氣相色譜儀在石化分析中的應用

丁小萃（中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

氣相色譜儀在石化分析中的應用

丁小萃（中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101）

氣相色譜儀是工業中常見的精密分析儀器，在石化分析領域得到了廣泛的應用。本文綜述了氣相色譜儀的工作原理、操作流程及其在石化分析中的具體應用。

氣相色譜儀；工作原理；石化分析

隨著我國經濟技術的飛速發展,氣相色譜儀也被廣泛應用到石油、化工、生物化學、醫藥衛生、食品工業、環保等各行各業中,并且取得了較好的發展。

由于氣相色譜法具有分離效能高、靈敏度高、分析速度快、樣品用量少、選擇性好、定量準確、操作簡單等優點被廣泛應用于石化分析領域，并呈現出標準化、自動化和專用化的發展趨勢。為石油化工工業起到了很好的推動作用，提高了生產的質量和效率。

1 氣相色譜儀在石化分析中的應用

1.1 氣相色譜儀的工作原理

1.1.1 氣相色譜儀的基本工作流程

氣相色譜儀的基本工作流程如圖1所示：

圖1 氣相色譜儀的基本工作流程圖

1.1.2 氣相色譜儀的工作原理

氣相色譜儀根據試樣中各組分在色譜柱中的氣相和固定相間的分配系數不同，當氣化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運行后，組分就在其中的兩相間進行反復多次的分配（吸附－脫附－放出），由于固定相對各種組分的吸附能力不同，因此各組分在色譜柱中的運行速度就不同，經過一定的柱長后，便會從混合物中分離出來；分離后的組分按保留時間的先后順序進入檢測器，檢測器根據組分的物理化學性質將組分按順序檢測出來并自動記錄檢測信號，產生的信號經放大后，在記錄器上顯示出各組分的色譜峰；最終依據試樣中各組分的保留時間（出峰位置）進行定性分析或依據響應值（峰高或峰面積）對試樣中各組分進行定量分析。

1.2 氣相色譜儀在石化分析中的應用

1.2.1 液化石油氣組成分析

液化石油氣（LPG）是一種低碳數的烴類混合物，主要成分為C2～C5烴。由煉廠氣所得的LPG的主要成分為丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，同時含有少量戊烷、戊烯和微量含硫化合物雜質。LPG組分中C5以上的重烴組分含量超標后，不但造成燃燒不完全，而且還會產生大量的殘液，這些殘液在鋼瓶里很難氣化，倒出來在大氣中極易揮發，遇到火種，則會燃燒或爆炸。故LPG中C5及以上重烴組分的含量就成為評價LPG是否合格的標準。

1.2.1.1 方法原理

使用方法為SH/T 0230-1992液化石油氣組成測定法(色譜法)，該方法采用直接汽化進樣，試樣被載氣帶入氣相色譜柱，在色譜柱內被分離成相應的組分，通過熱導池檢測器，利用記錄到的色譜圖，用面積歸一化法計算各組分的百分含量。該方法具有快速、簡便的特點。

1.2.1.2 儀器

具有以下技術特性的氣相色譜儀（如島津GC-2014，Agi?lent 6890系列色譜儀）：

（1）熱導池檢測器（TCD）：氫氣作載氣，靈敏度優于1000mV·mL/m（g苯）；

（2）記錄器：0～1、0～5或0～10mV自動電子電位差。

1.2.1.3 分析譜圖與結果報告

將液化氣樣品的液體部分沖入氣體樣品袋中，待完全氣化后備用。按操作條件起動色譜儀，待基線穩定后，開始進樣分析。

1.2.1.4 含量計算

試樣中某組分含量Vi[%(V／V)]，用面積歸一化法，按下式計算：

式中：Ai—某組分峰面積(為峰高與半峰寬之乘積)；

fVi—某組分體積(或克分子)校正因子，見表1。

注：對于面積的測量要注意有足夠的精密度。必要時調節儀器衰減檔使峰高盡量在記錄紙的二分之一以上，峰寬對C3組分應在3mm以上。或用相應的精確測量儀器。

表1 LPG主要組分的校正因子

注：當有兩個以上峰合在一起不能分離時，則按各組分的大致含量計算混合克分子校正因子。例如當兩個組分含量相同，則取其平均克分子校正因子。

1.2.2 石腦油單體烴組成（PONA）分析

石腦油是一種輕質油品，指易揮發的石油產品。石腦油由原油經初餾、常壓蒸餾在一定的條件下蒸出的輕餾分，或二次加工汽油經加氫精制而得的汽油餾分。其沸點范圍依需要而定，通常為較寬的餾程，如30-220℃。它具有烷烴、環烷烴含量高，安定性能好，重金屬含量低，硫含量低等優點，石腦油是制取乙烯、丙烯的重要原料獲知石腦油、重整汽油或烷基化油的烴類組成對于原油評價、烷基化和重整工藝過程控制、產品質量評定和日常管理具有非常重要意義。

1.2.2.1 方法原理

使用方法為SH_T 0714-2002石腦油中單體烴組成測定法 (毛細管氣相色譜法)，該方法將具有代表性的石腦油試樣導入氣相色譜儀，色譜儀配備有含甲基硅酮固定相的熔融石英毛細管色譜柱，氦氣(或氮氣)載氣將氣化的試樣帶入色譜柱將組分分離，用火焰離子化檢測器檢測餾出的組分。檢測器信號由電子積分系統或計算機處理。將每一流出的色譜峰的保留指數與已知的保留指數表進行對照，并結合標準譜圖以鑒別每個色譜峰。保留指數表通過在相同條件下測定標樣或采用氣相色譜——質譜聯用技術(G C/M S)測定參考樣品或同時采用上述兩種方法來建立。通過校正因子歸一化法測定組分的 質量分數。將正壬烷后的峰累加并報告為C10+。

1.2.2.2 儀器

能夠實現色譜柱箱溫度從35℃到20 0℃，升溫速率1℃ /m i n的程序升溫過程的氣相色譜儀(如安捷倫6890N)，配有可提供樣品的線性分流進樣(如200：1)的閃蒸汽化進樣器以保證合適的進樣。相應的載氣控制器必須足夠精確，可提供重復的柱流量和分流比以保證分析的穩定性。對毛細管色譜柱有最佳響應的火焰離子化檢測器(包括氣體控制和電子線路)必須滿足或優于下列各項指標：

操作溫度：100℃～300℃

靈敏度：＞0.015C/g

檢測限：5×10-1ZgC/s

線性范圍：＞107

1.2.2.3 分析結果報告

表2 石腦油單體烴組成分析結果

2 結語

隨著氣相色譜技術本身的不斷成熟,氣相色譜儀在石化分析領域的應用日益普遍，大大提高了石化生產的質量和效率，促進了石油化工企業的健康發展,進一步推動了我國經濟社會的穩定發展。

[1]溫紹博.氣相色譜法在煤化工分析中的應用探討[J].能源技術,2015:58.

[2]孫傳經.氣相色譜分析原理與技術[M].北京:化學工業出版社,1985.12.