工业气相色谱仪

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工业气相色谱仪用于分离和分析工业工艺过程中气体的化学成分。化学惰性气体携带分子经过受热的色谱柱时,气相色谱仪使样品在固定相和流动相间蒸发分离。

横河电机的气相色谱仪可使用触摸屏进行轻松操作,能够进行可靠、精确的过程分析。所有色谱的设置、显示和数据完全独立,便于理解和维护。自1959年以来,横河电机为世界多地的石油天然气、炼油和石化行业提供了气相色谱仪解决方案。过去的50年,横河电机仍不断改善气相色谱仪产品,以满足过程工业不断变化的需求。

关于气相色谱仪

  • GC8000工业气相色谱仪

    GC8000内置12英寸彩色触摸屏显示器,简化了维护工作。只要轻触屏幕,所有的分析参数和测量结果便会以简单易懂的图形形式呈现在彩色显示屏上,供技术员查用。

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  • GC8000的气相色谱仪AI维护支持(GCAI)

    GCAI软件使用为每个监测中的GC8000构建的机器学习模型来实时检测“异常”测量条件。
    该系统帮助客户提前处理故障,并在发生故障时实现及时的维护响应。
    用户可以通过较少的设置开始使用。

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详细介绍

什么是气相色谱法?

气相色谱法是一种定性和定量分析方法,可以通过色谱法将气体或挥发性液体混合物中的多种组分分离到每种组分中。在气相色谱中,流动相是气体,固定相是吸附性或非挥发性(高沸点)液体。样品中的组分通过与固定相的相互作用(例如吸附性或分配系数)进行分离,每个组分的相互作用都是不同的。
气相色谱法被广泛使用是因为;

  • 可以测量沸点高达约300℃的气体样品和挥发性液体。
  • 仪器配置(气相色谱仪)简单且易于维护。

 

什么是气相色谱仪?

  • 利用气相色谱法的仪器称为气相色谱仪(GC)。GC 的基本配置如下所示。在温控室中,取样阀收集一定量的过程样品,并通过载气(载气依次从取样阀流向色谱柱和检测器)引入色谱柱。
  • 在色谱柱中,每个组分分离为多个组分,并按顺序洗脱。从色谱柱中洗脱的组分通过检测器转换为电信号以获得色谱图。根据色谱图的峰面积计算每种组分的浓度。

What is a gas chromatograph?

  • 载气必须稳定,并且作为检测器信号的背景影响很小。通常选择无机气体如H2、He、N2。

 

通过色谱柱分离组分

  • 多组分气体混合物样品中的组分与载气(称为流动相)一起穿过色谱柱,以符合每个组分独有的固定分配系数*的一定循环速率反复溶解在固定相中并从固定相中洗脱出来。下图显示了如何将多组分气体混合物引入色谱柱并随时间分离为其离散组分的示意图。

    * 分配系数:组分的浓度比,通过将固定相中处于平衡状态的组分浓度除以流动相中处于平衡状态的浓度来计算。

Separation of components by column
分离组分

 

什么是气相色谱及其类型和分类 ?

按组分分离机制分类

吸附型:

这种类型通过样品组分到固定相的吸附和解吸差异进行分离。典型的固定相为活性炭、合成沸石、活性氧化铝、硅胶、多孔聚合物等。主要用于分离等无机气体,如H2、N2和CO2,以及低沸点的烃类气体,如CH4、C2和 C3

分区型:

这种类型通过样品组分到固定相中溶解度的差异进行分离。作为固定相,将非极性硅油和极性聚乙二醇等各种高沸点液体应用于多孔材料表面或柱内壁。主要用于分离碳数为4或更多的有机成分(烃、醇、有机酸等)。


按列类型分类

开管柱:
这是一种内表面涂有粉末或液体作为固定相的中空管柱。开放式管柱的内径为0.25-0.53 mm,管由带聚酰亚胺涂层的熔融石英或经不锈钢处理的惰性内表面处理制成。长度主要是几十米。分离性能高于填料塔。

Open tube column

填充柱
这是填充粉末作为固定相(填料)的管柱。在气相色谱仪中,填充柱通常是内径为1-2mm的不锈钢管。长度是几米。包装材料有多种类型,这意味着分离特性有多种选择。

Packed column

 

哪些传感器类型用于/不用于气相色谱仪?

传感器(检测器)的分类

检测器类型 待测物 浓度范围 (一般) 特征
TCD 几乎所有组件 10 ppm – 100% 通过仅提供载气,适用于广泛的操作。
FID 1 ppm – 100% 可高灵敏度检测碳氢化合物
FPD 硫化合物 H2S、 SO2 1 ppm – 1000 ppm 含硫成分可以高灵敏度地选择性地检测。

 

热传导检测器 (TCD/MTCD)

TCD/MTCD利用被测气体和载气之间的热导率差异,检测电桥电路中产生的不平衡电压作为浓度的量度。
图显示了TCD/MTCD的基本原理。如图所示,有两股流,每股有两条细丝。一股流仅通过载气,另一股流连接到色谱柱出口,允许测量气体在分析过程中通过。两股流中的细丝形成桥电路,使得一个流中的细丝与另一个流中的细丝相邻。电桥中的不平衡电压与被测气体(液体)成分的浓度成正比。

TCD/MTCD通常用于测量被测气体(液体)的组分浓度。

Fundamental Principle of Thermal Conductivity Detector
热传导探测器的基本原理

FID

FID检测器利用被测组分(碳氢化合物)中的碳分子在热氢火焰中电离的现象。也就是说,它检测在施加高电压的电极之间流动的电离电流。电离电流几乎与碳数成正比。
FID用于测量含有低浓度碳氢化合物的气体的成分浓度。

Fundamental Principle of Flame Ionization Detector
火焰电离检测器的基本原理

FPD

图中显示了FPD的结构。当含有硫成分的被测气体被引入过量氢火焰时,含有硫原子的成分被激发。FPD使用倍增光电管检测该受激元件返回其基态时发出的光的发光强度,并将其转换为电压。

该电压表示被测气体中硫成分的浓度。
FPD可以可以测量硫成分,灵敏度高达0.2 ppm。

Basic Configuration of Flame Photometric Detector
火焰光度检测器的基本结构

 

实验室和工业过程之间有什么区别?

分析仪类型 实验室气相色谱仪 工业气相色谱仪
目的 多用 过程监控/控制 control
测量类型 连续批次*
待测物体 各种(非特异性) 组件 特定组件
采样 手动/自动 自动
分析周期 分钟 -3 小时 少于2分钟- 120 分钟
结构 非防爆 防爆

* 什么是连续批次?
对连续过程执行不连续测量(批量测量)。GC分离并测量注入的样品气体中的每个组分。在整个组分洗脱后,注入用于下一次分析。此间隔称为“周期时间”。

实验室和工业气相色谱仪之间的差异

实验室气相色谱仪(Lab-GC)是一种通用设备,基本上放置在实验台上,通过手动批量分析分析气体中含有的未知的各种成分。
将样品手动注入Lab-GC,Lab-GC在几分钟到几小时内分析组分。它是非防爆认证,因为它保存在实验室等清洁环境中。

另一方面,工业气相色谱仪(PGC)放置在工厂或工厂设施的监控室中。PGC进行自动和连续的批量测量,无需操作员控制。分析周期时间小于 2 分钟到 120 分钟。
PGC测量特定组件,这些组件对于控制工厂过程或监控过程质量非常重要。PGC具有防爆认证,可以安装在室外危险区域。

参考

概述:
  • Fast online gas chromatograph (GC) analysis for LPG distillation.
  • The analytical upgrade project with Yokogawa's process GCs was complete success.
概述:

High volumes of volatile organic compounds (VOCs), typified by trichloroethylene and tetrachloroethylene, have long been used in various industrial fields for their high degrees of industrial usefulness. On the other hand, there is a growing awareness of environment preservation today, and of the fact that we face serious environmental pollution due to such harmful VOCs.

概述:

In recent years, shale gas extraction technology has made rapid progress, inducing a shale gas revolution mainly in the USA. Thus, the need for analysis of hydrocarbon gases, including natural gas, is expected to grow rapidly. Traditionally gas chromatography has been used for the analysis of hydrocarbon gases; it can accurately measure the concentration of each hydrocarbon component in a sample of natural gas.

概述:

Loek van Eijck, Yokogawa, The Netherlands, questions whether rapid analysis of gases and liquids can be better achieved through use of a gas chromatograph or near infrared analyser. Conventionally, the liquid and gas components such as those broken down by naphtha crackers have been measured by a process gas chromatograph (PGC), with the subsequent measurement values then being used for control purposes.

概述:

The EPA rule, 40 CFR 63 Subparts CC and UUU, is forcing refineries to monitor flares. Fortunately, modern analyzer technology makes it possible to meet the requirements, generate the necessary reports, and stay in compliance.
Here’s how to select the right analyzer to meet these demands.

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