Препаративная хроматография. Сущность метода, назначение, аппаратурное оформление, достоинства и недостатки.

Газохроматографический анализ. Газо-адсорбционная и газожидкостная хроматография. Техника выполнения анализа. Преимущества и недостатки газохроматографического определения. Области применения.

Газовая хроматография – процесс разделения компонентов смеси, основанный на различии в равновесном распределении компонентов между двумя фазами- газом-носителем(подвижная фаза) и либо твердой фазой,либо жидкостью, нанесенной в виде тонкой пленки на поверхность твердого носителя или стенки хроматографической колонки. В первом случае метод называется газоадсорбционной хроматографией, во втором газожидкостной (распределительной) хроматографией.

Газо-адсорбционная хроматография – метод анализа смесей газов и легколетучих веществ. Разделение основано на различии в адсорбции на поверхности твердого носителя(адсорбента). Адсорбция молекул из газовой фазы, т.е. концентрирова­нно их на поверхности раздела твердой и газообразной фаз, происхо­дит за счет межмолекулярных взаимодействий (дисперсионных, ориентационных, индукционных), имеющих электростатическую природу. В качестве адсорбентов для ГАХ в основном используют активные угли, силикагели, пористое стекло, оксид алюминия. Наиболее широко метод газоадсорбционной хроматографии применяют для анализа смесей газов и низкокипящих углеводородов, не содержащих активных функциональных групп.

Метод газо- адсорбционной хроматографии обычно используют для оценки содержания в атмосферном воздухе кислорода, водорода, метана, углекислого газа, окиси углерода, окислов азота, хлора, диоксида серы, сероводорода и сероуглерода.

Газо-жидкостная хроматография - механизм распределения компонентов между носителем и непод­вижной жидкой фа­зой основан на растворении их в жидкой фазе. Селективность зависит от двух факто­ров: упругости пара определяемо­го вещества и его коэффициента активности в жидкой фазе. Неподвижные фазы должны быть химически и термически стабильны, смачивать носитель и наноситься на его поверхность равномерной пленкой. Различают жидкие фазы трех типов: неполярные (насыщенные углеводороды и др.), умеренно полярные (сложные эфиры, нитрилы и др.) и полярные (полигликоли, гидроксиламииы и др.). Наиболее часто используют диатомитовые носители, стеклянные шарики, силикагель и политетрафторэтилен.

Метод газо-жидкостной хроматографии применяется для определения широкого круга соединений в атмосферном воздухе и воздухе жилых и производственных помещений, различных водах и почве.

Техника газовой хроматографии.

Газохроматографич. разделение и анализ осуществляются в спец. приборе – газовом хроматографе. В ходе эксперимента газ-носитель из баллона повыш. давления непрерывно поступает в блок подготовки, где дополнительно очищается. Устройство для ввода пробы обычно представляет собой проточную независимо термостатируемую цилиндрич. камеру. Анализируемая проба (1-10мкл) вводится в поток газа при повыш. т-ре дозатором(напр., шприцем) через резиновую термостойкую мембрану. Существуют также автоматич. системы ввода проб (самплеры). Жидкая проба быстро испаряется и потоком газа переносится в хроматографич. колонку, находящуюся в термостате. Разделение обычно проводят при 20-400 °С, но иногда (в осн. при разделении изотопов низкокипящих газов) при значительно более низких т-pax - до т-ры кипения жидкого азота. Для аналит. разделения используют насадочные колонки дл. 0,5-5 м и диам. 0,2-0,6 см, а также капиллярные полые колонки дл. 10-100 м и диам. 0,1-1 мм, и капиллярные насадочные колонки дл. 0,1-20м. Насадкой служат твердый сорбент с развитой пов-стью (50-500 м²/г) или твердый макропористый носитель с уд. пов-стью 0,2-2,0 м²/г, на к-рую тонким слоем нанесена нелетучая жидкость - неподвижная жидкая фаза. Масса жидкой фазы составляет обычно 2-20% от массы носителя. Средний диаметр частиц сорбента 0,1-0,4 мм (колонку заполняют близкими по размеру частицами). Применяют также (обычно в капиллярных наса-дочных колонках) микронасадки с диаметром частиц сорбента 10-50 мкм.

Зоны разделенных компонентов в потоке газа поступают в детекторы хроматографические. В газовой хроматографии используются практически только дифференциальные детекторы (катарометр, пламенно-ионизационный, электронно-захватный, пламенно-фотометрический). Регистратор записывает изменение сигнала во времени. Полученная диаграмма наз. хроматограммой

Достоинства газовой хроматографии:
- возможность идентификации и количественного определения инди-
видуальных компонентов сложных смесей;
- возможность изучения различных свойств веществ и физико-
химических взаимодействий в газах, жидкостях и на поверхности
твёрдых тел;
- высокая чёткость разделения и быстрота процесса;
- возможность исследования микропроб и автоматической записи ре-
зультатов;
- возможность анализа широкого круга объектов – от лёгких газов до
высокомолекулярных органических соединений;
- возможность выделения чистых веществ в препаративном и про-
мышленном масштабе.

Применение.

С помощью газовой хроматографии проводят качеств. и количеств. анализ термически стабильных орг. и неорг. соед., давление пара к-рых при т-ре колонки превышает 0,001 мм рт. ст. (0,13 Па). Газовая хроматография позволяет определять соед., находящиеся в анализируемых пробах в очень малых концентрациях -10^-4-10^-8%. Широко используется газовая хроматография и для определения разл. физ.-хим. характеристик (констант межфазного распределения, коэф. активности, констант скорости и равновесия хим. р-ций, коэф. диффузии и др.).

Жидкостная хроматография. Теоретические основы, области применения, достоинства и недостатки. Классическая жидкостная хроматография и ВЭЖХ. Устройство жидкостного хроматографа. Детекторы (спектральный, электрохимические).

Жидкостная хроматография – вид хроматографии, в которой подвижной фазой (элюентом) служит жидкость. Неподвижной фазой может быть твердый сорбент, твердый носитель с нанесенной на его поверхность жидкостью или гель. В настоящее время широко используется как классическая, так и высокоэффективная жидкостная хроматография.

Область применения – ее используют для анализа продуктов химических и нефтехимических синтеза, анализ качества мономеров, изучение молекулярно-массового распределения и распределения по типам функциональности.

В классическом варианте жидкостной хроматографии в стеклянную колонку длиной 1-2 м, заполненную сорбентом (размер частичек ≥100 мкм), вводят анализируемую пробу и пропускают элюэнт. Скорость продвижения элюэнта под действием силы тяготения мала, а анализ очень длительный. Вследствие использования сорбентов с размером зерен 10-30 мкм, поверхностно- и объемно-пористых сорбентов с размером частичек 5-10 мкм, насосов высокого давления и чувствительных детекторов состоялся переход от классической жидкостной хроматографии к ВЭЖХ.

ВЭЖХ - фармакопейный метод анализа, рекомендованный для контроля качества субстанций, лекарственного растительного сырья, готовых лекарственных средств за рядом показателей качества (тождественность, содержание примесей, количественное определение, однородность содержания, растворение).

Основные виды детекторов

Наиболее распространенным детектором в адсорбционной ВЭЖХ является спектрофотометрический. В процессе элюирования веществ в специально сконструированной микрокювете измеряется оптическая плотность элюата при заранее выбранной длине волны, соответствующей максимуму поглощения определяемых веществ.

Принцип действия флуориметрического детектора основан на измерении флуоресцентного излучения поглощенного света.

Амперометрический детектор применяют для определения органических соединений, которые могут быть окислены на поверхности твердого электрода.

Кондуктометрический детектор используют для определения неорганических анионов и катионов в ионной хроматографии. Принцип его работы основан на измерении электропроводности подвижной фазы в процессе элюирования вещества

Препаративная хроматография. Сущность метода, назначение, аппаратурное оформление, достоинства и недостатки.

Высокая эффективность хроматографии как метода разделения сложных смесей вызвала стремление использовать ее не только для анализа, но и для выделения чистых веществ из смеси в препаративных целях. Препаративная газовая хроматография позволяет получать в чистом виде многие достаточно летучие вещества непосредственно из природных смесей или производственных продуктов. В настоящее время препаративная хроматография превратилась в самостоятельный метод разделения смесей веществ. Она применяется для решения следующих задач:

1) получение вещества в достаточных для идентификации количествах

2) получение веществ высокой степени чистоты,стандартные соединения

3) выделение целевого продукта из реакционной массы при синтезе

4) очистка основного вещества от примесей

5) выделение примесей

Основными достоинствами препаративной газовой хроматографии как метода разделения смесей являются универсальность, высокие селективность и эффективность разделения, а также возможность полной автоматизации разделительного процесса.

Недостатками метода является низкая производительность, связанная прежде всего с периодичностью процесса, а так-же низкую степень использования объема хроматографической колонки.

9.) Современные хроматографические методы – аппаратурное оформление, сущность, возможности, достоинства и недостатки

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агенство по образованию

Российский государственный университет

нефти и газа им. И.М. Губкина

________________________________________________________________

Кафедра термодинамики и тепловых двигателей

А.Ф. Калинин, С.М. Купцов, А.С. Лопатин

«Расчет термодинамических циклов

тепловых двигателей»

Методические указания к самостоятельной работе по курсам «Термодинамика» и «Теплотехника» для студентов специальностей: 072000, 090600, 090700, 090900, 120100, 120500, 120600, 170200, 171700, 250100, 250400, 320700, 330500

Под редакцией проф. Б. П. Поршакова

Москва 2005

УДК 536.7

Калинин А.Ф., Купцов С.М., Лопатин А.С. Расчет термодинамических циклов тепловых двигателей. – М.: РГУ нефти и газа, 2005. - 46 с.

Приведены основные определения и расчетные соотношения термодинамических циклов тепловых двигателей.

Изложена методика выполнения расчета термодинамических циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок. Приведены примеры расчетов термодинамических циклов ДВС и ГТУ.

Представлены материалы справочного характера.

Рекомендуется для выполнения самостоятельной работы студентов Вузов нефтегазового профиля по общетехническим дисциплинам «Термодинамика» и «Теплотехника».

Для контроля знаний студентов предложены вопросы.

Рецензент – К. Х. Шотиди, кандидат технических наук, профессор
кафедры термодинамики и тепловых двигателей РГУ
нефти и газа им. И.М. Губкина

© Российский государственный университет
нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005

СОДЕРЖАНИЕ

стр

введение ……………………………………………………………………... 4

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ДОМАШНЕГО

ЗАДАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ

ЦИКЛОВ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ………………………………………. 5

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ……………… 5

Пример расчета термодинамического цикла

поршневого двигателя внутреннего сгоранИЯ …………….. 18

Пример расчета термодинамического цикла

ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ …………………………………………... 31

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ …………………………………………………. 43

приложение ……………………………………………………………...… 45

литература …………………………………………………………………. 46

Введение

В предлагаемом методическом указании приведены примеры расчета термодинамических циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинных установок (ГТУ). Расчет термодинамических циклов тепловых двигателей рекомендуется в качестве домашнего задания для студентов ряда специальностей вузов нефтегазового профиля [3].

Домашнее задание по термодинамическим циклам тепловых двигателей достаточно полно отражает основные части курса технической термодинамики и для его выполнения студентам следует освоить следующие разделы:

- идеальный газ и смеси идеальных газов;

- теплоемкость;

- первое начало термодинамики;

- термодинамические процессы изменения состояния;

- круговые процессы;

- второе начало термодинамики;

- термодинамические циклы тепловых двигателей:

- поршневых двигателей внутреннего сгорания;

- газотурбинных установок.

Выполнение домашнего задания позволит закрепить теоретический материал, получаемый на лекциях и в результате самостоятельной проработки части курса, применить его к решению конкретной практической задачи – исследованию термодинамических циклов тепловых двигателей (ГТУ и ДВС).

Дата добавления: 2015-11-14