунгстеновой нити, являющейся теплочувствительным элементом ； Для детектора водородного пламени (FID) подходит азот в качестве несущего газа; также можно использовать водород ； Детектор электронного захвата (ECD) обычно используется при чистоте азота, превышающей ； Для детектора светимости пламени (PFD) часто используются азот и водород: коэффициент диффузии зависит от свойств несущего газа и обратно пропорционален квадратному корню из молярной массы газа. Поэтому использование газа с большой молярной массой позволяет снизить коэффициент диффузии молекул, тем самым повышая эффективность колонны. Однако при использовании газа с малой молярной массой коэффициент диффузии молекул увеличивается, что снижает коэффициент сопротивления передачи вещества в газовой фазе и, таким образом, повышает эффективность колонны. Поэтому при использовании низкоскоростного несущего газа следует выбирать газы с большой молярной массой, а при высокоскоростном использовании — газы с малой молярной массой. Выбор чистоты несущего газа: В принципе, при выборе чистоты газа основное внимание уделяется следующему: ① Объект анализа ； ② Наполнитель в хроматографической колонке ； ③ Детектор. Рекомендуется при соблюдении требований к анализу использовать газы с максимально высокой чистотой. Это не только повысит (поддержит) высокую чувствительность прибора, но и увеличит срок службы хроматографической колонки, а также всего прибора в целом (элементов управления газовым потоком, газовых фильтров). Практика показывает, что при использовании таких устройств среднего и высокого класса для микроанализа длительное использование газового источника с низкой чистотой затрудняет восстановление высокой чувствительности устройства при необходимости анализа образцов с низкой концентрацией. Для низкоклассных приборов, предназначенных для анализа в постоянных или полумикромолярных количествах, использование газов высокой чистоты не только увеличивает затраты на эксплуатацию, но и требует наличия устройств для очистки газа. Это усложняет конструкцию газовых каналов, что повышает риск возникновения утечек или других проблем, влияющих на нормальную работу прибора. Поэтому не рекомендуется очищать такой газ для хроматографии. Кроме того, в целях выполнения определенных специальных аналитических задач в носительный газ намеренно добавляются определенные «нечистоты». Например, для анализа полярных соединений добавляется подходящее количество водяного пара; при использовании детектора фламменной фотометрии (FPD) для повышения чувствительности к анализу сульфидов добавляется небольшое количество серы. Для работы детектора ионизации гелия содержание неона должно составлять 5–25 ppm; в противном случае при анализе водорода, азота и аргона могут появляться отрицательные пики или пики в форме буквы «W».

В эти дни у меня было много дел. Спасибо всем старшим коллегам за советы. Ещё один вопрос: каковы преимущества и недостатки масс-спектрометров и хроматографов по сравнению с лазерными анализаторами?

Спасибо! Ещё один вопрос: в чём примерно разница в цене масс-спектрометров и хроматографов по сравнению с лазерами? Каковы его преимущества и недостатки по сравнению с лазерным анализатором?

Масс-спектрометры и хроматографы стоят гораздо дороже, чем лазеры; точную разницу в цене сказать сложно — это зависит от того, какой бренд вы выберете. Для использования масс-спектрометров и хроматографов лучше выбирать зарубежные бренды, такие как известные американские компании Thermo Fisher, AAI и т. д. Стоимость подобных устройств составляет от 2 до 5 миллионов. Что касается хроматографов от компании ABB, то их стоимость также составляет сотни тысяч или даже миллионы. По сравнению с лазерами, масс-спектрометры и хроматографы обладают более высокой точностью измерений и лучшей стабильностью.

Масс-спектрометры и хроматографы теперь уже не такие дорогие