含氧煤层气组分的气相色谱分析方法

时间：2019-04-25

   气相色谱仪广泛应用于石油化工、科研教学、环境监测、食品医药安全、高纯气体行业、生命科学、**鉴定等领域。武汉泰特沃斯科技有限公司位于中国武汉江夏区，专业从事气相色谱仪的生产。主要产品包括GC2030系列气相色谱分析仪、GC966系列在线气相色谱仪、GC966便携式气相色谱仪等设备，以及相关配套设备。以下由武汉泰特沃斯科技有限公司色谱技术人员主要介绍含氧煤层气组分的气相色谱分析方法。
煤层气组分分析对煤层气的开采利用十分重要。采用气相色谱法测定煤层气组分的方法，以标准气体进行定性，外标法进行定量，利用单气路双色谱柱的方式，使煤层气样能够在1台色谱仪2根色谱柱上进行分析，实现一次进样分析煤层气的主要组分。针对色谱柱温度、进样温度、载气流速等影响因素，开展了相关的实验研究，同时考察了该测定方法的重复性。研究结果表明，该方法操作方便，结果准确，缩短了分析时间。
煤层气开采利用受到较大关注，而利用时要对煤层气组分进行分析检测。结合煤层气的组分特点，可从技术角度研究适宜的煤层气利用方式，加强煤矿抽放煤层气的资源化利用。
煤层气组分主要有：CH4、O2、N2，还有少量的CO2等。多种气体在一个分析条件下全部准确分析出来较为困难，只能在几个条件下对不同组分进行分析。目前常用的方法是用2台气相色谱仪来完成煤层气的全组分分析，这种方法会增加系统的操作误差，尤其对微量组分，相对误差较大；同时由于分析仪器比较昂贵，会增大设备投资。
对气相色谱检测方法进行分析的基础上，采用单气路双色谱柱的方式，使样品能够在1台色谱仪2根不同的色谱柱上进行分析，实现一次进样，对煤层气的主要组分进行分析，节约分析时间和成本。通过实验对煤层气组分分析方法进行分析和研究，选择出较好的分析操作条件。
1 实验部分
1.1 仪器和样品
气相色谱仪；高纯N2(99.999%)，高纯H2(99.999%)；样品气为煤层气。
1.2 分析方法的选择
气相色谱法普遍应用于气体的分析检测。在气相色谱仪气路流程中连接切断阀，通过切断阀连接2根色谱柱，用1台色谱仪测定含氧煤层气的主要组分，操作简便，节约成本。分析时采用恒温操作，定量进样，采用标准气体通过对照法进行定性，用外标法定量分析结果。检测器为热导检测器(TCD)。
1.3 分析流程
打开气源，开启气相色谱仪及色谱工作站并设定参数，待各参数达到设定值后，采用定量管进样，进行分析。分析完成后对色谱柱进行老化，将色谱柱内的杂质排出，避免杂质累积堵塞色谱柱而影响下次的检测结果。5A分子筛色谱柱老化条件为柱流速25 mL/min，柱温270～320 ℃，老化时间6～8 h。TDX-01色谱柱老化条件为柱流速25 mL/min，柱温260 ℃，老化时间6～8 h。GDX-104色谱柱老化条件为柱流速25 mL/min，柱温100 ℃，老化时间6～8 h。老化结束后，关闭热丝，待温度降至常温后，关闭气相色谱仪，关闭载气。
1.4 实验过程
首先分别考察柱温、进样温度、检测温度、载气流速、色谱柱对分析结果的影响，选择较好的操作条件后，配制不同体积分数的标准样品，进样分析，考察方法的分析效果及重复性。
2 分析条件选择
1)柱温选择。温度较低有利于组分的分离，增大色谱柱选择性，提高色谱柱稳定性；而提高柱温可缩短分析时间。不同柱温条件下的色谱图可以看出，柱温为40 ℃时分析时间较长，60 ℃时不同组分发生粘连，影响准确定量。综合考虑柱温选择50 ℃比较合适。
2)检测温度的选择。提高检测器温度和热丝温度可提高灵敏度，但会导致基线不稳，热丝易烧断。综合考虑检测灵敏性和对检测器的保护，热丝温度设定为150 ℃，检测器温度选100 ℃。
3)进样温度的选择。适宜的进样温度要能保证样品的全部组分在进样瞬间完全气化，同时又不会导致样品分解，一般选在试样的沸点或稍**沸点，以保证样品快速完全气化。考虑到煤层气中含有水蒸气，进样温度选择为100 ℃。
4)载气流速的选择。气相色谱的分离效果与色谱柱的设计情况及操作条件有关，而载气流速会影响色谱柱的分离效率。当载气流速较低时，样品严重扩散，色谱柱分离效率大为降低；当载气流速较高时，样品的传质阻力较大，柱效也会降低，因此要选用合适的载气流速。通过分析比较，当载气流速为25 mL/min时，CH4的响应值较高，峰面积较大，说明此流速下仪器对待测组分的灵敏度较好。
3 结论
1)在色谱柱温50 ℃，检测器温度100 ℃，进样温度100 ℃，载气流速25 mL/min时，煤层气组分分离效果较好。
2)5A分子筛色谱柱可以对N2、O2、CH4实现很好的分离，但使用过程中应防止吸附H2O发生失活，检测结束后应对色谱柱进行老化。
3)选择的色谱方法具有良好的线性关系和重复性，可有效节约分析时间和成本。

词条
词条说明
气相色谱的载气种类和纯度选择
作为气相色谱载气的气体，要求要化学稳定性好；纯度高；价格*并易取得；能适合于所用的检测器。常用的载气有氢气、氮气、氩气、氦气、二氧化碳气等等。其中氢气和氮气价格*，性质良好，是用作载气的良好气体。（1）氢气：由于它具有分子量小，分子半径大，热导系数大，粘度小等特点，因此在使用TCD时常采用它作载气。在FID中它是必用的燃气。氢气的来源目前除氢气高压钢瓶外，还可以采用电解水的氢气发生器，氢
气相色谱的进样系统概述
气相色谱的进样系统的作用是将样品直接或经过特殊处理后引入气相色谱仪的气化室或色谱柱进行分析，根据不同功能可划分为如下几种： 1、手动进样系统微量注射器：使用微量注射器抽取一定量的气体或液体样品注入气相色谱仪进行分析的手动进样。广泛适用于热稳定的气体和沸点一般在500℃以下的液体样品的分析。用于气相色谱的微量注射器种类繁多，可根据样品性质选用不同的注射器。固相微萃取（SPME）进样器：固相微萃取是
影响空气相色谱仪的参数
一、样品的性质空气体中各组分的含量不仅与其本身的挥发性有关，还与基质，特别是那些在样品基质中溶解度大（分配系数大）的组分，基质效应为显着。这是气相色谱仪空进样的一大特点，即空气体的组成与原样的组成不同，这对定量分析的影响非常严重，因此标准品与样品相同或者相似的基质，否则定量分析误差较大。减少基质效应：盐析、加水、调pH、固体粉碎、稀释等。
有关气相色谱仪原理
气相色谱仪的原理主要涉及样品的制备、气相色谱分离以及检测三个主要步骤。以下是详细的原理说明：一、样品制备在使用气相色谱仪进行分析之前，需要对样品进行制备。这通常包括将样品溶解于合适的溶剂中，并进行适当的稀释，以确保样品浓度在仪器的检测范围内。制备好的样品随后通过器注入气相色谱仪的进样口中。二、气相色谱分离气相色谱分离是气相色谱仪的部分。当样品被注入进样口后，样品分子在进样口处蒸发并进入