气相色谱法在煤化工分析中的应用

杨 宇

七台河市吉伟煤焦有限公司甲醇厂，黑龙江 七台河 154600

近年来，随着科学技术的快速发展，气相色谱仪的使用越来越广泛。在石油、化工、环保、疾控、医药、电力、食品、科研和教育等众多领域都得到了普遍应用，并且也得到了使用者的一致好评。

1 气相色谱法简介

气相色谱法是近50多年以来迅速发展起来的新型分离、分析技术，主要用于低分子量、易挥发有机化合物（约占有机物的15%～20%）的分析，目前从基础理论、实验方法到仪器研制已发展成为一门趋于完善的分析技术。气相色谱法操作时使用气相色谱仪，进行分析时需用的设备有：载气流速控制及测量装置；进样器和气化室；色谱柱和柱温控制；检测器及恒温室；数据处理系统。

2 气相色谱仪的主要特点

1）选择性高：对性质极为相似的烃类异构体、同位素、旋光异构体具有很强的分离能力；

2）分离效率高：一根2m的填充柱可具有几千块理论塔板数，一根25m的毛细管柱可具有105～106块理论塔板数，能分离沸点十分接近和组成复杂的混合物。例如，一根25m毛细柱可分析汽油中50～100多个组分；

3）灵敏度高：使用高灵敏度的检测器可检出10-11-10-12g的痕量物质；

4）分析速度快：是相对化学分析法而言的，通常完成一个分析，仅需几分钟或十几分钟，而且样品用量少，气样仅需1ml，液样仅需0.5ul～1ul。

气相色谱法的上述特点，扩展了它在各行业中的应用，不仅可以分析气体，还可以分析液体、固体及包含在固体中的气体。只要样品在-196-450℃温度范围内，可以提供26-1330Pa蒸气压，都可用气相色谱仪进行分析。

3 气相色谱仪对煤气的分析

3.1 色谱柱子的选择

图1 （13X柱）

图2 （5A柱）

在煤化工生产中，煤气是必然产物，其主要成分是O2、N2、CO、CO2、CH4、H2、C2H2、 C2H4、C2H6、C3H6、C3H8等 ，分 析 以上气体成分选择的色谱柱子是填充柱13X或5A（煤气中的CO2及碳氢化合物由GDX-104填充柱测出），这两种柱子各自分析的时间不同。如果选择的是13X填充柱，一次进样分析的时间约为8min，如果选择的是5A填充柱，一次进样分析的时间约为18分钟。（如图1、图2）

他们在价格上是一样的，但是柱效是有差异的。对于13X填充柱，整个岀峰时间短，但各峰之间距离较近，导致各峰容易粘连，特别是CO峰相对向前移动较快，柱效时间短，约10天左右需要老化柱子。而对于5A填充柱，虽然一次进样分析的时间较长，但各峰之间距离较远，特别是CO峰与CH4峰之间距离要比13X填充柱远得多，所以不易粘连，柱效时间长，约一个月才需要老化柱子，当5A填充柱使用一段时间后，CO峰会向前移动，你可以根据CO峰出完的时间来改变条件，缩短整个分析时间。

3.2 影响柱效的几个因素

1）载气纯度

选用的载气是氢气，纯度是99.999%，含氧量＜3ppm，含水露点是-56℃，载气要经过净化装置进行去水脱氧，特别是水分子对柱效影响最大，但这种影响可以通过高温老化给予解决。

2）样气中的杂质

样气进色谱前需经过硅胶干燥处理，如样气中含有较高的硫化氢气体，可用硫酸铜过滤，以便减少对色谱柱子的污染。

3.3 色谱工作条件

分析煤气时，柱箱温度设定为50℃，注样器温度设定为50℃，检测器温度设定为100℃。载气流速为30mL/min两路流速平衡，否则会造成基线弯曲。

3.4 5A、13X填充柱的成分

5A、13X填充柱内部主要成分是分子筛，分子筛是在气固色谱分析中广泛采用的新型的吸附剂，它是一类人工合成的泡沸石，其组成是硅酸铝的钠盐或钙盐。气固色谱中通常用

4A、5A、13X三种类型分子筛。4A分子筛其中4表示分子筛的平均孔径，A表示类型，其组成的质量比为Na2O3:Al2O3:SiO2=1:1:2，当其中有1/4到3/4的Na+被Ca2+置换后便成5A型的。X型化学组成和A型的基本相似，只是其中硅铝比值高一些。如13X其组成的质量比为：

分子筛主要用于分析永久性气体O2、N2、CO、CH4、H2，分子筛很容易吸水，当它吸水后，水分子就占据了分子筛的空穴，使其失去了活性，因而在用分子筛进行色谱分析时，载气要十分干燥，分子筛失效后需重新活化。此外，使用时还应注意，某些物质如氨甲酸、二氧化碳等会被分子筛不可逆吸附，分子筛是否失效通常可从氧、氮的分离情况来判断。

综上所述，气相色谱法在煤化工分析中的应用使我们的分析工作受益非浅，只要我们正确应用，方法得当，细心揣摩，那么气相色谱法使用起来会非常快捷、方便、得心应手。

[1]孙传经编.气相色谱分析原理与技术[M].北京：化学工业出版社，1979.

[2]刘虎威编著.气相色谱方法及应用[M].北京：化学工业出版社，2000.

[3]刘珍主编.仪器分析化验员读本[M].北京：化学工业出版社，2003.