Газовая хроматография и определение этанола в метаноле методом внутренней нормализации

Производственная лаборатория химического анализа и контроля за качеством продукции (далее лаборатория) является структурным подразделением службы главного технолога ООО «Сибметахим» и предназначена для осуществления:

- непрерывного контроля технологического процесса согласно графику аналитического контроля;

- входного контроля качества поступающего на предприятие сырья, материалов и катализаторов;

- проверки качества готовой продукции.

В состав лаборатории входят участки:

- по контролю производства метанола (корпус 206);

- по контролю производства формалина (корпус302);

- по контролю производства карбамидных смол (корпус 310).

Лаборатория по взрывопожароопасности относится к категории «В-4» (пожароопасная) и характеризуется следующими опасностями:

- возможностью выделения вредных веществ (метанол, формальдегид, аммиак, едкий натр, соляная, серная, азотная, уксусная кислоты), которые могут служить причиной отравления при вдыхании их паров в случае превышения предельно допустимой концентрации (далее - ПДК) в воздухе рабочего помещения лаборатории;

- возможностью поражения электрическим током при нарушении правил работы с электроприборами;

- возможностью получения химических ожогов при попадании кислот, щелочей на кожу;

- возможностью получения термических ожогов при нарушении правил работы с нагревательными приборами;

- возможностью получения механических травм при нарушении правил работы со стеклянной химической посудой;

- возможностью взрыва, отравления, загорания при нарушении: правил эксплуатации баллонов и сосудов, работающих под давлением, правил эксплуатации газовых приборов (газовой сети), правил безопасной работы с пожароопасными и взрывоопасными веществами.

Целью моей письменной экзаменационной работы является газовая хроматография и определение этанола в метаноле методом внутренней нормализации.

1. Теоретические основы метода

Хроматография [гр. сhromatos ? цвет + grapho ? пишу] - метод разделения, анализа и физико-химических исследований веществ, основанный на перемещении зоны вещества вдоль слоя сорбента в потоке подвижной фазы с многократным повторением сорбционных и десорбционных актов. При этом разделяемые вещества распределяются между двумя несмешивающимися фазами (в зависимости от их относительной растворимости в каждой фазе): подвижной и неподвижной. Газовая хроматография - хроматография, в которой подвижная фаза находится в состоянии газа или пара - инертный газ (газ-носитель). Неподвижной фазой (НЖФ) является высокомолекулярная жидкость, закрепленная на пористый носитель или на стенки длинной капиллярной трубки.

Газовая хроматография универсальный метод разделения смесей разнообразных веществ, испаряющихся без разложения. При этом компоненты разделяемой смеси перемещаются по хроматографической колонке с потоком газа-носителя. По мере движения разделяемая смесь многократно распределяется между газом-носителем (подвижной фазой) и нелетучей неподвижной жидкой фазой, нанесенной на инертный материал (твердый носитель), которым заполнена колонка. Принцип разделения неодинаковое сродство веществ к летучей подвижной фазе и стационарной фазе в колонке. Компоненты смеси селективно задерживаются последней, поскольку растворимость их в этой фазе различна, и таким образом разделяются (компонентам с большей растворимостью требуется большее время для выхода из жидкой фазы, чем компонентам с меньшей растворимостью). Затем вещества выходят из колонки и регистрируются детектором. Сигнал детектора записывается в виде хроматограммы автоматическим потенциометром (самописцем) или же регистрируется компьютером.

Хроматография один из наиболее распространенных физико-химических методов исследования. Хроматографические методы широко используются в химии и биохимии, находят применение в химической, нефтехимической, металлургической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. С повышением экологических требований к среде обитания, продуктам питания, лекарствам естественно находят свое отражение в исследовании охраны окружающей среды и медицине, а также в других областях науки и промышленности. Круг решаемых задач и практическое использование хроматографии непрерывно расширяется.

1.1 Метод внутренней нормализации

ПРИБОРЫ, ПОСУДА И РЕАКТИВЫ

Хроматограф газовый, с детектором ионизации в пламени.

Колонка газохроматографическая из высоколегированной стали длиной 2,5-3,5 м, внутренним диаметром 4 мм.

Микрошприц вместимостью 0,01 .

Лупа измерительная по ГОСТ 25706-83.

Шкаф сушильный вакуумный, обеспечивающий температуру нагрева до С.

Весы лабораторные общего назначения 2-го класса точности по ГОСТ 24101-88 с наибольшим пределом взвешивании 200 г.

Колбы 2-25-2, 2-100-2 по ГОСТ 1770-4.

Пипетка градуированная вместимостью 1 .

Колба 1-250 по ГОСТ 25336-82.

Водород технический по ГОСТ 3022-80, марка А.

Воздух сжатый для питания приборов.

Газ-носитель - азот по ГОСТ 9293-74, сорт 1.

Метанол яд по ГОСТ 6995-77, х. ч. и очищенный, с массовой долей этилового спирта не более 0,001% готовят по п. 1.2.1.

Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300-87, раствор в метаноле, готовят по п. 1.2.2.

Фаза неподвижная - ксилит пищевой по ГОСТ 20710-75 и глицерин по ГОСТ 6259-75.

Носитель твёрдый - цели - 545 или хромосорб W размером частиц 0,4-0,6 мм.

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77.

Кислота азотная по ГОСТ 4461-77.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.

Допускается применение импортной аппаратуры и лабораторной посуды по классу точности и реактивов по качеству не ниже отечественных.

ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗУ

Твёрдый носитель предварительно прокаливают 2-3 ч. при С, обрабатывают 8-9 ч. смесью соляной и азотной кислот 1:2 промывают дистиллированной водой и сушат в вакуумном шкафу при С в течении 3-4 ч.

4г. подготовленного твёрдого носителя обрабатывают смесью состоящей из 5г. ксилита, 5г. глицерина и 90 г. химически чистого метанола, тщательно перемешивают в колбе с тубусом и сушат под вакуумом при комнатной температуре не менее 2 ч. при встряхивании.

Высушенной насадкой заполняют колонку при легком постукивании, колонку помещают в термостат хроматографа и, не присоединяя к детектору, продувают азотом в течении 3-5 суток. При С (расход азота 0,3-

0,5).

Все взвешивания в граммах проводят с точностью до первого десятичного знака.

1.2 Режим работы хроматографа

Температура термостата колонки, ……………………………………..70-80

Температура испарителя, …………………………………………….120-130

Расход азота, …………………………………………………………0,9-1,5

Объём вводимой пробы, ………………………………………. 0,003-0,006

ГРАДУИРОВКА ПРИБОРОВ

Для градуировки прибора готовят искусственную смесь с массовой долей этилового спирта 0,02%. Для этого в мерную колбу вместимостью 25 вносят 20 очищенного метанола и добавляют 1,0 раствора этилового спирта в метаноле, объем доводят до метки очищенным метанолом и тщательно перемешивают.

При режиме, указанном в п. 2.2.2, снимают хроматограмму искусственной смеси и вычисляют площади пиков метанола и этилового спирта (S) в квадратных миллиметрах по формуле:

,

где h - высота пика, мм;

b - ширина пика, мм;

M - масштаб записи сигнала пика.

Ширину пика определяют на половине его высоты с помощью лупы.

Допускается определять площадь пиков с помощью электронного интегратора.

Градуированный коэффициент вычисляют по формуле:

,

Где Х - массовая доля этилового спирта в искусственной смеси, %;

- массовая доля метанола в искусственной смеси, %;

S - площадь пика этилового спирта на хроматограмме искусственной смеси, ;

- площадь пика метанола на хроматограмме искусственной смеси, ;

За градуировочный коэффициент принимают среднее арифметическое пяти параллельных определений, допускаемое расхождение между наибольшим и наименьшим значением которых не должно превышать 10% относительно максимальной величины.

ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА

Массовую долю этилового спирта в анализируемом продукте определяют методом внутренней нормализации.

Хроматограмму снимают при режиме, указанном в п. 2.2.2.

Типовая хроматограмма метанола приведена рисунке 2.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТА

Массовую долю этилового спирта в анализируемом продукте () в процентах вычисляют по формуле:

,

где - градуировочный коэффициент;

- площадь пика этилового спирта на хроматограмме, ;

- площадь пика метанола на хроматограмме анализируемого продукта, ;

За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, относительное расхождение между которыми не превышает допускаемое расхождение равное 10%.

Допускаемая относительная суммарная погрешность результата анализа 10% при доверительной вероятности Р=0,95.

Допускается проводить анализ другими хроматографическими методами, обеспечивающими аналогичную точность определения.

1.3 Порядок работы прибора

В газовой хроматографии в качестве подвижной фазы используют газ, называемый газом-носителем. Неподвижная фаза может быть как твердым телом (адсорбентом), так и жидкостью (в виде плёнки, нанесённой на поверхность твердого носителя).

Устройство ввода подаёт в поток газа-носителя определенное количество анализируемой смеси в газообразном состоянии непосредственно перед колонкой.

В хроматографической колонке осуществляется разделение смеси на отдельные составляющие компоненты за счёт процессов сорбции и десорбции веществ на неподвижной фазе. При этом слабо сорбируемые вещества, будут переноситься подвижной фазой по колонке с большей скоростью и наоборот.

Из колонки разделённые компоненты смеси попадают в детектор. Детектор регистрирует присутствие веществ, отличающихся по физической или физико-химическим свойствам от газа-носителя, и преобразует возникающие изменение в электрический сигнал. Далее происходит усиление и аналого-цифровое преобразование полученного сигнала. Регистрирующий прибор (компьютер и самописец) и строит график зависимости сигнала детектора от времени, называемый хроматограммой.

Прохождение в детекторе газа-носителя без пробы на хроматограмме отражается фоновым сигналом детектора, который называется нулевой линией. Нулевая линия имеет высокочастотные колебания - шум. Изменение сигнала нулевой линии детектора во времени называется дрейфом.

При прохождении через детектор анализируемого компонента происходит отклонение уровня сигнала детектора от нулевой линии. Это отклонение отображается на хроматограмме в виде пика. Пик на хроматограмме имеет следующие характеристики:

Время удержания - время от начала анализа до выхода максимума пика. Время удержания - качественная характеристика анализируемого компонента, площадь и высота - количественной характеристики.

Площадь - область, ограниченная профилем пика и базовой линией.

Высота - расстояние от вершины пика до базовой линии.

1.4 Метод внутренней нормализации

Этот метод осуществляется в виде нескольких вариантов. В методе простой нормализации сумма площадей всех пиков принимается за 100% и концентрация любого компонента пробы рассчитывается как относительная площадь пика:

Необходимым условием применения этого метода является регистрация всех компонентов пробы и одинаковая чувствительность детектора к разным веществам. Для большинства детекторов это, в общем, справедливо, если анализируется смесь родственных соединений, молекулярные массы которых значительно не различаются или все компоненты пробы имеют большие молекулярные массы. Например, не требуется калибровка при анализе смеси циклогексана и бензола или при анализе изомеров ксилола. Этот вариант метода имеет ограниченное применение. В большинстве случаев приходится учитывать разный отклик детектора к различным веществам пробы с помощью калибровочных коэффициентов, зависящих от свойств вещества, способа детектирования, а также от конструкции детектора. В основном варианте метода расчет проводится с учетом калибровочных коэффициентов:

где Сi - концентрация компонента i, %;

Si - площадь соответствующего пика;

Страницы: 1, 2, 3, 4