AKADEMIA GÓRNICZO – HUTNICZA

im. STANISŁAWA STASZICA

w KRAKOWIE

WYDZIAŁ WIERTNICTWA NAFTY I GAZU

Górnictwo i Geologia

Laboratorium z Gazownictwa

Oznaczanie składu metodami chromatografii gazowej

Michna Paweł

Krzywiński Paweł

Żak Łukasz

Stus Erwin

Rok 3

Wprowadzenie

Chromatografia jest metodą rozdzielania składników jednorodnych mieszanin w

wyniku różnego ich podziału między fazę ruchomą i nieruchomą układu

chromatograficznego, przy czym fazą ruchomą może być gaz lub ciecz, natomiast

nieruchomą (stacjonarną) ciało stałe lub ciecz.

Mieszaninę substancji A i B wprowadzono do fazy ruchomej w czasie, który przyjęto

za zerowy i od którego rozpoczął się proces rozdzielania składników. Składniki te w

różny sposób oddziałują z faza nieruchomą i ruchomą. Załóżmy, że składnik A oddziałuje

z fazą nieruchomą znacznie słabiej niż składnik B. Cząsteczki obu składników dzielą się

między obie fazy w różnych stosunkach, charakterystycznych dla tych składników.

Stosunki te można zapisać jako stałe podziału K dla składnika A i B:

$K_{A} = \frac{C_{\text{As}}}{C_{\text{Ar}}}$ $K_{B} = \frac{C_{\text{Bs}}}{C_{\text{Br}}}$

gdzie: C – stężenie składnika w fazie nieruchomej (s) i ruchomej (r).

Między liczbą cząsteczek związków chromatografowanych, obecnych w fazie

ruchomej i nieruchomej, ustala się równowaga dynamiczna z wielokrotnym

przechodzeniem tych cząsteczek z jednej fazy do drugiej. Ich przenoszenie wzdłuż

układu chromatograficznego jest możliwe tylko wtedy, gdy znajdują się w fazie

ruchomej. W czasie t1 widoczny jest różny podział składników między obie fazy układu

chromatograficznego i rozdzielenie tych składników. Rozdzielenie składników jest

możliwe tylko wtedy, gdy ich stałe podziału różnią się między sobą (KA ≠ KB). W czasie t2

jeden ze składników został już wyniesiony z układu chromatograficznego i znajduje się

w fazie ruchomej, a w czasie t3 oba składniki są już w fazie ruchomej poza zasięgiem

oddziaływania fazy stacjonarnej. Pasma stężeniowe składników po przejściu układu

chromatograficznego różnią się od pasma początkowego mieszaniny. Różnica polega na

poszerzeniu tych pasm i na przyjęciu kształtu krzywej Gaussa. Pasma te noszą nazwę

pików chromatograficznych.

Jeżeli faza ruchomą jest gaz, to chromatografia nosi nazwę gazowej, gdy faza

ruchową jest ciecz, wówczas chromatografia nazywana jest cieczową. Gdy faza

nieruchomą jest ciało stałe, wówczas chromatografię nazywa się adsorpcyjną. Jeżeli

faza nieruchomą jest ciecz, to chromatografia jest chromatografią podziałową. Faza

nieruchoma może być umieszczona w kolumnie lub na płaszczyźnie (tylko w

chromatografii cieczowej). W pierwszym przypadku chromatografia jest kolumnowa, w

drugim – planarna.

Analizę za pomocą chromatografii gazowej wykonuje się przy użyciu

chromatografów gazowych.

Chromatograf gazowy

Podstawowym elementem wyposażenia stanowiska badawczego jest chromatograf gazowy firmy Hewlett-Packard serii HP 6890, którego podstawowymi parametrami są:

zakres temperaturowy pieca: 4ºC do 450ºC (piec o wymiarach 280x310x160)

sześć niezależnych stref grzania (dwie komory nastrzykowe, dwa detektory, dwie strefy pomocnicze – temp. do 450ºC)

elektroniczna kontrola natężeń przepływu i ciśnienia w dozownikach, metody split lub splitless, temp. max dozowników 450ºC

dwa detektory: płomieniowo – jonizacyjny FID z automatyczną inicjacją i max temp. pracy 450ºC oraz cieplno – przewodnościowy TCD z max temp. pracy 400ºC,

sześciodrożny zawór dozujący z pętlą dozowniczą .

Gazy nośne i pomocnicze

Stanowisko wyposażone jest w generator wodoru (konieczny do działania detektora płomieniowo – jonizacyjnego) oraz butle ciśnieniowe z syntetycznym powietrzem i helem.

Opracowanie wyników doświadczenia

W wyniku analizy próbki gazowej w chromatografie otrzymujemy wykres w postaci tzw. pików, który to wykres możemy wykorzystać do analizy ilościowej i jakościowej danej próbki.

Mieszanina 1

Przybliżone czasy retencji dla składników gazu:

Lp.	Składnik	Przybliżony czas retencji [min]
1.	Argon	~1,493
2.	Dwutlenek węgla	~3,938

Wyniki otrzymane z chromatografu:

	Czas retencji [min]	Powierzchnia piku
1.	1,493	5169,90
2.	3,938	209,61

Porównując czasy retencji z chromatografu i przybliżony z metody Lab_Gaz możemy stwierdzić, że w analizowanej mieszaninie gazowej znajdują się:

1. Argon

2. Dwutlenek węgla

Co potwierdza wcześniejsze założenie polegające na tym, że analizie poddaliśmy próbkę o znanym składzie jakościowym i ilościowym:

A_r 95,85

CO₂ 4,15

Wyznaczenie krzywych kalibracji dla poszczególnych składników gazu (w zależności od powierzchni pików)

Mieszanina 2

Przybliżone czasy retencji dla składników gazu:

Lp.	Składnik	Przybliżony czas retencji [min]
1.	Argon	~1,497
2.	Dwutlenek węgla	~3,923

Wyniki otrzymane z chromatografu:

	Czas retencji [min]	Powierzchnia piku
1.	1,497	4222.16
2.	3,923	910.01

Porównując czasy retencji z chromatografu i przybliżony z metody Lab_Gaz możemy stwierdzić, że w analizowanej mieszaninie gazowej znajdują się:

1. Argon

2. Dwutlenek węgla

Co potwierdza wcześniejsze założenie polegające na tym, że analizie poddaliśmy próbkę o znanym składzie jakościowym i ilościowym:

A_r 80.17 CO₂ 19.83

Wyznaczenie krzywych kalibracji dla poszczególnych składników gazu (w zależności od powierzchni pików)