Temat ćwiczenia:
Laboratorium Fizyki Medycznej
Chromatografia gazowa
Data wykonania ćwiczenia:
Maja Połońska gr. 3/5 MSIB
01.12.2009
Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia było poznanie metody chromatografii gazowej i
wykorzystanie jej do badania składu powietrza wydychanego przez człowieka.
Wyniki pomiarów i analiza wyników:
1. Pierwszym etapem ćwiczenia była kalibracja chromatografu. W tym celu
sporządzono próbki zło\
one z mieszaniny powietrza i CO2 o stÄ™\
eniach
odpowiednio: 4% i 1,06% CO2. StÄ™\
enia takie otrzymano wskutek kilkakrotnego
rozcieńczania powietrzem.
Wyniki pomiarów z chromatografu w tabeli:
4% CO2 1,06% CO2
gaz
pow. piku pow. piku
CO2 166,12 49,93
H2O 3,8 11,47
O2/N2 3965,04 4029,24
CH4 0,99 0,73
Krzywa kalibracyjna:
Współczynniki krzywej kalibracji (postaci f(x)=ax+b):
a = 41,099 Ä… 1,589
b = 2,697 Ä… 3,795
2. Po kalibracji dokonano pomiarów powietrza wydychanego od 2 osób.
Wyniki pomiarów:
pierwsza osoba druga osoba
gaz
pow. piku [ pow. piku
O2/N2 3907,982 3869,216
CO2 148,788 206,532
CH4 1,356 0,95
Wykorzystując obliczone współczynniki regresji i mając wiadomości o
powierzchni pod pikiem dwutlenku węgla mo\
emy wyliczyć stę\
enia CO2 w
pobranych próbkach:
Niepewności obliczeń obliczone z prawa przenoszenia niepewności:
Ostatecznie otrzymane wartości:
x1 = 3,555 Ä… 0,17 [%]
x2 = 4,96 Ä… 0,213 [%]
Wyniki te nie odbiegajÄ… znacznie od normy, gdy\
z
ródła podają jako stę\
enie CO2
w wydychanym powietrzu ok. 4%.
3. Następnym zadaniem był pomiar stę\
enia metanu w wydychanym
powietrzu przy u\
yciu 2 ró\
nych detektorów : FID i PDHID. Punktem odniesienia
było powietrze syntetyczne.
StÄ™\
enia gazów w powietrzu syntetycznym:
H2 2 ppm
CH4 3 ppm
CO 4 ppm
CO2 500 ppm
Jednopunktowa kalibracja metanowa na detektorze PDHID:
pow. piku
gaz
CH4 1,07
O2/N2 4136,88
CO2 2,87
Pomiary gazów w wydychanym powietrzu przy u\
yciu detektora PDHID znajdujÄ…
się w 2 tabeli, według tych pomiarów: powierzchnia piku CH4 dla pierwszej
próbki wynosiła 1,356 , natomiast dla drugiej 0,95 .
Z proporcji mo\
na wyliczyć stę\
enia metanu w próbkach:
3 ppm  1,07
x1 ppm  1,356
x1 = 3,802 ppm = 0,00038%
3 ppm  1,07
x2 ppm  0,95
x2 = 2,664 ppm = 0,00027%
Jednopunktowa kalibracja metanowa na detektorze FID:
pow. piku
gaz
H2 1279,06
CH4 104,95
CO 153,56
CO2 17510
Wyniki pomiarów 2 próbek powietrza wydychanego na detektorze FID:
pierwsza osoba (niepalÄ…ca) druga osoba (palacz)
gaz
pow. piku pow. piku
H2 11 280 18 361
CH4 117,1 81,92
CO 109,4 320,6
CO2 1 031 000 1 179 000
StÄ™\
enia metanu (z proporcji):
3 ppm  104,95
x1 ppm  117,1
x1 = 3,347 ppm = 0,00033%
3 ppm  104,95
x2 ppm  81,92
x2 = 2,342 ppm = 0,00023%
Wartości stę\
eń metanu otrzymanych na obu detektorach są porównywalne,
niepewności względne wynoszą ok. 13%.
4. Następną częścią opracowania jest obliczenie stę\
enia H2 i CO na
podstawie pomiarów detektora FID.
Wyniki potrzebne do tych obliczeń:
powietrze syntetyczne osoba niepalÄ…ca palacz
gaz
pow. piku pow. piku pow. piku
stÄ™\
enie
H2 2 ppm 1279,06 11 280 18 361
CO 4 ppm 153,56 109,4 320,6
Obliczenia stÄ™\
eń:
H2 x1 ppm  11 280 pA·min
2 ppm  1279,06 pA·min
x1 = 17,638 ppm = 0,0018%
 x1 ppm  109,4 pA·min
x1 = 2,85 ppm = 0,00029%
2 ppm  1279,06 pA·min
4 ppm  153,56 pA·min
x2 ppm  18 361 pA·min
x2 ppm  320,6 pA·min
x2 = 28,71 ppm = 0,0029%
x2 = 8,351 ppm = 0,00084%
CO
4 ppm  153,56 pA·min
Próbka druga zawiera prawie 3-krotnie większe stę\
enie CO, poniewa\
osoba
druga jest palaczem.
5. Ile człowiek produkuje gazów w ciągu roku?
Aby odpowiedzieć na takie pytanie nale\
y poczynić pewne zało\
enia:
Vwydych = 0,4 dm3 = 4·10-4 m3  caÅ‚kowita objÄ™tość wydychanych gazów (podczas
1 oddechu)
n = 20  ilość oddechów na minutę
N= 6,8 mld  ilość ludzi na świecie
Wartości stę\
eń poszczególnych składników powietrza wydychanego przyjmuję
jako średnią wartość z pomiarów w ćwiczeniu.
VCO2 = 4,3%·4·10-4 m3 =0,17·10-4 m3
VCH4 = 0,0003%·4·10-4 m3 =1,2·10-9 m3
VH2 = 0,00235%·4·10-4 m3 =9,4·10-9 m3
VCO = 0,00057%·4·10-4 m3 =2,3·10-9 m3
Objętości w ciągu roku (wydalane przez 1 człowieka):
VCO2 =0,17·10-4 m3 ·20·1440·365=178,704 m3
VCH4 =1,2·10-9 m3·20·1440·365=1,3·10-2 m3
VH2 =9,4·10-9 m3·20·1440·365=9,9·10-2 m3
VCO =2,3·10-9 m3·20·1440·365=2,4·10-2 m3
Objętości w ciągu roku (wydalane przez wszystkich ludzi):
VCO2 =1215 mld m3
VCH4 =88,4 mln m3
VH2 =673,2 mln m3
VCO =163,2 mln m3
Na podstawie gęstości gazów mo\
na wyliczyć ich masy:
MCO2 = 2 405 700 000 ton
MCH4 = 63 648 ton
MH2 = 60 588 ton
MCO = 204 000 ton
Wnioski:
" Z otrzymanych wyników pomiarów stę\
eń wydychanych gazów
(nieodbiegających zbytnio od normy) wnioskować mo\
na, \
e
chromatografia gazowa jest dobrą i dość dokładną metodą badawczą.
" Zauwa\
yć mo\
na, \
e stÄ™\
enia tlenku węgla w oddechu zale\
Ä… bardzo silnie
od tego, czy osoba jest palaczem.