Способы регистрации гидратов инертных газов

04.08.2014 | Автор: bur

Газовый анализ

Почетаемая редакция, нас заинтересовывают способы регистрации и определения количества гидратов инертных газов (таких как аргон, криптон, ксенон, гелий) в воде и в других биосредах (кровь, цитоплазма и т.д.). Будем очень признательны за помощь в поисках таких методик.

Почетаемая, Ира!

Системы «инертный газ-вода» представляют научный энтузиазм для исследования строения жестких и водянистых смесей, образующих каркасные структуры из молекул, соединенных крепкими водородными связями, и внедренных в полости каркаса простых гидрофобных молекул включения. В связи с этим твердые смеси инертных газов во льду можно рассматривать как простые клатратоподобные фазы, основой которых является термодинамически размеренный каркас льда. Такие клатраты расчитываются термодинамически.

Способов высококачественного и количественного определения инертных газов достаточно много. Для определения содержания инертных газов в исследуемых образчиках применяется газовый анализ — высококачественное обнаружение и количественное определение компонент газовых консистенций. Проводится как при помощи автоматических газоанализаторов, так и по лабораторным методикам. Обычно, способы газового анализа основаны на измерении физических характеристик среды, значения которых зависят от концентраций определяемых компонент. В избирательных способах измеряемое свойство зависит в большей степени от содержания определяемого компонента. Неизбирательные способы основаны на измерении интегральных параметров пробы (к примеру, плотности, теплопроводимости), которые зависят от относительного содержания всех ее компонент. Последниеметоды используют для анализа бинарных газовых консистенций, в каких варьируется содержание только определяемого компонента, а соотношение концентраций других компонент не меняется.

Выбор способов газового анализа, обеспечивающих избирательное определение интересующего компонента конкретно по измерению физических характеристик анализируемого газа, очень ограничен. Почти всегда избирательность достигается подготовительной обработкой пробы, напр. фракционированием, концентрированием, конверсией; а именно, используют мембранные способы, которые служат для выделения определяемой примеси из анализируемого газа, удаления макрокомпонентов при концентрировании, разбавления пробы газом-носителем в данное число раз.

По нраву измеряемого физического параметра способы газового анализа можно поделить на механические, акустические, термические, магнитные, оптические, ионизационные, масс-спектрометрические, химические, полупроводниковые.

К механическим способам относят пневматические, посреди которых различают аэростатический и аэродинамический. В первом определяют плотность газа либо газовой консистенции, во 2-м — зависящие от плотности и вязкости характеристики таких процессов, как дросселирование газовых потоков, вихреобразование и т.д. Эти способы используют для анализа бинарных газовых консистенций, к примеру, для определения Н2 в воздухе, Н2 в этилене, СО2 в инэртных газах, С12 в Н2 и т.д. Малые определяемые концентрации (МОК) при всем этом составляют от 10-2 до 10 -1 дескать. %.

Термические способы определения газов и газовых консистенций основаны на измерении теплопроводимости газовой консистенции (термокондуктометрический способ) либо термического эффекта реакции с ролью определяемого компонента – так именуемый термохимимический способ. Термокондуктометрическим способом находят содержание, к примеру, Не, СО2, Н2, СН4 С12 в бинарных консистенциях (МОК от 10-2 до 10-1 дескать. %). Термохим. способ употребляют для избирательного определения СО, СН4, О2, Н2, контроля в воздухе взрывоопасных и пожароопасных примесей (консистенций газообразных углеводородов, паров бензина и т.д.).

В магнитных способах определения газов определяют физические свойства газа, обусловленные магнитными качествами определяемого компонента в магнитной поле. С помощью их держут под контролем содержание О2, отличающегося аномально большой парамагнитной восприимчивостью. Более всераспространен термомагнитный способ, основанный на зависимости парамагнитной восприимчивости О2 от его концентрации при действии магнитного поля в критериях температурного градиента.

В оптических способах определения газов определяют оптическую плотность (абсорбционные способы), интенсивность излучения (эмиссионные способы), коэффициент преломления (рефрактометрический) и некие другие оптические характеристики.

Абсорбционыые способы определения газов, основанные на измерении селективного поглощения ИК-, УФили видимого излучения контролируемым компонентом, используют, к примеру, для определения NO2, карбонилов неких металлов, О3, H2S, SO2, CS2, метаналя, фосгена, С12, СС14, также паров Hg, Na, Pb и др. частей. МОК от 10-5 до 10-2 дескать. %. Обширно употребляется оптико-акустический способ, основанный на пульсации давления газа в лучеприемнике при поглощении прерывающегося потока излучения, прошедшего через анализируемый газ.

В эмиссионных оптических способах определения газов определяют интенсивность излучения определяемых компонент. Излучение можно возбудить электронным разрядом, пламенем, светом от др. источников (при использовании лазера МОК добивается 10-7-10-6 дескать. %). Эти способы используют для количественного определения многих частей и соединений.

В хемилюминесцентном способе определения газов определяют интенсивность люминесценции, сопровождающей некие хим реакции в газах. Способ используют, а именно, для определения О3 и оксидов азота. К примеру, определение NO основано на его окислении озоном.

Рефрактометрический способ определения газов употребляется для определения СО2, СН4, ацетилена, SO2 и др. в бинарных газовых консистенциях. Интерферометрический оптический способ основан на измерении смещения интерференционных полос в итоге конфигурации оптической плотности газовой консистенции при изменении концентрации определяемого компонента. Применяется, к примеру, для определения СО2 и СН4 в воздухе.

Ионизационные способы определения газов основаны на измерении электронной проводимости ионизованных газовых консистенций. Ионизацию производят радиоактивным излучением, электронным разрядом, пламенем, Ультрафиолетовым излучением, на нагретой каталитически активной поверхности. К примеру, способ, основанный на измерении различия сечений (вероятностей) ионизации газов радиоактивным излучением, употребляют для анализа таких бинарных консистенций, как Н2—N2, N2—CO2, также неких углеводородов.

Для определения инертных газов и их консистенций прекрасно подходит масс-спектрометрический способ, основанный на измерении масс ионизованных компонент анализируемого газа, используют для определения инертных газов, О2, Н2, оксидов углерода, азота и серы, также неорганических, органических и металлоорганических летучих соединений.

Если газ растворён в воде, то для его определения отлично подходит химический способ определения, в каком определяют характеристики системы, состоящей из водянистого либо твердого электролита, электродов и определяемого компонента газовой консистенции либо товаров его реакции с электролитом. Так, потенциометрический способ основан на зависимости потенциала индикаторного электрода от концентрации иона, приобретенного при растворении определяемого компонента в растворе; амлерометрический — на зависимости меж током и количеством определяемого компонента, прореагировавшего на индикаторном электроде; кондуктометрический — на измерении электропроводности смесей при поглощении ими определяемого компонента газовой консистенции. Химическими способами определяют содержание примесей SO2, O2, H2S, C12, NH3, O3, NO2 и др.

В полупроводниковых способах газового анализа определяют сопротивление полупроводника (пленки либо монокристалла), взаимодействующего с определяемым компонентом газовой консистенции. Взаимодействие может состоять, к примеру, в хемосорбции газов поверхностью. Эти способы определения газов используют для измерения содержания Н2, метана, пропана, О2, оксидов углерода и азота, галогенсодержащих соединений и др. МОК от 10-5 до 10-3 дескать. %.

Также для определения инертных газов подойдёт и хроматографический способ газового анализа, где разделение анализируемой газовой консистенции происходит при ее движении повдоль слоя сорбента. Более нередко используют проявительный вариант, в каком исследуемый газ переносится через слой сорбента потоком газа-носителя, сорбирующегося ужаснее хоть какого из компонент анализируемой газовой консистенции. Для измерения концентрации разбитых компонент в газе-носителей используют разные хроматографические сенсоры. Хроматографические способы обеспечивают анализ широкого круга органических и неорганических компонент.

В способе изотопного разбавления в анализируемую пробу вводят радиоактивные либо, почаще, постоянные изотопы определяемого компонента и потом выделяют его из пробы совместно с добавкой. В случае радиоактивного изотопа концентрацию компонента рассчитывают по уд. радиоактивности выделенного компонента, в случае размеренных изотопов — по результатам масс-спектрометрич. либо спектрального анализа его изотопного состава. Применяется также способ, основанный на реакции меж определяемым компонентом и радиоактивным реагентом. Образовавшееся соединения выделяют, определяют его удельной активность, по значению которой находят концентрацию определяемого компонента. Способами изотопного разбавления определяют содержание примесей О2, N2, H2, оксидов углерода и азота, СН4, С12 и др.

Многопараметрический вычислительный способ газового анализа основан на совместном измерении ряда физ. характеристик консистенции известного свойств. состава и на решении при помощи ЭВМ системы уравнений, описывающих связь измеряемых характеристик с концентрациями определяемых компонент. Сразу можно определять, к примеру, оптическая плотность среды при разных длинах волн, эффективность ионизации газов и паров на каталитически активных поверхностях с различными температурами нагрева и т.д.

В качестве примера ниже приведёт газовый анализ природного газа на газовом хроматографе «Кристаллюкс-4000М», хроматографической колонке с Haye Sep R и CaA и детекторах по теплопроводности (ДТП).

Набросок. Анализ природного газа на колонках с Haye Sep R и CaA и детекторах по теплопроводности (ДТП). Хроматограмма взята с веб-сайта www.npc-eridan.ru/chromatograms/natural_gas/

Анализ проводится согласно последующим нормативным документам:

ГОСТ 23781–87. Газы горючие природные. Хроматографический способ определения компонентного состава (способ А – определение N2, О2, Н2, СО2, С1 – С6 при содержании N2 не более 20% об., углеводородов С5 и выше не более 1% об., метод Б — определение углеводородов С4 – С8 при содержании от 0,001 до 0,5% об.);
ГОСТ 14920–79. Газ сухой. Способ определения компонентного состава (определение С1 – С5, а также N2, О2, СО, СО2, и Н2S при содержании от 0,1% масс. и выше);
ГОСТ 10679–76. Газы углеводородные сжиженные. Способ определения углеводородного состава (определение фракции С1 – С5 и их консистенции, находящихся под лишним давлением собственных паров при их содержании 0,01%масс. и выше);
ГОСТ 22667–82. Газы горючие природные. Расчетный способ определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе;
ГОСТ 28656–90. Газы углеводородные сжиженные. Расчетный способ определения плотности и давления насыщенных паров;
ГОСТ 30319–96. Газ природный. Способы расчета физических параметров;
ISO 6974–84. Газ природный. Определение содержания водорода, инертных газов и углеводородов до С8. Газохроматографический способ;
ISO 6974–84. Газ природный. Расчет теплотворной возможности, плотности, относительной плотности и числа Воббе компонент;
ГОСТ 24676–81. Пентаны. Способ определения углеводородного состава;
ГОСТ 24975.1–89. Этилен и пропилен. Хроматографические способы анализа

В состав комплекса входят газовый хроматограф «Кристаллюкс-4000М» с аналитическим модулем 2ДТП (2ДТП/ПИД для метода Б по ГОСТ 23781—87), хроматографические колонки, программка обработки хроматографической инфы «NetChrom», баллон с градуировочной консистенцией, компьютер, принтер и устройства для формирования и подачи газов (по желанию потребителя). Анализ пробы газа составляет не более 25 минут. Ввод пробы газа может быть осуществлен как вручную, так и с помощью автоматического крана-дозатора.

Идентификация

№

Имя компонента

Сенсор

Время удерживания, мин

Концентрация, мг/дм3 б. с. (%об. б. с.)

Углекислый газ (СО2)

ДТП-2

0.883

0.74

Этан (нС2)

ДТП-2

1.535

2.81

Кислород (О2)

ДТП-1

1.598

0.0039

Азот (N2)

ДТП-1

2.819

1.29

Метан (нС1)

ДТП-1

3.716

94.444

Пропан (нС3)

ДТП-2

4.532

0.43

Изобутан (иС4)

ДТП-2

8.229

0.046

Бутан (нС4)

ДТП-2

9.116

0.072

Нео-пентан (неоС5)

ДТП-2

11.319

0.004

10.

Изопентан (иС5)

ДТП-2

12.899

0.02487

11.

Пентан (нС5)

ДТП-2

13.505

0.026

12.

Циклопентан (цС5)

ДТП-2

14.186

0.001436

13.

2,2-диметилбутан (2,2-дмС4)

ДТП-2

16.010

0.0075

14.

2,3-диметилбутан (2,3-дмС4)

ДТП-2

16.752

0.01636

15.

Гексан (нС6)

ДТП-2

17.365

0.01803

16.

Бензол

ДТП-2

18.229

0.0261

17.

3-метилгексан (3-мС6)

ДТП-2

20.218

0.0126

18.

Гептан (нС7)

ДТП-2

20.796

0.00918

19.

Метилциклогексан (мцС6)

ДТП-2

21.326

0.00822

20.

Толуол

ДТП-2

22.243

0.011

№

Имя группы

Концентрация, %

Гексаны

0.068

Гептаны

0.03

Октаны

0.01

Теплота сгорания

Число Воббе,

Степень

МДж/м3

ккал/м3

МДж/м3

ккал/м3

Высшая

37.70

9004.0

49.0449

11712.86

Низшая

34.00

8121.0

44.2279

10564.11

Относительная плотность — 0.5909
Абсолютная плотность, кг/м3 — 0.7113
Температура, °С — 20.0

Не считая обозначенных анализов, в газе можно найти содержание сероводорода и меркаптанов по ГОСТ Р50802—95 с помощью капиллярной колонки и пламенно-фотометрического сенсора (ПФД) и влаги по методике, разработанной ВНИИУС.

Примечание: Газовый хроматограф «Кристаллюкс-4000М» внесен в Государственный реестр средств измерения № 24716–03 (RU.C.31.003A № 14704 от 03 мая 2003).

Ниже приведены веб-сайты, где вы сможете заказать подобные анализы:

www.npc-eridan.ru/chromatograms/natural_gas/

www.chromatec.ru/content/methods/hydrocarbongas_3.html

www.eurolab.ru/gazovyy_analiz

С почтением, к.х.н. О. В. Мосин

Рубрика: Все о воде | Метки: газов, дтп, определения