過程氣相色譜儀(Process GC)是一種專門制造的氣體監測器,可提供工業或大氣應用中氣流或樣品成分的定性(類別)和定量(數量)數據。
與基于實驗室的氣相色譜不同,過程氣相色譜通常在靜態應用中配置和使用,在靜態應用中,操作員需要長時間頻繁獲取一組特定目標化合物的信息。工藝氣相色譜主要設計為作為獨立的低維護氣體分析儀運行,通常無需化學或技術背景即可運行。
過程氣相色譜通常還包含數字和模擬輸入和輸出,允許它們與外部觸發器、數據收集系統和其他現場控制接口。
工藝氣相色譜用于油氣勘探、室外空氣質量監測、無組織排放檢測和監測、特種氣體供應等許多行業。
“氣相色譜”這個大詞是一個簡單的概念。
氣相色譜的基本元素非常簡單,它們共同構成了分析一種或多種氣體的強大工具。色譜分析有四個步驟:樣品采集、樣品注射、樣品分離和樣品檢測。
收集氣體樣本,然后將其引入一種稱為載氣的惰性氣體流中。載氣使氣體樣品通過一個或一系列色譜柱,樣品中的氣體在色譜柱中被物理分離。一旦感興趣的氣體被色譜柱分離,它們被導向檢測器,該檢測器提供與其濃度成比例的輸出。氣相色譜分析可以是手動過程,也可以是自動在線過程。
樣品收集使用各種不同的方法準備樣品進行分析。固定樣品環是自動化過程分析的首選方法(圖1)。其他常見技術包括從簡單地在氣體注射器中收集氣體樣本到更復雜的方法,例如將液體揮發成氣體、在收集介質上預濃縮或在低溫下冷凝氣體樣本。
樣品注射樣品可以通過注射器手動注射到載氣中,但通常通過與載氣串聯的樣品環和分析閥引入。典型的載氣包括氮氣、氦氣、氬氣,在某些情況下還包括氫氣或空氣。一般來說,載氣質量越好,分析結果越好。在自動儀器中,載氣根據樣品環在精確的預定時間段內切換,并將樣品注入色譜柱(圖2)。在氣相色譜分析過程中,該循環通常會連續重復。
樣品分離——氣相色譜的核心,色譜柱是將樣品分離成組分的工具。色譜柱安裝在具有精確溫度和載氣流量控制的烘箱中。在這些嚴格控制的條件下,分析可以重復進行;相同的氣體成分將與之前的分析同時離開色譜柱(洗脫)。
例如,最常見的色譜柱之一使用分子篩相或填充材料根據樣品中包含的單個分子的大小來分離樣品。當由氫、氧和氮組成的樣品通過色譜柱時,小尺寸的氫分子使其非常快速地通過該相。最大的氮分子需要最長的時間才能通過這個階段。從宏觀上看,這可以與使用各種濾網從混合礫石中去除細砂和大石頭相提并論。基于沸點、極性、分子量和分子大小的不同氣相分離在市場上很容易買到。不同的相密度、孔和柱長被添加到不同的相中,幾乎有無限多的柱可供選擇。
樣品檢測一旦分離的氣體離開(或洗脫)色譜柱,它們將通過檢測器,檢測器將響應輸出信號。該信號將在色譜圖中產生一個特征氣相色譜峰。的峰面積與目標氣體的濃度成正比。在過去,很難量化的峰值大小,但強大的集成軟件已經把它變成了一個簡單的任務。氣相色譜軟件和硬件還可以包含各種診斷、報告和輸出功能。氣相色譜儀根據分析要求設計了各種檢測器;氣體成分和所需的檢測限有助于確定所用的檢測器。火焰離子化檢測器(FID)用于大多數碳氫化合物,提供揮發性有機化合物的光電離檢測器(PID)、一般用途的熱導檢測器(TCD)和其他專業檢測器。由于其設計簡單可靠,工藝氣相色譜通常采用FID、PID或TCD。