工业色谱仪（精选7篇）
工业色谱仪 篇1
工业色谱仪是一种大型精密在线分析仪器,主要用于在线分析生产过程中气态和液态流程样品的组分及其含量,广泛应用于冶金、化工、石油、医疗及食品等领域。但是,由于地域和时间的原因,当仪器出现故障时,厂方维护人员不可能第一时间到现场排除仪器故障。
神经网络和专家系统都可用于大型精密仪器的故障诊断[1,2,3],但二者都有一定的局限性,基于实例学习的人工神经网络适于完成信息感知的功能,基于符号逻辑的专家系统擅长于推理理解的工作。因此,开发结合人工神经网络和专家系统的远程故障诊断系统是保证仪器安全正常运行的有力手段。笔者基于Java socket、JSP(Java Server Page)以及数据库等技术设计出工业色谱仪远程故障诊断监控系统,实现了工业色谱仪的报警信息上传服务器的自动入库和动态网页显示。
1 工业色谱仪远程故障诊断系统的结构设计
工业色谱仪远程在线监测与故障诊断系统最流行的方式是基于标准协议的三层浏览器/服务器(B/S)模型,建立三级系统:数据采集系统、Web服务器和SQL Server数据库服务器,其基本结构如图1所示。当现场出现异常情况时,工作人员只需进入仪器通信界面输入服务器的IP地址和端口号,即可将报警数据及谱图数据等通过网络传输至服务器,服务器端通过诊断系统得出诊断结果,维护人员将诊断的结果和处理意见通过socket以文件形式返回给仪器终端,现场工作人员便可以根据诊断意见排除现场故障。
2 服务器端监控系统的实现
如果色谱仪运行过程中出现故障,就会产生报警信息,在通信界面选择手动传送报警文件,也可以采取自动传送方式,将报警信息写入如图2所示的Alarm.dat文件中,每产生一次报警信息就传送一次。将色谱仪与服务器端建立socket通信连接,数据即可自动存入报警数据库中的相关数据表。
2.1 服务器端socket通信的设计
Java具有良好的移植性,也可以方便地构建数据库与基于JSP技术的站点,所以笔者选用Java语言建立厂方在线监控动态网页系统。Java.net[4]包中的Socket和ServerSocket分别表示连接的Client端和Server端。系统在服务器端用ServerSocket(7890)将本地Socket绑定到端口7890,等待客户端的连接请求;在服务器端定义ServerSocket的对象serverSocket,监听端口7890有无客户端请求,监听代码如下:
if(serverSocket!=null)serverSocket.close();
serverSocket=new ServerSocket(7890);
System.out.println("服务器已启动!");
再使用socket=serverSocket.accept()的方法即可实现客户端与服务器端的通信。服务器端程序设计流程如图3所示。
2.2 报警数据库的设计
报警数据库的主要功能如下:
a. 接收色谱仪传来的数据,并将数据按要求存放在不同的数据库表中;
b. 提供网络数据库查询,授权的厂方专家,可以查询色谱仪的历史数据及在线运行情况;
c. 记录企业的维修反馈信息和故障因果关系,以充实专家知识库。
报警数组cBit的定义列于表1。报警数组cBit对应48位报警信息:Alarm[0],Alarm[1]对应状态读入的报警信息;Alarm[2], Alarm[3]对应用户选取的组分超上限报警信息;Alarm[4]对应温度、桥流和FID熄火报警信息;Alarm[5]对应掉电、BASIC程序出错信息。报警信息数据表[5]设计为8项:报警序列号、报警名称、通道、流路、组分名、状态、报警时间和仪器编号。
2.3 服务器接收报警信息并入库的实现
Java中的所有资源以文件方式组织,主要包含大量的类文件需组织管理,本设计采用目录树形结构,并引入“包”机制,定义core包:返回参数类core.db.ConfigArgument、数据库操作类core.db.SqlExecute、报警信息操作类core.impl.WarnInfoImpl以及用户信息类core.model.UserInfo等,分层设计使实现更清晰。
服务器监听到客户端的请求建立socket通信连接后,将客户端传来的数据存入本地文件中,然后再写入数据库中。数据是通过数据流传送的,定义DataInputStream流和FileOutputStream流,当DataInputStream流中有需要读出的数据时,调用socket.getInputStream(),将流中数据写入缓冲区中,待缓冲区满再使用write将数据写入FileOutputStream流,实现客户端数据的本地文件写入。对于写入的报警数据,定义AnalysiseWarnFile方法:
2.4 动态网页的建立
JDBC(Java DataBase Connectivity)是一种用于访问数据库和执行SQL语句的Java API。本设计采用了JDBC-ODBC桥技术,它是一种JDBC驱动类型,通过ODBC驱动提供对数据库的JDBC访问。ODBC驱动必须安装在客户端,这样桥才能够工作。先利用控制面板下的管理工具建立一个ODBC数据源Alarm,数据源描述为报警数据库连接。用Java语句实现一个到数据库的连接:
在上段代码中定义“sql:select*from报警信息”,即可实现报警信息的在线查询。
3 结束语
笔者实现现场工业色谱仪和远端的故障诊断中心连接,并在服务器端建立色谱仪的远程监控系统,实现了色谱仪报警信息的上传、入库及显示。提出了结合神经网络和专家系统的故障诊断系统,对于数据库安全和神经网络算法的研究还需进一步完善。
参考文献
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工业色谱仪 篇2
在此, 笔者着重从仪表选型、色谱仪的载气、取样、柱温、色谱柱和分析气路几方面, 介绍工业色谱仪在线分析尿素合成原料气CO2中, 微量氢气及氧气等微量组分的实际应用。
1 工艺数据*
刘家峡化肥集团的尿素合成装置的原料气组分见表1。
2 仪表选型
根据表1所示的工艺数据, 需要一台能够在线检测3个组分的工业色谱仪, 其中氢气的检测属微量检测, 难度较大, 需优化操作条件才能满足要求;氧含量也偏低, 必须选用与其热导系数差别比较大的载气才能检测, 通常选用氢气。为此, 该装置的原料气CO2微量组分的在线检测选用了TH1010型工业色谱仪。
2.1 载气
热导检测器选择载气的原则是, 与要分析的组分的热导系数的差值越大越好, 同时兼顾易得性与低成本。经实验确定:A通道选用氢气分析氧气和氮气, B通道选用氩气分析氢气。
2.2 取样量
定量管的体积与分析组分的浓度成反比, 太大可以提高检出灵敏度, 但却增加了色谱柱分离的负荷, 造成气路波动, 使得基线噪声过大, 影响测量的准确度;太小则导致灵敏度欠佳, 检测不到需要分析的组分。通过实验确定分析氧气和氮气的A通道的定量管体积是1.0m L, 分析微量氢气的B通道是1.5m L。
2.3 柱温
柱温的选择原则是保证所取样品在确定的温度下都为气态, 不能有任何液化和固化现象出现。提高柱温可以缩短分析周期, 但过高往往会影响色谱柱的分离性能。通过实验, 确定柱温为80℃。
2.4 色谱柱
根据表1所示的数据, 样品组成中水的含量较高 (1.00%) , 需要选择能够将水与其他组分很好分离的固定相填料。通过实验, 选用憎水性强且热稳定性好的GDX作为预分离柱。
2.5 分析气路
工业色谱仪的色谱柱系统可以采用阀切换技术, 切除不必要的组分, 以保护分离色谱柱并缩短分析周期。通过实验, 确定了如图1所示的分析气路。
3 应用效果
TH1010型工业色谱仪在刘家峡化肥集团的尿素合成装置原料气CO2微量组分的在线分析中投运后, 工况稳定可靠而且分析数据准确, 很好地满足了该工艺过程的要求。运行一段时间后, 仪表噪声过大, 通过排查, 原因出在现场振动较大, 造成仪表部分接线松动, 经加固处理后有效排除了干扰。样品中需要检测的氢气测量范围在0.0‰~0.5‰, 属微量检测, 热导式氢分析仪无法满足测量要求, 技术人员优化了操作条件, 选用TH1010 TH1010工业色谱仪后很好地解决了这个分析难题。
4 结束语
工业生产过程中微量气体组分的在线分析, 热导式氢分析仪无法满足测量要求, 刘家峡化肥集团的尿素合成装置原料气CO2的H2组分就属此列, 该厂组织技术人员在考虑分析性能与生产成本的基础上, 最终选用了天华化工机械及自动化研究设计院有限公司的TH1010型工业色谱仪, 很好地解决了这个问题。而且该色谱仪具有的强大的谱图处理功能和LCD大屏幕直观丰富的人机对话界面, 简单易学的下拉菜单式汉化操作界面, 独特的正压防爆结构及双通道独立分析系统等特点, 使得在线分析更加准确、现场操作也更加便捷。
摘要：根据尿素工艺样品的控制要求, 采用工业色谱仪测量尿素合成原料气CO2中的微量组分, 从仪表选型和色谱仪的载气、取样量、柱温、色谱柱和分析气路方面做了详细说明。
工业色谱仪 篇3
苯酚是冶金、炼焦、造纸、化工等工业的主要污染物质, 在环境介质中普遍存在。苯酚具有挥发性, 对眼、皮肤、呼吸道有腐蚀性, 长期接触将对中枢神经系统, 肝、肾产生严重的伤害, 且具有致癌的潜在毒性。
天然水中苯酚含量极微, 但工业废水中及受某些工业废水污染的饮用水中可能含有苯酚, 因此, 国家对工厂排放的污水中和饮用水中苯酚的含量有严格的限制:工业污水≤2.0mg/L, 饮用水≤0.002mg/L。
工业废水及饮用水中苯酚含量的检验关系到松花江的保护, 关系到佳木斯蓝天碧水生态魅力城的建设, 关系到全体市民的身体健康。作为一名化学检验员, 我将化学检验苯酚工作中的实用方法总结出来, 形成本文。
2 苯酚的化学检验
2.1 苯酚简介
苯酚俗名石炭酸, 分子式C6H5OH, 比重1.071, 熔点42~43℃, 沸点182℃, 燃点79℃, 纯苯酚为无色结晶或结晶熔块, 具有特殊气味。置露空气中或日光下逐渐变成粉红色至红色, 在潮湿空气中, 吸湿后, 由结晶变成液体, 有特臭气味, 有毒, 有强腐蚀性。室温微溶于水, 能溶于苯及碱性溶液, 易溶于乙醇、乙醚、氯仿、甘油等有机溶剂中, 难溶于石油醚。
2.2 苯酚的化学检验法
2.2.1 三氯化铁检验法
a.方法原理:苯酚与三氯化铁反应生成红、蓝、紫、绿颜色的配合物。其反应方程式如下:
b.操作步骤:取1m L 2%的待测试液置于5m L试管中, 加入8滴10%三氯化铁溶液, 观察有上述颜色变化, 证明样品中有苯酚存在。
2.2.2 亚硝酸检验法
a.方法原理:酚类与亚硝酸反应, 生成对亚硝基衍生物, 后者与过量的酚作用生成靛酚。靛酚是一种酸碱指示剂, 在酸性或碱性介质中有不同的颜色变化, 可用来检验苯酚。
b.操作步聚:在5m L小试管中加1m L浓H2SO4和0.1g试样, 再小心加入30mg亚硝酸钠, 用力振摇试管, 若有绿色、蓝色或紫色出现, 小心加入3m L水, 溶液应变为红色或紫红色;若溶液无明显变色, 可加热后再观察。
2.2.3 苯酚的仪器检验法——IR谱鉴定法
苯酚及酚类化合物在中红外区具有特征吸收, 频率如下:
a.O-H在约3610cm-1处 (2.77μm尖、弱) , 有伸缩振动;
b.C-O在1220~1130cm-1处 (8.20~8.85μm强) , 有伸缩振动;
c.此外在3100 cm-1处 (3.23~3.33μm弱, 中) , 有C-H的伸缩振动。
3 工业废水中苯酚含量的测定
3.1 测定原理
在酸性溶液中, 用KBr O3-KBr将苯酚溴化成三溴苯酚, 化学反应式如下:
过量的Br2使I-氧化生成I2生成的I2用Na2S2O3标准溶滴定。从加入的KBr O3-KBr生成的Br2总量中减去过量的Br2, 即可算出试样中苯酚的含量。
3.2 试剂选用
淀粉:W为0.005
Na2S2O3标准溶液:0.1mol·L-1
KBr O3-KBr混合液:准确称取2.7833g KBr O3和10g KBr, 以少量水溶解后, 在容量并中稀释至1L。
3.3 测定步骤
a.用移液管移取25.00m L待测苯酚含量的废水于250m L锥形瓶中, 再用另一支移液管移取25.00m L KBr O3-KBr混合液于同一锥形瓶中, 加10m L HCl酸化, 迅速将瓶塞塞紧, 激烈振荡, 放置10min, 在放置过程中, 不时地振荡锥形瓶几次, 以击碎生成的大块白色沉淀。然后加入10m L KI溶液, 振荡, 将瓶塞冲洗后, 立即用Na2S2O3标准溶液滴定至浅黄色, 加2m L淀粉溶液, 然后继续用Na2S2O3溶液滴定至蓝色消失。
b.另取25m L蒸馏水代替苯酚试样置于250m L锥形瓶中, 以下步骤同步骤 (a) , (加KI前不需振荡) , 进行空白测定。
c.每升废水中所含苯酚的计算公式为:
式中:C——Na2S2O3标准溶液的浓度, mol·L-1;
V2——样品消耗标准溶液的体积, m L;
V2——空白消耗标准溶液的体积, m L;
M苯酚——94.11
4 苯酚的色谱分析
4.1 仪器和试剂
4.1.1 色谱仪要求
a.氢火焰离子化检测器:敏感度优于10-9g/S。
b.色谱数据处理机。
c.色谱柱:柱长2~4m, 内径3mm的不锈钢管或玻璃管。
d.氮气:纯度大于99%。
e.氢气:纯度大于99%。
f.净化空气。
g.注射哭:10μL微量注射器, 0.25~1.0m L医用注射器。
4.1.2 托盘天平:
感量0.1g。
4.1.3 分析天平:
感量0.0001g。
4.1.4 色谱固定液:
PBOB液晶。液晶相温度范围为120℃ (122℃) 、S124℃ (126℃) 、N193℃ (195℃) 。
4.1.5 磷酸:
分析纯。
4.1.6 载体:
白色405硅烷化载体, 80~100目。
4.2 准备工作及测试
4.2.1 检测样品的酸碱度。
酚类为弱酸性物质, 水样的PH值对苯酸的提取有着重要的影响, 若用试纸测成碱性应先把工业废水调试成酸性, PH3~4左右。
4.2.2 用HP-5石英毛细柱, 30m×0.25mm×0.25μm;柱温:70℃ (3min) , 然后以10℃/min升温至190℃, 保持5min, 气化室温度190℃;检测试温度190℃。
4.3 含量的计算方法 (用面积归一化法计算)
计算方法参照国家标准GB/T 2601-1981《酚类产品组成的气相色谱测定方法》
式中:Wi——试样中组分i的质量分数, %。
fi——组分i的校正因子;
Ai——组分i的峰面积, uv.S
结束语
通过废水、饮用水中苯酚的传统化学方法检验, 及现代IR谱鉴定、色谱分析法的比较可知:IR谱鉴定法、色谱分析法鉴定简便, 分析时间短, 回收率高, 误差干扰小;色谱分析法是现代化学检验员应该掌握的先进科学方法。
摘要：针对工业废水中苯酚的含量测定及色谱分析进行论述。
关键词：工业废水,苯酚,色谱分析
参考文献
[1]夏玉宇.化验员实用手册[M].北京:北京化学工业出版社, 1999.
[2]许国旺等编著.现代实用气相色谱法[M].北京:北京化学工业出版社, 2004.
工业色谱仪 篇4
制备色谱是分离科学中最有效的制备性分离技术, 是很多研究领域和现代化的医药合成、生物制药、植物提取中必不可少的分离手段[1,2]。但受到传统制药工艺的影响, 到目前为止, 工业化高压制备液相色谱纯化装备还处于待认知和待接受的阶段, 应用这种工艺技术的医药生产厂商还很少。特别是在生物、化工生产过程中, 为应对产品在成本质量标准方面的商业竞争及环境保护压力的挑战, 必须进行色谱生产过程放大和操作最佳化方面的探索。人们深刻地认识到, 研究制备色谱放大过程并将其应用于实践研究, 可节省开发时间, 选定溶剂及固定相可使工艺更加稳定耐用, 最终降低成本并加速其市场化进程。
本文将结合我公司DAC800大型工业化制备液相色谱装置, 重点介绍设备使用过程中的一些主要技术要点。
1 DAC800型工业化制备液相色谱分离装备简介
图1为DAC800大型工业化制备液相色谱分离装备, 由直径为800 mm的动态轴向加压色谱柱、大流量高压输液泵、进样泵、在线检测器及数据处理软件、自动馏分收集器、防爆控制系统及辅助装置等组成。
色谱柱的功能是将混合物中各组分分离, 其一般要求是柱效高、选择性好、分离速度快。
输液泵的功能是将洗脱剂在高压下连续不断地送入柱系统, 使含有目标物的液态混合物在色谱柱中完成分离过程。
进样泵的作用是将待分离样品引入色谱柱。
在线检测器、高压输液泵、色谱柱是组成HPLC的3个关键部件。经过色谱柱分离后的各组分与流动相一起进入检测器, 按照样品的物理或化学特性将信息转换为易测量的电信号, 并记录下来, 得到样品组分分离的色谱图。由谱峰的位置、形状和大小判断分离的优劣, 并进行定性、定量分析。随着计算机科技的发展, 远程控制也成为工业化制备液相色谱系统的一大特点。操作人员可以在终控室通过PC机完成对设备的控制和监测。
馏分收集系统是采用将通过动态轴向压缩柱洗脱的柱后溶剂有序分流到不同的储存罐。每一个馏分收集管路设置一处取样口, 便于随时提取样品进行分析观测。
设备控制系统包括正向防爆电气控制柜、两通及三通电控气动球阀、泵后流量计、压力变送器、气路和液路管以及控制元件组成。正向防爆电气控制柜内设置驱动溶剂泵和进样泵的驱动板、马达变频器、系统核心控制单元 (MCU) 以及液晶显示单元。
辅助装置包括匀浆装柱机和翻转及升降装置。匀浆装柱机的功能: (1) 采用机械方式搅拌, 应用于动态轴向柱的填料, 使之与装柱液均匀混合; (2) 将已经搅拌均匀的填料注入柱管内。翻转及升降装置用于设备的初期组装、定期检修、更换柱内填料。
2 大型工业化制备液相色谱分离装备应用要点
2.1 填充装柱
2.1.1 选择合适的填料
填料粒径的选择是制备色谱分离中的关键问题[3]。填料粒径主要从柱效和压力2个方面影响着制备色谱的应用。压力影响着运行成本, 柱效影响着分离效果, 但二者又互相制约。提高柱效最有效的方式是用相当小的颗粒以减少提纯时间、溶剂消耗、产品稀释度及提纯成本。与传统的制备色谱填料 (粒径至少100μm) 相比, 典型的制备用的填料为10~20μm, 柱床长度也较短, 一般为250~450 mm。另外, 保证填料的窄的粒径分布也很重要, 以避免太微小的颗粒产生柱后压以及太大的颗粒导致低柱效。一般来讲, 在制备色谱中使用小颗粒填料, 可以获得高柱效, 尤其是对于难分离物系, 可以获得很高的分离度。在满足分离要求的前提下, 使用较大颗粒填料, 可以获得较大的生产能力, 而且填料的价格相对便宜, 因而更能有效降低生产成本。制备液相色谱最常用的固定相填料是球形硅胶 (正相) 和C18 (反相) 。
2.1.2 确定合适的装柱压力及柱床长度
传统的装填法分为干法和匀浆法, 干法填装较笨拙, 柱性能不好, 且在填充过程中填料微粒在柱壁区域易分散。匀浆法填装柱内时, 填装密度分布不均匀, 靠近柱壁处的填充密度较高, 且柱性能的再现性差。按照传统方法填装大直径的色谱柱, 床层不稳定, 会降低分离性能。
动态轴向压缩 (Dynamic Axial Compression, 简称DAC) 技术是公认的装填制备色谱柱 (柱内径大于50 mm) 的最佳技术, 其原理是采用活塞装柱 (匀浆填充) , 并在操作过程中保持柱床压缩状态以确保其稳定性[4]。DAC法填装的色谱柱柱床均匀、性能稳定、密度高、柱效高、柱性能的再现性好。采用DAC工艺装填的色谱柱正在逐步主宰整个制备型色谱柱市场。
色谱柱的性能依赖于填装压力的强度和压缩时间的长短。动态轴向压缩的行为是非常复杂的。在色谱柱的压缩过程中, 虽然施加给活塞的压力是相等的, 但在床层内部, 压力的传递并不能像液体中压力的传递那样均匀, 接触活塞的微粒受到直接的压力, 而床层的另一端受到的仅仅是过滤板和法兰的挤压, 活塞端床层受到的压力比固定端的压力要大, 由于柱壁与微粒之间存在摩擦力, 因此即使是在沿色谱柱轴向的同一截面上, 压力的分布也是不同的, 即在轴向和径向都存在着压力梯度。一般来讲, 对于10μm的规则填料一般推荐装柱压力为7 MPa。
在相同条件下 (相同粒径的填料和装柱压力) , 随着色谱柱的增长, 柱内轴向压力分布范围越大。柱越长, 活塞与另一端的压力差越大, 形成的柱床越不稳定和不均匀, 装填密度越小, 从而导致色谱柱产生轴向的压力梯度和密度梯度, 因此, 一般装柱长度不超过450 mm。
此外, 由于制备色谱柱填料颗粒较小且柱床压力较高, 通过柱内的流动相受到流动阻力较大, 因此分离时需用高压输液泵向色谱柱提供流量稳定、重现性好的流动相。选择大流量高压输液泵时要具有以下性能:输出压力高, 密封性能好;流量范围宽, 流量稳定, 输出的流动相基本无脉冲;耐腐蚀, 同时具有自清洗装置;泵腔体积小, 利于更换洗脱液。
2.2 摸索工艺参数以实现线性放大
针对直接进行放大生产可能存在的问题和投入资金较大的问题, 一般需要先做中试 (使用柱径一般在50~150 mm的制备柱) 进行工艺摸索, 然后再直接放大到大型工业化规格。具体过程随产品种类及色谱方法的不同而不同, 需区别对待, 一般有以下原则可参考[5]:
2.2.1 确定最佳工艺参数
每种色谱均有以下相关因素:固定相 (包括种类及颗粒大小) 、流动相 (洗脱液) 、柱尺寸 (柱径和长度) 、流速、洗脱方式 (等度或梯度) 等。在保证一定分离度的情况下, 流速越大越好。流速的确定, 受3个因素制约:分离度、填料本身性能 (如分离蛋白用的许多填料本身较软, 无法承受太高流速) 以及硬件设备, 即泵的工作能力。
2.2.2 综合考虑限制因素
进行放大生产前需要获得一些参数, 如年产量要求、纯度要求、原料价格、设备的操作指标等。例如泵的流速、压力, 这些可能是限制因素。可能泵的流速允许很高, 但在此流速下, 检测和收集组分都成了问题。原料如果很贵, 则分离度应大, 以保证得率。可能的情况下, 上样量越大越好, 增大上样量按2种方式进行, 单纯增加上样的浓度 (体积很小) 叫浓度超载;保持适当浓度, 只增加上样体积叫体积超载。浓度超载在制备中意义更大, 但样品浓度上限需经过实验确定。一般实际操作中都采用一定浓度下的体积超载, 超载量受分离度的制约。
2.2.3 明确重点考虑因素
产率的增加有2个因素: (1) 提高上样量; (2) 在保证一定分离度, 即产品达一定纯度的基础上, 增加流速。但不同色谱有不同的重点优化参数, 其值的变化对产率有较大影响, 优化应重点针对这些参数进行。
2.3 集成控制与远程操作
集成控制是通过动态轴向压缩柱洗脱的柱后溶液, 经过检测器分析检测后分流到不同的储液罐以实现收集。用户可以按样品分离后组分流出的先后次序, 或按时间、色谱峰的起止信号, 根据控制软件预先设定好的程序, 自动完成收集工作。由于流量较大, 一般检测器的流通池无法完成瞬间大流量的柱后液检测, 必须换用高流通量的专用流通池, 以保证大流量的柱后溶液能够迅速被检测分离, 保证回收的馏分纯度。
3 结语
工业制备色谱技术由于具有其他方法无法比拟的特点及强大的分离能力, 必将成为分离与纯化领域中的主要方法之一。采用质优价廉的高效填料、设计合理的色谱柱, 以及正确选择流程和工艺参数是色谱分离纯化过程达到低投入、高产出的关键因素。相应的理论研究可深化对制备色谱的认识, 以指导实际应用。
摘要：结合公司新研制的产品——DAC800大型工业化高压制备液相色谱分离纯化装备, 概述了大型工业化制备液相色谱分离纯化装备的基本构成, 并探讨了大型工业化制备液相色谱装备应用的要点。
关键词：DAC800,工业化制备液相色谱,色谱分离装备,规模化分离纯化
参考文献
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工业色谱仪 篇5
循环水浓缩倍数是指循环冷却水系统在运行过程中, 由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩的倍率 (以补充水作基准进行比较) , 它是衡量水质控制好坏的一个重要综合指标。
1.1 浓缩倍数的工业意义
随着经济的发展, 工业用水量日益增长, 而循环冷却水占工业水总量的70%左右, 循环冷却水大有潜力可挖。浓缩倍数是判定循环冷却水利用率的一个重要指标, 一般浓缩倍数低, 耗水量、排污量均大且水处理药剂的效能得不到充分发挥;该数越高, 说明循环水被利用的次数越多.提高循环水浓缩倍数不仅可以降低补充水量、节约水资源、降低排污水量、减少对环境的污染和废水处理量, 还可以减少水处理剂及杀生剂的消耗量、降低水处理成本。可是浓缩倍数过高, 水的结垢倾向会增大, 结垢控制及腐蚀控制的难度会增加, 水处理药剂会失效, 不利于微生物的控制, 故循环水的浓缩倍数要有一个合理的控制指标。
提高浓缩倍数运行是目前公认的有效方法, 浓缩倍数从1.5提高到2节水50%, 从2提高到3节水30%, 从3提高到4节水15%, 从4提高到5节水6%, 浓缩倍数在5以上再提高已失去了节水意义, 反而会带来一些列问题:水中盐含量增加, 会使循环冷却水中的硬度、碱度和浊度升得太快太高, 加大了水的结垢倾向, 加剧了冷换设备的腐蚀和结垢;细菌藻类滋生繁殖加剧;对药剂使用提出更高要求, 主要是药剂加入的精度要提高;有害物质对药剂的容忍度产生变化。所以, 一般浓缩倍数提高到5比较适宜。但随着浓缩倍数的提高, 循环水系统结垢和腐蚀因子也随之成倍上升, 所以高浓缩倍数下水处理技术的开发应用是节水减排技术的关键。
提高浓缩倍数是趋势, 但要结合企业的实际情况去处理。这就是说浓缩倍数不是越大越好, 要把浓缩倍数控制在一定范围内.目前我厂把浓缩倍数控制在3-5之间.为了能够正确地反映浓缩倍数的运行情况, 我们需要选择一种合适的检测方法。
1.2 目前监测方法的不足
浓缩倍数的测定和控制一般选用水中较稳定的离子来进行。目前我厂采用循环冷却水与补充水中氯离子浓度的比值来测定和控制浓缩倍数N。即
N=循环冷却水氯离子浓度/补充水氯离子浓度
由表1可以看出, 当系统中不加含氯杀菌剂或补充水水质较稳定时, 采用此方法简单快捷。但由于河水中氯离子浓度总有一定变化, 而且一般都采用聚氯化铝作净水剂, 使得补充水中氯离子浓度难以稳定, 测定的循环水浓缩倍数也就有一定误差。同时, 循环水系统还常常采用Cl2或NaClO等含氯药剂来控制循环水中的微生物及粘泥, 用氯离子浓度来测定和控制浓缩倍数也难以真实反映循环水浓缩状况。这就需要选择一个合适的监测方法。
1.3 浓缩倍数监测方法比较
目前用于监测浓缩倍数N的特性物质一般为氯离子、钙离子、钾离子、二氧化硅和电导率。这些物质浓度或特性在冷却水系统运行中一般不受加热、曝气、投加药剂、沉积或结垢等因素干扰, 且随N的增加而成比例增加。
氯离子性质稳定, 不易产生沉淀, 测定简单、快捷。补充水质不稳定或是冷却水以氯气等含氯试剂作杀菌剂时不宜采用。
钙离子稳定性好, 干扰少, 测定简单、快捷.当体系浓缩倍数高或结垢时, 产生钙盐沉积物, 测定结果偏低。
钾离子稳定性好, 干扰少, 循环水系统中K+来源较少, K+的溶解度较大, 运行过程中也不会从水中析出, 故用K+法检测循环水浓缩倍数K时, 受到的干扰相对较少, 但分析过程较为繁琐, 要求高, 费用也高。
二氧化硅性质较稳定, 干扰少, 但是当硅酸盐与镁离子浓度都高时, 生成硅酸镁沉淀, 使二氧化硅浓度偏低, 测定精度较差。对分析条件要求苛刻, 费用较高。
电导率测定迅速, 仪器操作简单, 受补水水质及水处理工艺影响, 适合现场监测。
综观以上几种方法, 由于钾离子性质稳定、溶解度大, 循环水中又无此来源, 基本无影响因素, 钾离子测定精密度和准确度都高。因此选用钾离子作为我厂监测浓缩倍数的特性物质是最合适的。
2 钾离子测定方法及离子色谱的应用
目前钾离子测定方法主要有:原子吸收分光光度法;火焰光度法;离子色谱法;钾度计法。测定钾离子的目的, 在于确定循环冷却水浓缩倍数时, 可将循环冷却水按运行状况进行稀释, 使其含盐量接近补充水状况, 再进行测定, 这样可相对消除干扰。由于我们只是对钾离子进行定量分析, 选择离子色谱法测定钾离子是比较合适的.离子色谱法测定钾离子具有下列优点:快速、方便、灵敏度高、选择性好、结果可靠。但对有机物浓度要求太高是其主要缺点。
2.1 离子色谱法测定钾离子
离子色谱工作原理及应用前景。离子色谱是高效液相色谱 (HPLC) 的一种, 是分析阴阳离子的一种液相色谱方法。通常情况下, 离子色谱可以分为三种类型, 高效离子交换色谱 (HPIC) 、离子排斥色谱 (HPIEC) 、离子对色谱 (MPIC) 。
下面我们以离子交换色谱为例, 简单介绍一下离子色谱的工作原理。离子色谱的工作原理主要是离子交换平衡。离子色谱中使用的固定相是离子交换树脂。离子交换树脂上分布有固定的带电荷的基团和能游动的配位离子。当样品加入离子交换色谱往后, 如果用适当的溶液洗脱, 样品离子即与树脂上能游动的离子进行交换, 并且连续进行可逆交换吸附和解吸, 最后达到吸附平衡。由于各离子与树脂亲和力不同, 各离子将按次序先后被洗脱出来, 经电导检测器检测出各离子的峰, 绘出谱图。
离子色谱主要用于环境样品的分析, 包括地面水、饮用水、雨水、生活污水和工业废水、酸沉降物和大气颗粒物等样品中的阴、阳离子, 与微电子工业有关的水和试剂中痕量杂质的分析。
离子色谱法测定工业循环水中钾离子 (参照GB/T15454-95)
方法提要。离子在固定相和流动相有不同的分配系数, 当流动相将样品带到分离柱时, 由于各种离子对离子交换树脂的相对亲和力不同, 样品中的各种离子被分离, 再流经电导池, 由电导池检测器检测, 并绘出各种离子的色谱图, 以保留时间定性, 以峰面积或峰高定量测出离子含量。
水样的预处理。水样中常含有大量的细菌, 经常会因在色谱柱上形成菌膜而将其损坏。为保护色谱柱, 可将经前处理后的样品经0.45um的微孔滤膜过滤, 可将细菌阻挡于膜上而仅让水分子和各种离子通过[3]。
仪器。离子色谱仪主机、电导检测器、往复式平流泵、台式记录仪等组成。原理图如图1。
适用范围。本标准适用于测定工业循环冷却水中Na+、NH4+、Li+、Mg2+和Ca2+含量的测定。检测范围:Na+含量1.00~50.0mg/L、NH4+含量1.00~30.0mg/L、K+含量1.00~50.0mg/L、Mg2+含量1.00~50.0mg/L和Ca2+1.00~50.0mg/L范围的测定, 如果超出此范围, 可稀释在此范围内测定。
分析步骤
淋洗液的的配制:选用68%的浓硝酸配制1mol/LHNO3作为贮备液, 然后根据不同的分离柱而移取不同量的上述贮备液, 用去离子水蒸馏水稀释至1000mL作为淋洗液, 使用前应将淋洗液经烧结玻璃漏斗过滤, 并真空脱气。
插上阳离子电导池板。将平流泵过滤器放人淋洗液贮液瓶, 开启平流泵, 流量选择0.5ml/min, 通淋洗液20分钟后, 选择色谱柱所规定的流量, 转换开关打到“输出”档, 调节调零电位器, 使数字表显示为零。
选择记录仪档位 (根据样品浓度的高低, 选择合适的量程) 以及基线在记录线上的位置, 即可进行分析, 根据色谱图的峰高, 调节记录仪量程。
进样用注射器吸取1mL样品 (必须排除气泡) 由阳离子进样口进样, 将进样阀快速扳回分析位置, 完成一次进样。
关闭仪器:分析完毕后, 先通10分钟蒸馏去离子水, 再依次关闭记录仪、主机和泵电源。
分析结果的表述
以mg/L表示的待测离子含量x按下式计算:
式中:L—水样中被测离子峰高, mm;
L0—标准工作溶液中被测离子峰高, mm;
C0—标准工作溶液中被测离子浓度, mg/L;
V—所取水样体积, mL;
V0—水样被稀释后体积。
或由色谱微处理机按峰面积或峰高直接计算出结果。
2.2 结果分析 (见表2)
与表1相比, 可明显看出补充水中钾离子浓度比较稳定, 循环水中又无此来源, 选择钾离子作为测定参数可行。
3 总结
目前, 离子色谱法已经在能源、环境、冶金、电镀、半导体、水文地质等方面广泛应用, 并且开始进入了与生命科学有关的分析领域。我国从80年代初期引进离子色谱仪, 开始了离子色谱的应用研究工作, 同时也开始了仪器的研制和生产。随着离子色谱技术的发展, 离子色谱仪在我国的应用已日益普及。
我厂选用江苏江分电分析仪器厂的型号为WIC-Ⅱ的离子色谱仪, 于2008年6月开始使用, 为工业循环水浓缩倍数提供更加准确可靠的数据指导。循环水浓缩倍数不仅是反映水质的一个综合性指标, 同时也是衡量一个部门甚至一个企业综合管理能力及技术发展水平的重要指标。
参考文献
[1]杜林琳.循环冷却水浓缩倍数关键是看水质是否结垢型水网论坛2006.8
[2]何世梅.循环水浓缩倍数的检测方法及控制指标中国论文下载中心2006.3
工业色谱仪 篇6
1试验
1.1试验仪器和试剂
安捷伦6890N型气相色谱仪,附火焰离子化检测器( FID) ; HP - INNOWAX毛细管色谱柱 ( 30 m × 0. 53 mm × 1 μm) ; SQC - 1000智能大气采样器,流量范围0. 1 ~ 1. 5 L / min,采样前校准流量; 2 m L样品瓶; 10 m L溶剂解吸瓶; 活性炭吸附采样管,内装100 mg活性炭; 色谱纯级二硫化碳和乙醇; 10 μL、 25 μL微量注射器,使用前需清洗后注入气相色谱仪应无杂峰出现; 1000 μL移液器。
1.2色谱条件
进样口温度180 ℃ ; 柱温70 ℃ ,恒定8 min; 检测器温度220 ℃ ; 空气流量300 m L / min,氢气流量40 m L / min,载气为高纯氮气,流量为4. 0 m L/min; 进样模式为分流进样,分流比为10∶1,进样量为1 μL。
1.3样品采集和前处理
利用活性炭吸附气相色谱法测定环境空气和工业废气中的有机污染物技术成熟,适用范围较广,因此工业废气中二硫化碳采用活性炭进行富集浓缩后分析[1]。用橡胶管将活性炭采样管与采样器连接后对工业废气进行样品采集,采样流量设置为1. 0 L / min,采样时间为30 min,另准备二支活性炭管带到现场,不连接采样器采集样品外,其余操作如样品,做空白样品分析[2]。采样后用塑料帽将活性炭管两端封闭,置于干净容器内带回实验室分析。将采过样的活性炭倒入10 m L溶剂解吸瓶中,加入1 m L乙醇后放置30 min左右并不时振摇,取1 μL解吸液进行气相色谱仪分析。
1.4标准液的配制
用1000 μL移液器准确移取1 m L乙醇到2 m L样品瓶中,用10 μL微量注射器移去2 μL乙醇,再补充加入2 μL二硫化碳后混匀,配制浓度为2520 mg/L二硫化碳标准液。
2结果与讨论
2.1校准曲线配制
用移液器移取1 m L乙醇到5只样品瓶中,用微量注射器分别移去2、5、10、15、20 μL乙醇后再补充加入相同量的二硫化碳标准液,二硫化碳标准系列浓度为5. 04、12. 6、25. 2、 37. 8、50. 4 mg / L。以二硫化碳保留时间定性,色谱峰面积定量进行线性回归,二硫化碳在5. 04 ~ 50. 4 mg/L浓度范围内相关系数r = 0. 9995,回归方程Y = 1. 216X + 0. 881。
2.2检出限的测定
用该方法对低浓度二硫化碳标准液做7次平行样测定,计算7次测定结果的标准偏差S为0. 0859 mg / L。按MDL = t( n -1,0. 99)× s计算检出限,当n =7时,t值取3. 143[3],计算该方法二硫化碳检出限为0. 27 mg/L。在采样体积为30 L,定容体积1 m L的条件下, 工业废气中二硫化碳最低检出质量浓度为0. 009 mg/m3。
2.3二硫化碳色谱峰
在上述色谱条件下测定二硫化碳标准溶液,气相色谱峰见图1。
2.4精密度和准确度
取10个未采样的活性炭管分成2组,一组5个活性炭管。 向第一组活性炭管加入2 μL的二硫化碳标准液,向第二组活性炭管加入4 μL的二硫化碳标准液,按1. 3样品前处理步骤进行处理后进气相色谱仪进行分析测试,结果见表1。
由表1可见,加入二硫化碳标准液的活性碳经消解处理后的测定结果重现性较好,二硫化碳测定值相对标准偏差小于2% ,加标回收率在94. 9% ~ 104. 8% 间。
2.5样品稳定性试验
取4组活性炭吸收管,每组3支,每支加入3 μL二硫化碳标准储备液,二硫化碳含量为7. 56 μg,放置于4℃ 冰箱保存, 分别于0、3、5、7天按样品测试方法测定一组,观察样品的稳定性。结果显示,第3天二硫化碳测定结果为7. 37 μg,二硫化碳损失2. 51% ; 第5天二硫化碳测定结果为7. 21 μg,二硫化碳损失4. 63% ; 第7天二硫化碳测定结果为7. 02 μg,二硫化碳损失7. 14% 。二硫化碳在第7天测得结果损失率均小于8% ,因此采集二硫化碳的活性炭管在冰箱至少可保存7 d。
2.6解吸效率
取15支活性炭管,分成3组,断开的活性炭管两端分别加入2、5、8 μL浓度为2520 mg / L的二硫化碳标准储备液后立即将活性炭管两端套上塑料帽,放置过夜。第2天解吸并测定每支活性炭管二硫化碳的含量,同时做样品空白,计算解吸效率。结果显示: 浓度值为5. 04 mg/L的样品解吸效率为94. 1%,浓度值为12. 6 mg / L的样品解吸效率为95. 1% ,浓度值为20. 2 mg / L的样品解吸效率为97. 6%。因此解吸效率平均值为95. 6%。
3结论
本文建立把采用活性炭采集工业废气中的二硫化碳,乙醇解吸后经HP - INNOWAX毛细管色谱柱分离,氢焰离子化检测器检测的方法。该本文考察了方法的检出限、精密度和加标回收率等。经上述分析,本方法操作简便、分析速度快、检出限低、线性关系良好且回收率高,对仪器设备要求较低,能满足环境空气和环境废气中的二硫化碳的监测。
摘要：建立了用气相色谱法测定工业废气中二硫化碳的方法。二硫化碳经活性炭吸附后由乙醇解吸,HP-INNOWAX毛细管色谱柱分离,经氢火焰离子化检测器检测。二硫化碳在5.04~50.4 mg/L范围内标准曲线线性良好,相关系数为0.9995,当采样体积为30 L,二硫化碳最低检出质量浓度为0.009 mg/m3,其加标回收率为94.9%~104.8%。本方法前处理简便,分离度好,干扰少,分析灵敏度高,能满足分析要求。
关键词：工业废气,气相色谱法,二硫化碳
参考文献
[1]杨丽莉,胡恩宇.气相色谱法同时测定空气中痕量乙酸乙酯和乙酸乙烯酯[J].化学分析计量,2006(5):40-42.
[2]国家环保总局.空气和废气监测分析方法指南.4版[M].北京:中国环境科学出版社,2004:39-51.
工业色谱仪 篇7
1 气相色谱技术概述
1.1 发展简史
茨维特在1903年首次提出了应用吸附色谱原理对植物色素进行分离的新方法, 在随后的第三年他把这种方法命名为色谱法。在19世纪的30年代左右, 色谱技术首次被应用到有机化学领域, 并且利用这项技术成功实现了对有机化合物的分离和提纯。在1952年James和Martin等人首次提出了气-液色谱的概念, 在1962年气相色谱技术终于出现。随着技术和仪器的不断发展, 气相色谱技术得到了非常好的发展, 并且应用到了更加广泛的领域。
1.2 气相色谱技术的主要应用
随着气相色谱技术的不断发展, 它的应用范围也变得越来越广。色谱分析技术它结合了物理和化学两种分析方法, 原则上来讲只要某种物质存在物理、化学、生物某一种不同的特定, 都可以利用色谱技术来进行定性、定量的分析和检测。如今在环境大气的监测、油气田的开发、航空航天、医药合成以及食品研制和检测等方面都有色谱检测技术的身影。气相色谱技术它的工作原理其实就是利用不同物质之间所具有的不同的沸点、相容性、极性以及其它方面的特点, 对混合物进行分析和检测, 它比较适合用来分离低沸点的物质, 不适合用来分析沸点较高, 并且性质不稳定的物质。
1.3 优缺点
色谱分析法和常规的方法相比较具有很多的优点, 主要表现在以下几个方面:首先它的应用范围非常广泛, 适用性非常强, 它几乎可以应用于对所有化合物的分析和测定;其次其具有很高的分离效率, 比如在对毛细管进行气相色谱柱分离的时候, 塔板数就可以达到10万左右, 而毛细管的电泳柱甚至可达到几十万;再者它的灵敏度比较高, 能够测定纳克单位级的物体;第四, 它的效率非常高, 一般几十分钟甚至几分钟就能够完成分析;最后其所需要的样品量比较少。色谱法具有很多的优点, 但它同样也有一定的局限性, 比如它对物质的定性需要保留时间, 在同一保留时间内可能会出现不同的结果, 所以在进行鉴定的时候通常还会需要其他仪器的配合。
2 气相色谱技术在聚甲醛工业生产中的应用
生产聚甲醛的工艺有很多, 不过每一种方法都不是完美的, 它们都有它们自身对应的优缺点。上世纪30年代初, 多聚甲醛的生产一般由甲醛经过银催化氧化之后得到的产物再经过水洗吸收之后得到了甲醛溶液, 但这种工艺不仅收率低, 还会对环境产生危害, 随后科学家又研究出共聚甲醛技术, 此工艺流程主要为:甲醛经过一定的处理之后氧化形成粗甲醛, 再经过一定的提纯合成二氧五环和共聚单体三聚甲醛, 最后经过聚合形成聚甲醛。
随着技术的不断发展和进步, 聚甲醛工业生产中越来越多的应用到GC技术, 利用这种技术能够一次性分析出多种组分, 从而满足了聚甲醛生产的现状, 同时利用顶空进样和脉冲进样等多种进样形式以及色谱柱的高分离度和检测器的高灵敏度等实现了对物质的快速分离检测, 解决了聚甲醛生产过程中分析检测的基本要求。由于POM它同时具有聚合物和共聚物的特点, 化学稳定性强, 既不易溶于水, 又不容易被加工。所以均聚甲醛的合成一般都利用甲醛溶液在酸性条件下进行缩合聚合反应形成, 但是在反应过程中会有杂质的产生, 于是建立一种能够方便快捷分离杂质, 并且还能对杂质进行定量的技术十分必要。而气相色谱技术正好满足这一需要, 如在聚甲醛的工业生产过程中, 可以借助色谱技术测定01区甲醛产品中甲醛、甲醇、水等组分的含量:在聚甲醛工业生产过程中01区的甲醛制备工段, 具体反应是甲醇在甲醛反应器, 在银催化剂的作用下被氧化成为甲醛, 经过浓缩之后大约可以产出6成左右的浓缩甲醛, 剩余的为甲醛溶液里面含有甲酸、水、甲醇以及甲炔等成为。在传统的分析测定方法中主要采用的是氧化还原的方法去测定里面甲醛的含量, 不过由于灵敏度比较差、选择性也比较差, 很难准确测定甲醛溶液中甲醛的含量。所以我们采用气相色谱技术测定里面的甲醛含量, 能够切实提升测量的准确度和灵敏性。
3 结语
综上所述, 本文主要分析和研究了气相色谱技术在聚甲醛工业生产中的应用, 首先对气相色谱技术进行了简单阐述, 并且指出在使用色谱法过程存在的优缺点, 然后结合聚甲醛工业生产流程, 分析确定气相色谱技术在聚甲醛工业生产过程中应用的可行性。文章最后列举了气相色谱技术在聚甲醛工业生产中的主要应用。
参考文献
[1]侯丽.气相色谱技术在聚甲醛工业生产中的应用研究[D].武汉工程大学, 2012.
[2]成文虎.色谱技术在石油化工及食品工业中的应用研究[D].新疆大学, 2013.