آزمایشگاه Laboratory
كروماتوگرافي گازي
اندازه گیری رطوبت
اندازه گیریO2
نقطه شبنم هیدروکربن
اندازه گيري جيوه
اندازه گيري گوگرد در گاز
اندازه گيري دانسيته
تقطير
اتوماتیک اندازه گیری فشار بخار
اندازه گیری فشار بخار
اندازه گيري نمك در مواد نفتي
پتانسیومتر
اندازه گيري آب به روش كولومتري
اسپکتروفتومتر
اندازه گيري pH
هدایت سنجی
كدورت سنج
اندازه گيري روغن در آب
نورسنج شعله ای
ترازوی دقیق
اندازه گیری نقطه اشتعال
اندازه گيري آب به روش واليومتري
توليد آب مقطر
اندازه گیری مقدار نمک در میعانات گازی
۱۳۸۷ تیر ۳۱, دوشنبه
دستگاه سالینومتر(جهت اندازه گیری میزان نمک در مشتقات هیدرو کربنی)
مشخصات دستگاه سالینومتر مدل 2100
١-تحلیل گر سیگنال مدل 2100
٢-سنسور دما و میزان هدایت
٣-بشر بلند 100 میلی لیتری
۴-گیره کالیبراسیون
۵ -آداپتور و شارژر
۶-الکترود pH
٧-جعبه حمل و نقل
٨- ۴عدد باطری نیکل- کادمیوم
٩-دیسکت برنامه
١۰ -کتابچه راهنما
مقدمه :
دستگاه PETROTEST مدل ۲۱۰۰ ، (نمک در مشتقات نفتی سنج) دستگاهی پیچیده جهت اندازه گیری نمکهای محلول در ترکیبات هیدروکربنی می باشد. این دستگاه یک شناساگر چند پارامتری است که می تواند همزمان ۴ پارامتر را به ما نشان دهد.
آماده کردن دستگاه
باطری ها را در محفظه مربوطه قرار داده و فیش آداپتور را به پورتی که کنار آن علامت CHG نوشته شده متصل کرده و آداپتور را به برق می زنیم. برای فعال شدن دستگاه کلید ON/RST را فشار می دهیم. دستگاه پارامترهایی که قبلاً انتخاب کردیم به ما نشان می دهد برای چک کردن بقیه پارامترها، اپراتور می بایست دکمه SEL را فشار دهد. با فشار این دکمه منوی اصلی ظاهر می گرددکه توسط آن می توان سایر عملکردهای دستگاه را مورد بررسی قرار داد از جمله کالیبراسیون یا انتخاب سایر پارامترها.
کالیبراسیون
برای اندازه گیری میزان نمک، دستگاه می بایست از نظر دما، میزان هدایت و مقدار نمک کالیبره باشد. دمای دستگاه توسط شرکت سازنده کالیبره شده و در شرایط محیط نیازی به کالیبراسیون ندارد. این کالیبراسیون باید در شرایط خاص صورت گرفته باشد و اصمینان حاصل کنیم که خطای رخ نداده است.
میزان هدایت نیز در شرکت سازنده، کالیبره شده است ولی باید برای آزمایش های روزانه مجدداً کالیبره شود(بر طبق، روش کالیبراسیون ذکر شده در کتابچه راهنما).
مقدار نمک نیز در کارخانه بر طبق مقادیر تئوری جهت بهره برداری، کالیبره شده ولی در آزمایشگاه بر اساس موادی که مورد آزمایش قرار می گیرند، توسط محلولهای استاندارد مشخص بایستی دستگاه را کالیبره کرد. از این طریق می توان مقدار مشخصی از نمک را در محلول مربوطه تعیین نمود.
شرح عملکرد:
دستگاه PETRO TEST مدل ۲۱۰۰ دستگاهی پیچیده و قابل حمل است جهت اندازه گیری ضریب هدایت و دما در ترکیبات هیدروکربنی به اضافه pH متر برای اندازه گیری pH در آبهای صنعتی . همچنین دستگاه قادر است با تجزیه و تحلیل ضریب هدایت و دما ، مقدار نمک موجود در هیدرو کربن را نیز محاسبه نماید(طبق ASTMD3230).
مدل ۲۱۰۰ شامل یک حافظه CMOS با ظرفیت بالا و کم مصرف جهت ذخیره اطلاعات چه به صورت دستی و چه اتوماتیک می باشد و به ما این امکان را می دهد که اطلاعات ذخیره شده را به کامپیوتر منتقل کنیم و بتوانیم اطلاعات را جهت تجزیه و تحلیل در آرشیو نگهداریم.
صفحه نمایشگر دستگاه قادر است چهار خط اطلاعات عددی یا حرفی را بر روی خود نشان دهد مکه این امکان را به ما می دهد مه اطلاعات را به صورت کامل و تشریحی دریافت نماییم و همچنین این توانایی را به ما می دهد که به آسانی فرامین عملیاتی و پارامترهای دستگاه را تنظیم نمائیم.
اطلاعات کالیبراسیون و اطلاعات گوناگون مربوط به هر تست روی حافظه موقت دستگاه ذخیره می شود. مقادیر ذخیره شده با جدا کردن دستگاه از برق و یا خروج باطری از دستگاه پاک
نمی شود. صفحه کلید و صفحه نمایشگر توسط یک لایه محافظ با کیفیت بالا پوشیده شده که باعث می شود در محیطهای با شرایط نامناسب دچار مشکل نگردد.
خصوصیات دستگاه
۱- ریزپردازنده:
مدل ۲۱۰۰ دارای یک دستگاه کنترل داخلی می باشد که بطور مستقیم همه عملکرد سیستم و فعالیت دستگاه را تحت سرپرستی قرار می دهد و اجازه می دهد که تک تک اجزاء بخش کنترل دستگاه اطلاعات مربوطه خود را به زبان ماشین ارائه دهند و سپس آنها را به اطلاعات قابل خواندن تبدیل و بر روی صفحه نمایشگر ظاهر نماید.
۲- صفحه نمایشگر:
صفحه نمایشگر دستگاه ظرفیت ۴ خط اطلاعات با ۱۶ کاراکتر عددی و الفبایی در هر خط دارد. صفحه موجود ۴ پارامتر را برای اپراتور مشخص می کند. پارامترهای موجود توسط منوی تنظیم صفحه نمایشگر انتخاب می گردد و تا زمانی که برنامه دیگری انتخاب نکنیم تغییر
نمی کند. پارامترهای موجود روی صفحه عبارتند از: ضریب هدایت (غیر قابل تغییر) pH،
میلی ولت (از کانال pH) دما (درجه سلسیوس) دما (فارنهایت) ، ضریب هدایت تصحیح شده در دمای ۲۵C، غلظت نمک (بر حسب پوند بر 1000 بشکه Ptb) ، ولتاژ باطری داخلی ، ولتاژ باطری خارجی (اگر متصل باشد) ، تاریخ ، زمان و کد شناسایی اپراتور تا مشخصات محل نمونه گیری و اطلاعات نمونه ذکر شود.
۳- صفحه کلید:
صفحه کلید دستگاه برای کنترل کلیه عملیات دستگاه توسط اپراتور مورد استفاده قرار می گیرد یک کلید دستگاه را فعال و غیر فعال
می کند. کلید های بعدی جهت فعال کردن منوی عملکرد دستگاه ، تنظیم اطلاعات متغیر دستگاه و وارد کردن اطلاعات استفاده می گردد.
۴- انرژی الکتریکی مورد نیاز دستگاه:
دستگاه مدل ۲۱۰۰ دارای منابع الکتریکی متعددی می باشد. اولین آنها برای حالت قابل حمل (زمان کوتاه) در سطح سایت جا باطری دستگاه است که نیاز به چهار باطری Ni-Cd دارد.
دستگاه توانایی شارژ باطری ها را دارد. برای اینکار کافی است زمانی که باطریها داخل دستگاه هستند، آداپتور دستگاه را به فیش CHG بزنیم و آنرا به برق متصل نمائیم.
برای استفاده بلند مدت از دستگاه در سایت می بایست از باطری خارجی آب بندی شده استفاده کنیم. این باطری در کیف حمل دستگاه همراه با شارژر باطری جاسازی شده است و به فیش سمت راست دستگاه که کلمه PWR کنار آن نوشته شده وصل می گردد.
در شرایط آزمایشگاه کافی است آداپتور مربوطه را به فیش PWR متصل کرده و به برق وصل کنیم.
دستگاه اگر مدتی بدون استفاده قرار گیرد بطور اتوماتیک خاموش می شود که می توان زمان روش ماندن دستگاه را در حالت Stand by از طریق Set up دستگاه تعیین کرد. اگر باطریها کاملاً شارژ باشند با باطریهای داخلی می توان حدود ۸ ساعت بطور مداوم از دستگاه استفاده کرد. این زمان برای باطری خارجی حدود ۱۳۰ ساعت می باشد.
۵- ورودی pH
کانال ورودی pH دستگاه در هنگام اتصال الکترود pH یک صدای کوتاه ایجاد می کند که مربوط به ولتاژ بسیار پائین جاری در آمپلی فایر دستگاه می باشد.
دمای محلول زمانی که pH آنرا اندازه می گیریم توسط الکترود ضریب هدایت مشخص می گردد. در زمان کالیبراسیون دمای pH متر می تواند بصورت دستی به دستگاه وارد شود یا توسط حسگر الکترود ضریب هدایت به طور اتوماتیک به دستگاه معرفی گردد.
طریقه استفاده از دکمه های صفحه کلید
• دستگاه توسط دگمه ON/RST فعال می گردد.
اگر دستگاه فعال باشد و بخواهیم برای نمونه جدید از آن استفاده کنیم مجدداً دکمه ON/RST را می زنیم تا دستگاه برای نمونه جدید آماده شود .
• دگمه SEL (Select) لیست منوی دستگاه را به ما نشان می دهد و علامت "X" آخر خط نشان می دهد که گزینه مربوط به آن خط فعال است . که می توان این علامت را توسط کلیدهای جهت نما ، جابه جا کرد و گزینه مورد نظر را انتخاب کرد .
• وقتی گزینه مورد نظر را انتخاب کردیم با دکمه ENT (Enter) آنرا ثبت می کنیم .
موارد ذکر شده در منوی دستگاه عبارتند از :
١-Display Selected Parameters
٢-Calibrate
٣-Data Logging
۴-Select Display Parameters
۵-Select Logged Parameters
۶-Set Date/Time
٧-Auto Shot Off On/Off
٨-Power Off
٩-Upload
١۰-Set Decimal Places
طریقه اندازه گیری مقدار نمک در میعانات گازی
١-باطریهای دستگاه را از طریق پورت CHG و با متصل کردن آن به برق 230 V شارژ می کنیم.
٢-سپس اطمینان حاصل می کنیم که حسگر دما و ضریب هدایت به پورت C/T متصل باشد.
٣-سپس چک می کنیم که الکترود پس از تست قبلی در الکل شستشو و خشک شده باشد.
۴-نمونه را در بشر مخصوص دستگاه می ریزیم تا جایی که لبۀ بالایی الکترود زیر سطح نمونه قرار گیرد.
۵ -دستگاه را توسط دگمه ON/RST روشن می کنیم.
۶-صفحه مقدار نمک محلول در نمونه را بر حسب ptb (پوند بر1000بشکه) به ما نشان
می دهد.
توجه: اگر مقدار نمک موجود در نمونه کمتر از میزان نمک موجود در محلول Blank ما باشد(که در کالیبراسیون دستگاه با آن کالیبره شده) صفحه نمایشگر عدد 999999 را به ما نشان می دهد که بدین معناست که میزان نمک کمتر از 0.1ptb می باشد.
٧-پس از تست، الکترود را با الکل شسته و خشک می کنیم.
٨-برای خاموش کردن دستگاه دکمه SEL را فشار می دهیم و سپس علامت X ¬را توسط کلیدهای جهت نما روی گزینه Power Off برده و دگمه ENT را فشار می دهیم. سپس گزینه YES را انتخاب کرده و مجدداً دگمه ENT را فشار می دهیم ، دستگاه خاموش می گردد. پس از آن دستگاه را از برق جدا می کنیم .
مشخصات دستگاه سالینومتر مدل 2100
١-تحلیل گر سیگنال مدل 2100
٢-سنسور دما و میزان هدایت
٣-بشر بلند 100 میلی لیتری
۴-گیره کالیبراسیون
۵ -آداپتور و شارژر
۶-الکترود pH
٧-جعبه حمل و نقل
٨- ۴عدد باطری نیکل- کادمیوم
٩-دیسکت برنامه
١۰ -کتابچه راهنما
مقدمه :
دستگاه PETROTEST مدل ۲۱۰۰ ، (نمک در مشتقات نفتی سنج) دستگاهی پیچیده جهت اندازه گیری نمکهای محلول در ترکیبات هیدروکربنی می باشد. این دستگاه یک شناساگر چند پارامتری است که می تواند همزمان ۴ پارامتر را به ما نشان دهد.
آماده کردن دستگاه
باطری ها را در محفظه مربوطه قرار داده و فیش آداپتور را به پورتی که کنار آن علامت CHG نوشته شده متصل کرده و آداپتور را به برق می زنیم. برای فعال شدن دستگاه کلید ON/RST را فشار می دهیم. دستگاه پارامترهایی که قبلاً انتخاب کردیم به ما نشان می دهد برای چک کردن بقیه پارامترها، اپراتور می بایست دکمه SEL را فشار دهد. با فشار این دکمه منوی اصلی ظاهر می گرددکه توسط آن می توان سایر عملکردهای دستگاه را مورد بررسی قرار داد از جمله کالیبراسیون یا انتخاب سایر پارامترها.
کالیبراسیون
برای اندازه گیری میزان نمک، دستگاه می بایست از نظر دما، میزان هدایت و مقدار نمک کالیبره باشد. دمای دستگاه توسط شرکت سازنده کالیبره شده و در شرایط محیط نیازی به کالیبراسیون ندارد. این کالیبراسیون باید در شرایط خاص صورت گرفته باشد و اصمینان حاصل کنیم که خطای رخ نداده است.
میزان هدایت نیز در شرکت سازنده، کالیبره شده است ولی باید برای آزمایش های روزانه مجدداً کالیبره شود(بر طبق، روش کالیبراسیون ذکر شده در کتابچه راهنما).
مقدار نمک نیز در کارخانه بر طبق مقادیر تئوری جهت بهره برداری، کالیبره شده ولی در آزمایشگاه بر اساس موادی که مورد آزمایش قرار می گیرند، توسط محلولهای استاندارد مشخص بایستی دستگاه را کالیبره کرد. از این طریق می توان مقدار مشخصی از نمک را در محلول مربوطه تعیین نمود.
شرح عملکرد:
دستگاه PETRO TEST مدل ۲۱۰۰ دستگاهی پیچیده و قابل حمل است جهت اندازه گیری ضریب هدایت و دما در ترکیبات هیدروکربنی به اضافه pH متر برای اندازه گیری pH در آبهای صنعتی . همچنین دستگاه قادر است با تجزیه و تحلیل ضریب هدایت و دما ، مقدار نمک موجود در هیدرو کربن را نیز محاسبه نماید(طبق ASTMD3230).
مدل ۲۱۰۰ شامل یک حافظه CMOS با ظرفیت بالا و کم مصرف جهت ذخیره اطلاعات چه به صورت دستی و چه اتوماتیک می باشد و به ما این امکان را می دهد که اطلاعات ذخیره شده را به کامپیوتر منتقل کنیم و بتوانیم اطلاعات را جهت تجزیه و تحلیل در آرشیو نگهداریم.
صفحه نمایشگر دستگاه قادر است چهار خط اطلاعات عددی یا حرفی را بر روی خود نشان دهد مکه این امکان را به ما می دهد مه اطلاعات را به صورت کامل و تشریحی دریافت نماییم و همچنین این توانایی را به ما می دهد که به آسانی فرامین عملیاتی و پارامترهای دستگاه را تنظیم نمائیم.
اطلاعات کالیبراسیون و اطلاعات گوناگون مربوط به هر تست روی حافظه موقت دستگاه ذخیره می شود. مقادیر ذخیره شده با جدا کردن دستگاه از برق و یا خروج باطری از دستگاه پاک
نمی شود. صفحه کلید و صفحه نمایشگر توسط یک لایه محافظ با کیفیت بالا پوشیده شده که باعث می شود در محیطهای با شرایط نامناسب دچار مشکل نگردد.
خصوصیات دستگاه
۱- ریزپردازنده:
مدل ۲۱۰۰ دارای یک دستگاه کنترل داخلی می باشد که بطور مستقیم همه عملکرد سیستم و فعالیت دستگاه را تحت سرپرستی قرار می دهد و اجازه می دهد که تک تک اجزاء بخش کنترل دستگاه اطلاعات مربوطه خود را به زبان ماشین ارائه دهند و سپس آنها را به اطلاعات قابل خواندن تبدیل و بر روی صفحه نمایشگر ظاهر نماید.
۲- صفحه نمایشگر:
صفحه نمایشگر دستگاه ظرفیت ۴ خط اطلاعات با ۱۶ کاراکتر عددی و الفبایی در هر خط دارد. صفحه موجود ۴ پارامتر را برای اپراتور مشخص می کند. پارامترهای موجود توسط منوی تنظیم صفحه نمایشگر انتخاب می گردد و تا زمانی که برنامه دیگری انتخاب نکنیم تغییر
نمی کند. پارامترهای موجود روی صفحه عبارتند از: ضریب هدایت (غیر قابل تغییر) pH،
میلی ولت (از کانال pH) دما (درجه سلسیوس) دما (فارنهایت) ، ضریب هدایت تصحیح شده در دمای ۲۵C، غلظت نمک (بر حسب پوند بر 1000 بشکه Ptb) ، ولتاژ باطری داخلی ، ولتاژ باطری خارجی (اگر متصل باشد) ، تاریخ ، زمان و کد شناسایی اپراتور تا مشخصات محل نمونه گیری و اطلاعات نمونه ذکر شود.
۳- صفحه کلید:
صفحه کلید دستگاه برای کنترل کلیه عملیات دستگاه توسط اپراتور مورد استفاده قرار می گیرد یک کلید دستگاه را فعال و غیر فعال
می کند. کلید های بعدی جهت فعال کردن منوی عملکرد دستگاه ، تنظیم اطلاعات متغیر دستگاه و وارد کردن اطلاعات استفاده می گردد.
۴- انرژی الکتریکی مورد نیاز دستگاه:
دستگاه مدل ۲۱۰۰ دارای منابع الکتریکی متعددی می باشد. اولین آنها برای حالت قابل حمل (زمان کوتاه) در سطح سایت جا باطری دستگاه است که نیاز به چهار باطری Ni-Cd دارد.
دستگاه توانایی شارژ باطری ها را دارد. برای اینکار کافی است زمانی که باطریها داخل دستگاه هستند، آداپتور دستگاه را به فیش CHG بزنیم و آنرا به برق متصل نمائیم.
برای استفاده بلند مدت از دستگاه در سایت می بایست از باطری خارجی آب بندی شده استفاده کنیم. این باطری در کیف حمل دستگاه همراه با شارژر باطری جاسازی شده است و به فیش سمت راست دستگاه که کلمه PWR کنار آن نوشته شده وصل می گردد.
در شرایط آزمایشگاه کافی است آداپتور مربوطه را به فیش PWR متصل کرده و به برق وصل کنیم.
دستگاه اگر مدتی بدون استفاده قرار گیرد بطور اتوماتیک خاموش می شود که می توان زمان روش ماندن دستگاه را در حالت Stand by از طریق Set up دستگاه تعیین کرد. اگر باطریها کاملاً شارژ باشند با باطریهای داخلی می توان حدود ۸ ساعت بطور مداوم از دستگاه استفاده کرد. این زمان برای باطری خارجی حدود ۱۳۰ ساعت می باشد.
۵- ورودی pH
کانال ورودی pH دستگاه در هنگام اتصال الکترود pH یک صدای کوتاه ایجاد می کند که مربوط به ولتاژ بسیار پائین جاری در آمپلی فایر دستگاه می باشد.
دمای محلول زمانی که pH آنرا اندازه می گیریم توسط الکترود ضریب هدایت مشخص می گردد. در زمان کالیبراسیون دمای pH متر می تواند بصورت دستی به دستگاه وارد شود یا توسط حسگر الکترود ضریب هدایت به طور اتوماتیک به دستگاه معرفی گردد.
طریقه استفاده از دکمه های صفحه کلید
• دستگاه توسط دگمه ON/RST فعال می گردد.
اگر دستگاه فعال باشد و بخواهیم برای نمونه جدید از آن استفاده کنیم مجدداً دکمه ON/RST را می زنیم تا دستگاه برای نمونه جدید آماده شود .
• دگمه SEL (Select) لیست منوی دستگاه را به ما نشان می دهد و علامت "X" آخر خط نشان می دهد که گزینه مربوط به آن خط فعال است . که می توان این علامت را توسط کلیدهای جهت نما ، جابه جا کرد و گزینه مورد نظر را انتخاب کرد .
• وقتی گزینه مورد نظر را انتخاب کردیم با دکمه ENT (Enter) آنرا ثبت می کنیم .
موارد ذکر شده در منوی دستگاه عبارتند از :
١-Display Selected Parameters
٢-Calibrate
٣-Data Logging
۴-Select Display Parameters
۵-Select Logged Parameters
۶-Set Date/Time
٧-Auto Shot Off On/Off
٨-Power Off
٩-Upload
١۰-Set Decimal Places
طریقه اندازه گیری مقدار نمک در میعانات گازی
١-باطریهای دستگاه را از طریق پورت CHG و با متصل کردن آن به برق 230 V شارژ می کنیم.
٢-سپس اطمینان حاصل می کنیم که حسگر دما و ضریب هدایت به پورت C/T متصل باشد.
٣-سپس چک می کنیم که الکترود پس از تست قبلی در الکل شستشو و خشک شده باشد.
۴-نمونه را در بشر مخصوص دستگاه می ریزیم تا جایی که لبۀ بالایی الکترود زیر سطح نمونه قرار گیرد.
۵ -دستگاه را توسط دگمه ON/RST روشن می کنیم.
۶-صفحه مقدار نمک محلول در نمونه را بر حسب ptb (پوند بر1000بشکه) به ما نشان
می دهد.
توجه: اگر مقدار نمک موجود در نمونه کمتر از میزان نمک موجود در محلول Blank ما باشد(که در کالیبراسیون دستگاه با آن کالیبره شده) صفحه نمایشگر عدد 999999 را به ما نشان می دهد که بدین معناست که میزان نمک کمتر از 0.1ptb می باشد.
٧-پس از تست، الکترود را با الکل شسته و خشک می کنیم.
٨-برای خاموش کردن دستگاه دکمه SEL را فشار می دهیم و سپس علامت X ¬را توسط کلیدهای جهت نما روی گزینه Power Off برده و دگمه ENT را فشار می دهیم. سپس گزینه YES را انتخاب کرده و مجدداً دگمه ENT را فشار می دهیم ، دستگاه خاموش می گردد. پس از آن دستگاه را از برق جدا می کنیم .
تعیین فشاربخار(RVP) درمیعانات گازی
۱۳۸۷ تیر ۱۱, سهشنبه
تعیین فشاربخار(RVP) درمیعانات گازی
اندازه گیری فشار بخارمعیاری است جهت تعیین میزان مواد سبک و فرار درون میعانات گازی. باید توجه داشت که اندازه گیری آن چه در هنگام تولید وچه در هنگام بار گیری، با دقت انجام گیرد.
جهت تعیین فشار بخار می توان از دو روش استفاده کرد؛ روش دستگاهی و روش دستی.
اندازه گیری فشار بخارمعیاری است جهت تعیین میزان مواد سبک و فرار درون میعانات گازی. باید توجه داشت که اندازه گیری آن چه در هنگام تولید وچه در هنگام بار گیری، با دقت انجام گیرد.
جهت تعیین فشار بخار می توان از دو روش استفاده کرد؛ روش دستگاهی و روش دستی.
الف:تعیین RVP بوسیله دستگاه اتوماتیک یا روش Setavap
از این روش جهت تعیین فشار بخار یا RVP در میعانات گازی فرار و سبک که اشباع از هوا گشته است، استفاده می شود.
این روش برای نمونه هایی که دمای جوش آنها بالای صفر درجه سانتیگراد (F˚٣۲ ) و دارای فشار بخاری بین 7 تا 130Kpa ، در دمای C˚٨/٣٧ می باشند بسیار مناسب می باشد. همچنین نسبت بخار به مایع در این نمونه ها باید۴ به ۱ باشد. همچنین از این روش برای محاسبه فشاربخار خشک ,(DVPE) که نتایج آن بسیار نزدیک به روش محاسبه دستی یا متد ۹۳-۴۹۵۳-D می باشد استفاده
می شود.
در این روش میزان مشخصی از نمونه سرد شده که اشباع از هوا گردیده است، وارد محفظه ای می شود که تحت شرایط دمایی خاص قرار دارد. این محفظه در حالت خلأ قرار دارد و حجم آن ۵ برابر حجم نمونه ای می باشد که به آن تزریق میشود.
پس از عمل تزریق نمونه به دستگاه، محفظه مورد نظر گرم شده تا به دمایC˚٨/٣٧ برسد. در نتیجه فشار محفظه بالا خواهد رفت و این فشار توسط حسگرهای موجود بر روی صفحه LCD دستگاه به نمایش در می آید.
این دستگاه قابلیت محاسبه فشار کل (Ptotal) که مجموع فشار جزیی هوای حل شده در نمونه است، را دارا میباشد. همچنین قابلیت نمایش فشار گاز (Pgas)، فشار محیط، فشارمطلق (Pabs) و فشار بخار خشک (DVPE) را دارد.
جهت کالیبره کردن دستگاه می توان از موادی که کاملا ًخالص باشند، استفاده کرد، که تعدادی از آنها در ذیل آورده شده است:
68.3Kpa یا Cyclopentane 9.91Psi
68.0Kpa یا 2,2Dimethyl butane 9.86Psi
51.1Kpa یا 2,3Dimethyl butane 7.41Psi
22.5Kpa یا Cyclohexane 3.26Psi
51.1Kpa یا 2,3Dimethyl butane 7.41Psi
22.5Kpa یا Cyclohexane 3.26Psi
نحوه نمونه گیری
ظرف نمونه گیری حتماًباید قبل ازعمل نمونه گیری خشک و تمیزباشد. همچنین درب آن هیچگونه نشتی نداشته باشد و کاملاً seal باشد. ظرف را قبل از نمونه گیری و همچنین فوراً بعد از نمونه گیری باید در یخ قرار گیرد تا مواد سبک آن به علت فراریت از آن خارج نشود. حجم نمونه مورد نیاز جهت آزمایش حتماًباید بین ۷۰ تا٪۸۰ حجم ظرف باشد.
در آزمایشگاه ظرف را به مدت حداقل ۳۰ دقیقه درون یخ قرارمی دهیم. دمای نمونه حتماًباید بین ۰ تا ۱C باشد. در صورتی که پس از سرد کردن نمونه ؛ حجم آن کمتر از ٪۷۰ حجم ظرف با شد باید نمونه دیگری گرفته شود و در صورتی که حجم آن بیش از٪۸۰ باشد
می توان حجم اضافی را خالی کرد.
زمانی که دمای نمونه به ۰ تا ۱C رسید آنرا از ظرف حاوی یخ خارج نموده و درب آنرا با دستمال کاملاًخشک نموده، سپس درب آنرا باز کرده و اجازه می دهیم تا هوا جایگزین حجم بوجود آمده از خلاﺀ گردد و پس از بستن درب آن، ظرف را به شدت تکان می دهیم تا هوا در آن کاملاً حل گردد و ظرف را دوباره درون یخ قرار می دهیم و این عمل را ۳ بار تکرار می کنیم و باید توجه داشت که این فاصله زمانی بین هم زدن نباید کمتر از ۲ دقیقه باشد .
پس از انجام مراحل بالا، درب ظرف را کاملاً خشک کرده و با استفاده از سرنگ مخصوص دستگاه که قبلاً در یخچال قرار گرفته بوده است، نمونه را به نحوی برمی داریم که هیچگونه هوایی وارد سرنگ نشود. در صورتی که مقداری هوا وارد سرنگ گردید آنرا خارج می کنیم باید توجه داشت که عملیات فوق به آرامی صورت گیرد، همچنین سرنگ نیز قبلاً توسط حلال مناسب تمیز و خشک شده باشد.
زمانی که دمای نمونه به ۰ تا ۱C رسید آنرا از ظرف حاوی یخ خارج نموده و درب آنرا با دستمال کاملاًخشک نموده، سپس درب آنرا باز کرده و اجازه می دهیم تا هوا جایگزین حجم بوجود آمده از خلاﺀ گردد و پس از بستن درب آن، ظرف را به شدت تکان می دهیم تا هوا در آن کاملاً حل گردد و ظرف را دوباره درون یخ قرار می دهیم و این عمل را ۳ بار تکرار می کنیم و باید توجه داشت که این فاصله زمانی بین هم زدن نباید کمتر از ۲ دقیقه باشد .
پس از انجام مراحل بالا، درب ظرف را کاملاً خشک کرده و با استفاده از سرنگ مخصوص دستگاه که قبلاً در یخچال قرار گرفته بوده است، نمونه را به نحوی برمی داریم که هیچگونه هوایی وارد سرنگ نشود. در صورتی که مقداری هوا وارد سرنگ گردید آنرا خارج می کنیم باید توجه داشت که عملیات فوق به آرامی صورت گیرد، همچنین سرنگ نیز قبلاً توسط حلال مناسب تمیز و خشک شده باشد.
نحوه آزمایش
ابتدا دکمه Rinsing را فشار داده که در این حالت دستگاه شروع به مکیدن هوا و دمیدن آن به درون سل یا محفظه درونی می کند. این عمل را می توانیم جهت اطمینان ۲ بار انجام دهیم.
سپس سرنگ را به آرامی در کنار دستگاه و در جای مخصوص خود قرار می دهیم به نحوی که هیچگونه هوایی وارد آن نشود. حال دکمه Task را فشار داده و پس از آن دکمه Run را در این حالت دستگاه شروع به مکیدن نمونه به داخل کرده و محفظه را از نمونه پر می کند سپس دما را به C˚٨/٣٧ رسانده وفشار بخار را محاسبه می کند.
سپس سرنگ را به آرامی در کنار دستگاه و در جای مخصوص خود قرار می دهیم به نحوی که هیچگونه هوایی وارد آن نشود. حال دکمه Task را فشار داده و پس از آن دکمه Run را در این حالت دستگاه شروع به مکیدن نمونه به داخل کرده و محفظه را از نمونه پر می کند سپس دما را به C˚٨/٣٧ رسانده وفشار بخار را محاسبه می کند.
ب: تعیین Rvp به روش دستی :
همانگونه که قبلاً ذکرشد اندازه گیری فشار بخار در میعانات گازی امری است ضروری. این روش که مبتنی است بر متد استانداردASTM D4593-93 . روشی که در ASTM D323 (متد Reid) ذکر شده است نیز در مورد این گونه فراورده ها قابل انجام
می باشد یعنی در مورد محصولات نفتی و همچنین محصولات نفتی که اشباع از هوامی باشند .
در اینجا نمونه مورد نظر که به صورت کاملاً سرد و عاری از حباب می باشد را درون ظرفی مخصوص ریخته وآنرا با استفاده از ابزاری که بعداً به شرح آن خواهیم پرداخت در دمای C˚٨/۳۷، درون حمام آب قرار داده و فشار بخارنمونه را اندازه گیری می کنیم. محدوده آزمایش در این روش بین ۵ تا ۱۵psi می باشد.
در زیر شكل وسایل اندازه ﮔیری فشار بخار را مشاهده می كنید.
وسايل مورد نیاز:
۱- دستگاه اندازه گیری فشار بخار: که تشکیل شده است از دو محفظه ، یکی محفظه بخار (قسمت بالایی) و دیگری محفظه مایع (قسمت پايینی) که مشخصات این دو باید بر طبق مشخصات ذکر شده در ASTM D-4953 باشد.
٢- فشار سنج: که در اینجا فشار سنج مورد استفاده از نوع بوردنِ فنری که داری محل اتصال به قطر mm ۳۵/۶ می باشد .
٣- حمام سرد یا یخچال
۴- حمام آب گرم به گونه ای که دستگاه اندازه گیری فشار بخار را بتوان درون آن غوطه ور نمود. دمای حمام باید قابل کنترل باشد و بتوان آن را در C˚٨/۳۷ ثابت نگه داشت.سطح آب حمام تا قسمت بالایی دستگاه اندازه گیری فشار بخار ، یک اینچ باشد .
۵- دماسنج که منطبق با استاندارد ASTM مربوط به Reid Vapour Pressure که دارای مشخصات منطبق با E1 باشد. محدوده دمایی دماسنج باید بین ۳۴ تا۴۲ سانتيگراد باشد.
۶- فشار سنج جیوه ای جهت اطمینان از صحت کار فشار سنج بوردن با درجه بندیkpa /۵۰، mm۱ یا psi/۱۰
آماده سازی نمونه به همان روشی است که در مورد روش اتوماتیک شرح داده شد.
جهت آماده سازی دستگاه ابتدا محفظه فلزی آنرا با درپوش لاستیکی بسته و سپس آنرا درون حمام یخ یا درون یخچال قرار می دهیم تا دمای آن به صفر تا یک درجه سانتیگراد برسد. همین عمل را برای استوانه متصل به فشار سنج نیز انجام می دهیم یعنی انتهای آنرا توسط درپوش بسته و سپس آنرا درون حمام آب گرم قرار می دهیم تا دمای آن با حمام به حالت تعادل برسد.
روش آزمایش:
۱- شیشه نمونه را از ظرف یخ خارج كرده و اطراف آنرا مخصوصا درب آنرا خشك كرده وLiquid Chamber را از یخچال خارج كرده و اطراف آنرا بخصوص دهانه آنرا به دقت خشك كنید و آنرا به ﮔونه ای كه از نمونه لبریز شود پر می كنیم.
٢- به سرعت Vapour Chamber را از حمام آب ﮔرم خارج كرده و آنرا كاملا خشك كنید وچوب پنبه را از دهانه آن خارج كنید و محل اتصال (دندانه ها) را كاملا خشك كنید و هرچه سریعتر Vapour Chamber را بر روی Liquid Chamber سوار كنید و كاملا مراقب باشید كه سطح نمونه بدون حباب و همچنین لبریز باشد. جهت جلوﮔیری از خطای افت دما، كل این مرحله باید در كمتر از ۱۰ ثانیه انجام ﮔیرد.
٣- حال وسایل اندازه ﮔیری به صورت واژﮔون قرار دهید تا نمونه وارد Vapour Chamber شود، سپس آنرا به صورت لنگری ۸ بار به شدت تكان دهید. حال وسایل اندازه ﮔیری فشار بخار را به صورت كاملا عمودی درون حمام آب ﮔرم قرار دهید و از نشتی نداشتن آن مطمئن شوید.
حال وسایل اندازه ﮔیری فشار بخار باید به نحوی درون حمام قرار ﮔیرد كه تا mm ٢۵ از زیرﮔلویVapour Chamber درون آب قرار ﮔیرد.
۴- پس از آن باید نمونه را از نظر دو فازی نبودن بررسی كنیم. در صورتی كه نمونه دو فازی باشد باید آنرا دور بریزیم و مراحل فوق را برای نمونه جدید از دوباره انجام دهیم.
۵- جهت اندازهﮔیری فشار بخار پس از قرار دادن وسایل اندازه ﮔیری درون حمام، پس از ۵ دقیقه به آرامی یك ضربه به فشارسنج زده و عدد را می خوانیم. سپس وسایل اندازه ﮔیری را از حمام خارج كرده و مرحله ٣ كه در بالا به آن اشاره شد را انجام می دهیم. فاصله زمانی بین هر مرحله نباید كمتر از ٢ دقیقه و در مجموع نباید كمتر از ۵ بار باشد. در صورتی كه به دو عدد مشابه و بدون تغییر رسیدیم، عدد نهایی را با تقریب kpa 0.25 یا psi 0.05 و بدون ذكر دما ﮔزارش می كنیم.
نقطه شبنم آ ب و هیدروکربن
اندازه گیری نقطه شبنم آ ب و هیدروکربن بوسیله دستگاه Chandler
اندازه گیری میزان آب موجود در گاز بسیار ضروری می باشد چونکه وجود آب می تواند باعث خوردگی و همچنین مشکلات دیگر برای دستگاهها و وسایل موجود شود، بخصوص در ایستگاهای تقویت فشار و دستگاههای اندازه گیری.
همچنین وجود آلودگیهای هیدروکربن در خط لوله گاز باعث تغییر نقطه شبنم گاز طبیعیمی شود.
هنگامی که گاز خشک به همراه آب سرد شود رطوبت مطلق گاز ثابت می ماند اما رطوبت نسبی گاز افزایش می یابد تا به ٪۱۰۰ اشباع برسد، سپس بخارات آب موجود تبدیل به مایعمی شوند. دمایی را که عمل میعان در آن انجام می گیرد را نقطه شبنم می گویند گاز از جلوی یک شیشه تمیز عبور داده می شود، پشت این آیینه بوسیله یک گاز خنک کننده همچون (C3H8,N2,CO2) سرد می شود.
اپراتور باید همزمان با نگاه کردن در آیینه میزان کاهش دما را نیز بوسیله شیر مخصوصی که در بغل دستگاه قرار گرفته کنترل کند.
زمانی که به نقطه شبنم گاز رسیدیم بروی آیینه یک هاله کدر رنگ تشکیلمی شود که در این حالت باید سریعا دما را از روی دماسنجی که در کنار دستگاه تعبیه شده است بخوانیم باید توجه داشت که میزان کاهش دما نباید کمتراز ۲ درجه سانتيگراد باشد .
دستگاه مورد استفاده در پالایشگاه های گاز ساخت شرکت آمریکاییChandler می باشد. این دستگاه نیازی به کالیبره کردن ندارد و محدوده کاری آن برای مدل 100-13 از ۵۰+ C˚ تا ۳۵- C˚ و فشار۰ تا psi ۳۰۰۰ بوده و برای مدل 2-N-C-120-13
می توان تا دمای ۸۰- C˚ آنرا مورد استفاده قرار داد.
گاز خنک کننده مورد استفاده در این دستگاه می تواند CO2 یاN2 و برای دماهای پایین تر به شرط رعایت موارد ایمنی از گازپرو پان استفاده نمود.
روش آزمایش
۱- شیر ورودی گاز راباز کرده تا محفظه دستگاه کاملا عاری از هوا گردد.
۲- میزان خروجی گاز را باید به نحوی تنظیم کرد که جریان آن بسیار ضعیف باشد به طوری که با گذاشتن انگشت بتوان خروج گاز را احساس کرد.
۳- می توان تا نزدیکی نقطه شبنم دما را با سرعت بیشتری پایین آورد واز آن به بعد محدودهء سرد شدن باید بین ۱ تا ۲ درجه سانتیگراد در هر دقیقه باشد.
۴- همزمان که درون آینه را مشاهده می کنید باید دما را نیز از روی دماسنج بخوانید تا مشاهده کنید کدام یک اول اتفاق می افتد رسیدن به نقطهء شبنم هیدرو کربن یا نقطه شبنم آب. ۵- حال باید اجازه دهیم تا آینه گرم شود و با دقت مشاهده کنیم درچه دمایی لکه از بین می رود.
۶- مراحل فوق را چندین بار تکرار می کنیم ودر صورتی که دماهای اندازه گیری شده کمتر از ( ۱ درجه سانتيگراد يا ۲ درجه فارنهايت) اختلاف نداشته باشند عدد را به عنوان نقطه شبنم گزارش می کنیم.
نکته ۱
در مسیر گاز ممکن است فیلتر GLYCOL قرار گرفته باشد در بعضی موارد حتی زمانی که گاز از درون فیلتر نیز عبور داده می شود، اندازه گیری نقطه شبنم آب مشکل می باشد. روش دیگر جهت اندازه گیری نقطه شبنم آب بدین گونه است که باید آنرا در فشارهای مختلف اندازه گیری کنیم در صورتی که در هر دو فشار یکی بودمشخص می گردد که دمای اندازه گیری شده مربوط به آب است در غیر این صورت متعلق به هیدرو کربن، گلیکول یا الکل می باشد .
نکته ۲
در بعضی حالات نقطه شبنم هیدرو کربن برابر یا گاهی بیشتر از نقطه شبنم آب می باشد در این حالت هیدرو کربن سطح آ ینه را مرطوب می کند و یک لایه برروی آینه تشکیل می شود که به مرور تمام سطح آینه را پوشانده به صورت قطراتی از مرکز آینه می چکد. جهت گزارش نقطه شبنم باید عدد خواند ه شده بر مبنا ی فشار (از روی فشار سنج) باشد .
اندازه گیری نقطهء شبنم آَب بوسیله دستگاه Shaw
تشکیل هیدرات به مقدارزیاد باعث مسدود شدن خط لوله می گردد. همچنین حضور آب باعث خوردگیهای جدی می گردد. افت فشار نیز ممکن است در خط لوله به همین علت باشد. همچنین وجود بخار آب در گاز طبیعی باعث کاهش ارزش حرارتی گاز می گردد. انجام این آزمایش جهت اطمینان از صحت کار آنالایزرها (Analyser) که بصورت Online وجود دارند و همچنین واحد نم زدایی بسیار مفید می باشد.
از این دستگاه می توان جهت اندازه گیری نقطه شبنم تمام گازها استفاده کرد بجز گازهای آمونیاک، استیلن، کلر، اسید کلریدریک و سولفید هیدروﮋن با رطوبت بالا.
کالیبراسیون دستگاه
جهت کالیبراسیون دستگاه باید حسگر (Sensor) دستگاه را در معرض هوای محیط قرار دهیم و عمل کالیبراسیون را به روش زیر انجام دهیم.
۱- باید اطمینان حاصل نمود که هیچ گونه جریانی از گاز به دستگاه متصل نمی باشد.
۲- پیستون دستگاه را بوسیله دست چند ین بار بالا و پائین می بریم.
۳- پس از یک دقیقه یا کمی بیشتر عقربه دستگاه باید بروی خط کالیبراسیون یا عدد (۲۰- C˚) قرار گیرد (همچنین یک تا دو درجه انحراف قابل قبول است).
۴- در صورتی که انحراف عقربه دستگاه بیش از حد باشد بوسیله پیچ گوشتی می توان پیچ تنظیم را در جهت عقربه ساعت جهت افزایش و خلاف جهت عقربه ساعت برای کاهش چرخاند.
۵- ورودی و خروجی دستگاه را ببندید.
روش آزمایش
پس از روشن کردن دستگاه و قرار دادن آن در وضیعتAuto call شیر گاز(Regulator) را به آرامی باز می کنیم تا هرگونه آلودگی یا قطرات مایع تخلیه شود. فشار گاز زیاد مهم نیست چونکه دستگاه نیاز به میزان کمی از نمونه گاز یا هوا که به فشار اتمسفریک رسیده باشد، را دارد.
حال محل نمونه گیری را توسط لوله ای که از جنس (PTFE) می باشد را به ورودی دستگاه متصل نموده سپس جریان گاز توسط شیرتنظیم (Regulator) می کنیم در این حالت مقدار جریان گاز باید در حدود۱۰تا ۵ لیتر بر دقیقه باشد. باید توجه داشت که جریان گاز از ۲۰ لیتر بر دقیقه بیشتر نباشد.
در این وضیعت هنوز پیستون دستگاه در وضعیت پائین قرار گرفته است. حال باید گاز به مدت ۲الی ۳ دقیقه جریان داشته باشد تا مسیر از هوا تخلیه شود . البته مدت زمان فوق جهت جهت گازهایی که خیلی خشک می باشند می تواند بیش از ۲الی ۳ دقیقه باشد. اکنون بوسیله انگشت، خروجی از دستگاه را مسدود می کنیم تا پیستون در وضعیت بالا قرارگیرد. (در صورتی که فشار گاز خیلی کم باشد جهت بالا بردن پیستون می توانیم همزمان بوسیله دست پیستون رابه طرف بالا بکشیم)
حال صبر می کنیم تا عقربه دستگاه بر روی یک عدد ثابت بماند در صورتی که عقربه به سمت چپ منحرف شود گاز خشک تر و بالعکس هر چه به سمت راست منحرف شود بدین معنی است که گاز رطوبت دارد.
پس از انجام آزمایش ودر صورتی که نیاز به تکرار نبود ورودی و خروجی را می بندیم و دستگاه را خاموش می کنیم.
جهت گزارش نتیجه آزما یش عددی را که از روی دستگاه خوانده می شود را توسط جدولی که موجود می باشد می توان تبدیل کرد بدین معنی که میزان آب موجود برحسب (ppm) را در شرایط محیط تبدیل می کنیم.
اندازه گیری میزان آب موجود در گاز بسیار ضروری می باشد چونکه وجود آب می تواند باعث خوردگی و همچنین مشکلات دیگر برای دستگاهها و وسایل موجود شود، بخصوص در ایستگاهای تقویت فشار و دستگاههای اندازه گیری.
همچنین وجود آلودگیهای هیدروکربن در خط لوله گاز باعث تغییر نقطه شبنم گاز طبیعیمی شود.
هنگامی که گاز خشک به همراه آب سرد شود رطوبت مطلق گاز ثابت می ماند اما رطوبت نسبی گاز افزایش می یابد تا به ٪۱۰۰ اشباع برسد، سپس بخارات آب موجود تبدیل به مایعمی شوند. دمایی را که عمل میعان در آن انجام می گیرد را نقطه شبنم می گویند گاز از جلوی یک شیشه تمیز عبور داده می شود، پشت این آیینه بوسیله یک گاز خنک کننده همچون (C3H8,N2,CO2) سرد می شود.
اپراتور باید همزمان با نگاه کردن در آیینه میزان کاهش دما را نیز بوسیله شیر مخصوصی که در بغل دستگاه قرار گرفته کنترل کند.
زمانی که به نقطه شبنم گاز رسیدیم بروی آیینه یک هاله کدر رنگ تشکیلمی شود که در این حالت باید سریعا دما را از روی دماسنجی که در کنار دستگاه تعبیه شده است بخوانیم باید توجه داشت که میزان کاهش دما نباید کمتراز ۲ درجه سانتيگراد باشد .
دستگاه مورد استفاده در پالایشگاه های گاز ساخت شرکت آمریکاییChandler می باشد. این دستگاه نیازی به کالیبره کردن ندارد و محدوده کاری آن برای مدل 100-13 از ۵۰+ C˚ تا ۳۵- C˚ و فشار۰ تا psi ۳۰۰۰ بوده و برای مدل 2-N-C-120-13
می توان تا دمای ۸۰- C˚ آنرا مورد استفاده قرار داد.
گاز خنک کننده مورد استفاده در این دستگاه می تواند CO2 یاN2 و برای دماهای پایین تر به شرط رعایت موارد ایمنی از گازپرو پان استفاده نمود.
روش آزمایش
۱- شیر ورودی گاز راباز کرده تا محفظه دستگاه کاملا عاری از هوا گردد.
۲- میزان خروجی گاز را باید به نحوی تنظیم کرد که جریان آن بسیار ضعیف باشد به طوری که با گذاشتن انگشت بتوان خروج گاز را احساس کرد.
۳- می توان تا نزدیکی نقطه شبنم دما را با سرعت بیشتری پایین آورد واز آن به بعد محدودهء سرد شدن باید بین ۱ تا ۲ درجه سانتیگراد در هر دقیقه باشد.
۴- همزمان که درون آینه را مشاهده می کنید باید دما را نیز از روی دماسنج بخوانید تا مشاهده کنید کدام یک اول اتفاق می افتد رسیدن به نقطهء شبنم هیدرو کربن یا نقطه شبنم آب. ۵- حال باید اجازه دهیم تا آینه گرم شود و با دقت مشاهده کنیم درچه دمایی لکه از بین می رود.
۶- مراحل فوق را چندین بار تکرار می کنیم ودر صورتی که دماهای اندازه گیری شده کمتر از ( ۱ درجه سانتيگراد يا ۲ درجه فارنهايت) اختلاف نداشته باشند عدد را به عنوان نقطه شبنم گزارش می کنیم.
نکته ۱
در مسیر گاز ممکن است فیلتر GLYCOL قرار گرفته باشد در بعضی موارد حتی زمانی که گاز از درون فیلتر نیز عبور داده می شود، اندازه گیری نقطه شبنم آب مشکل می باشد. روش دیگر جهت اندازه گیری نقطه شبنم آب بدین گونه است که باید آنرا در فشارهای مختلف اندازه گیری کنیم در صورتی که در هر دو فشار یکی بودمشخص می گردد که دمای اندازه گیری شده مربوط به آب است در غیر این صورت متعلق به هیدرو کربن، گلیکول یا الکل می باشد .
نکته ۲
در بعضی حالات نقطه شبنم هیدرو کربن برابر یا گاهی بیشتر از نقطه شبنم آب می باشد در این حالت هیدرو کربن سطح آ ینه را مرطوب می کند و یک لایه برروی آینه تشکیل می شود که به مرور تمام سطح آینه را پوشانده به صورت قطراتی از مرکز آینه می چکد. جهت گزارش نقطه شبنم باید عدد خواند ه شده بر مبنا ی فشار (از روی فشار سنج) باشد .
اندازه گیری نقطهء شبنم آَب بوسیله دستگاه Shaw
تشکیل هیدرات به مقدارزیاد باعث مسدود شدن خط لوله می گردد. همچنین حضور آب باعث خوردگیهای جدی می گردد. افت فشار نیز ممکن است در خط لوله به همین علت باشد. همچنین وجود بخار آب در گاز طبیعی باعث کاهش ارزش حرارتی گاز می گردد. انجام این آزمایش جهت اطمینان از صحت کار آنالایزرها (Analyser) که بصورت Online وجود دارند و همچنین واحد نم زدایی بسیار مفید می باشد.
از این دستگاه می توان جهت اندازه گیری نقطه شبنم تمام گازها استفاده کرد بجز گازهای آمونیاک، استیلن، کلر، اسید کلریدریک و سولفید هیدروﮋن با رطوبت بالا.
کالیبراسیون دستگاه
جهت کالیبراسیون دستگاه باید حسگر (Sensor) دستگاه را در معرض هوای محیط قرار دهیم و عمل کالیبراسیون را به روش زیر انجام دهیم.
۱- باید اطمینان حاصل نمود که هیچ گونه جریانی از گاز به دستگاه متصل نمی باشد.
۲- پیستون دستگاه را بوسیله دست چند ین بار بالا و پائین می بریم.
۳- پس از یک دقیقه یا کمی بیشتر عقربه دستگاه باید بروی خط کالیبراسیون یا عدد (۲۰- C˚) قرار گیرد (همچنین یک تا دو درجه انحراف قابل قبول است).
۴- در صورتی که انحراف عقربه دستگاه بیش از حد باشد بوسیله پیچ گوشتی می توان پیچ تنظیم را در جهت عقربه ساعت جهت افزایش و خلاف جهت عقربه ساعت برای کاهش چرخاند.
۵- ورودی و خروجی دستگاه را ببندید.
روش آزمایش
پس از روشن کردن دستگاه و قرار دادن آن در وضیعتAuto call شیر گاز(Regulator) را به آرامی باز می کنیم تا هرگونه آلودگی یا قطرات مایع تخلیه شود. فشار گاز زیاد مهم نیست چونکه دستگاه نیاز به میزان کمی از نمونه گاز یا هوا که به فشار اتمسفریک رسیده باشد، را دارد.
حال محل نمونه گیری را توسط لوله ای که از جنس (PTFE) می باشد را به ورودی دستگاه متصل نموده سپس جریان گاز توسط شیرتنظیم (Regulator) می کنیم در این حالت مقدار جریان گاز باید در حدود۱۰تا ۵ لیتر بر دقیقه باشد. باید توجه داشت که جریان گاز از ۲۰ لیتر بر دقیقه بیشتر نباشد.
در این وضیعت هنوز پیستون دستگاه در وضعیت پائین قرار گرفته است. حال باید گاز به مدت ۲الی ۳ دقیقه جریان داشته باشد تا مسیر از هوا تخلیه شود . البته مدت زمان فوق جهت جهت گازهایی که خیلی خشک می باشند می تواند بیش از ۲الی ۳ دقیقه باشد. اکنون بوسیله انگشت، خروجی از دستگاه را مسدود می کنیم تا پیستون در وضعیت بالا قرارگیرد. (در صورتی که فشار گاز خیلی کم باشد جهت بالا بردن پیستون می توانیم همزمان بوسیله دست پیستون رابه طرف بالا بکشیم)
حال صبر می کنیم تا عقربه دستگاه بر روی یک عدد ثابت بماند در صورتی که عقربه به سمت چپ منحرف شود گاز خشک تر و بالعکس هر چه به سمت راست منحرف شود بدین معنی است که گاز رطوبت دارد.
پس از انجام آزمایش ودر صورتی که نیاز به تکرار نبود ورودی و خروجی را می بندیم و دستگاه را خاموش می کنیم.
جهت گزارش نتیجه آزما یش عددی را که از روی دستگاه خوانده می شود را توسط جدولی که موجود می باشد می توان تبدیل کرد بدین معنی که میزان آب موجود برحسب (ppm) را در شرایط محیط تبدیل می کنیم.
كروماتوگرافي
۱۳۸۷ تیر ۱۰, دوشنبه
كروماتوگرافي:
تعريف
كروماتوگرافي تكنيكي است براي جداسازي تركيبات يك مخلوط شيميايي .جهت شناسايي يا اندازه گيري مقادير كمي تركيبات آن.
تاريخچه
كروماتوگرافي براي اولين بار در سال 1905 توسط Ramsey بكار گرفته شد كه بدين وسيله مخلوطهاي گازي و تبخيري را از يكديگر تفكيك مي نمود . در اولين تجربيات از انتخاب روش جذب سطحي ( Adsorption ) يا ( Desorption from ) و جامدات جاذب مانند Charcoal استفاده شد سال بعد Twseet توانست دسته هاي رنگي از گياهان رنگين را توسط يك ستون كروماتوگرافي از يكديگر جدا نمايد و نام كرو ماتوگرافي كه در واقع به معناي رنگ نويسي است توسط او ابداع گرديد هر چند اين نام امروزه با روش جريان الكتريكي بي معنا بنظر مي رسد.
سپس Martin وSynge به خاطر مطالعاتشان موفق به دريافت جايزه نوبل شدند. در سال 1952James وMartin روش Gas- Liquid Chromatography را مطرح ساختند كه حساسيت, سرعت, دقت و سادگي اين روش براي جدا كردن, مشخص كردن و تعيين عناصر تبخيري باعث رشد شگفت انگيزي در اين رشته گرديد. در حال حاضر متجاوز از صدها هزار جزوه و كتاب در مورد گاز كروماتوگرافي وجود دارد كه ساليانه چندين هزار جلد بدان افزوده مي شود .
تقسيم بندي كروماتوگرافي بر اساس فاز متحرك
الف: كروماتوگرافي مايع:
فاز متحرك مايع بوده واز حلالهايي با درصد خلوص خيلي بالا جهت انجام آن استفاده مي شود.
جهت فرستادن حلال به داخل ستون از پمپ استفاده مي شود.كروماتوگرافي مايع براي تركيبات با جرم مولكولي 80 تا 5000 استفاده مي شود.
ب: كروماتوگرافي گازي
فاز متحرك گاز بوده كه به آن گاز حامل نيز گفته مي شود عملكرد گاز حامل, انتقال نمونه از ميان ستون مي باشد كه معمولترين گازهاي حامل, گازهاي نيتروژن,.هيدروژن وهليوم ميباشند.
مهمترين مشخصه گاز حامل خلوص آن مي باشد. ناخالصي در آن باعث توليد Noise در Base line مي شودكه بر حساسيت تاثير ميگذارد و در نتيجه دقت كمي آناليز را به خطر مي اندازد.
نيتروژن بيشترين راندمان را در حجم بهينه و مناسب دارد و باعث ميشود كه تعداد سيني هاي تئوري بيشتري در طول ستون ايجاد شود ولي در سرعتهاي بالا از راندمان آن كاسته مي شود. هيدروژن و هليوم تعداد سيني هاي كمتري توليد مي كنند ولي راندمان بهينه آنها در سرعت بيشتري اتفاق مي افتد، بنابراين زمان آناليز (Run time) را كاهش ميدهد. هيدروژن بعلت خطرات احتمالي كمتر استفاده ميشود. در اين بين هليم نه خطري دارد ونه از راندمان آن در سرعتهاي بالا كاسته مي شود لذا بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرد.
شرايط بهينه سازي عمليات براي گاز حامل
در كروماتوگرافي گازي، فازهاي ثابت انواع مختلفي دارند كه با توجه به نوع فاز ساكن آنها را بدين ترتيب نامگذاري مي كنند،كه در قسمت ستونها بطور مفصل شرح فاز ساكن خواهد آمد.
· اگر فاز ثابت جامد باشد آنرا (G.S.C) Gas-Solid chromatography مي نامند.
· اگر فاز ثابت مايع باشد آنرا Gas-Liquid Chromatography مي نامند. در اين روش مايع بصورت قشر نازكي روي ماده اي جامد و بي اثر پخش مي كنند كه تفكيك نمونه بر اساس تقسيم به بخش هاي جزء(Partitioning) درون و بيرون اين قشر نازك مايع انجام مي گيرد.
در كروماتوگرافي گازي توزيع اجزا بين فاز متحرك (گاز) وفاز ساكن (مايع يا جامد) انجام مي شود.گاز حامل مخلوط نمونه را از ميان يك لوله باريك كه ستون ناميده مي شود جاروب كرده وهنگامي كه نمونه از ميان ستون عبور مي كند تركيبات از هم جدا مي شوند.
تركيبات جدا شده از ستون خارج شده ودر نهايت بصورت پيك ثبت مي شوند.
كروماتوگرافي گازي براي تركيبات تا جرم مولكولي 700 مناسب مي باشد، ولي شرط اصلي آنست كه نمونه بايد فراريت داشته باشد تا بتوان از كروماتوگرافي گازي جهت جداسازي استفاده كرد.
تفكيك نمونه ها و عموما گازها در برج تفكيك بستگي به خواص جذب مواد توسط عناصر پر شده در برج (Column) دارد مواد پر شده در اين نوع ستون Charcoal, Molecular Sieve, Silica Gel هستند.
گوناگوني فازهاي مايع كه تا حدود 400 درجه سانتي گراد حرارت تحمل مي كنند امكان استفاده از بيشترين انواع و انتخاب گاز كروماتوگرافي (G.L.C) را بدست مي دهد كه بدين وسيله مي توان انواع گازها, مايعات و حتي جامدات را آناليز نمود.
مهارتهاي G.C بر حسب انواع آناليز
1- آناليز كمي: سطح زير پيك كروماتوگرامها متناسب با مقدار ماده موجود است.
2- آناليز كيفي: پيكها بر اساس زمان ابقا (Retention time) يعني زماني كه طول مي كشد يك تركيب از درون ستون عبور كند تا شناسايي شود.
زمان ابقا Retention time
فاصله زماني از هنگام تزريق نمونه تا قله پيك را زمان ابقا گويند، و با Tr نشان ميدهند.
جرئي از نمونه كه هيچ Interaction با فاز ساكن نداشته با سرعت گاز حامل از ستون خارج مي شود كه بهUn retain component موسوم است و مدت زمان لازم براي خروج اين جزء را Hold up time گويند.
زمان ابقا (Retention time) تاثير بسيار زيادي روي تفكيك پذيري دارد و با افزايش آن تفكيك پذيري بهتر مي شود.
K=Tr-T0/T0
Tr=total retention time
T0=retention time for un retain component
عوامل مؤثر بر زمان ابقا (Retention time)
1-سرعت گاز حامل
2-ثابت توزيع Kc
غلظت در فاز متحرك/ غلظت در فاز ساكن=Kc
اگر >0 Kc باشد، گفته مي شود كه ستون قابليت نگه داشتن نمونه در ستون را دارد. Kc با دما تغيير مي كند در نتيجه بوسيله دما مي توان Retention time را كنترل كرد.
تفكيك پذيري انتخابي Selectivity
فاصله بين پيكها بوسيله فاكتور a كه به فاكتور جدا سازي معروف است توضيح داده مي شود.
a بوسيله انتخاب فاز ساكن صحيح و دماي ستون بهينه سازي مي شود.
K2/k1= a
Tr2-T0/Tr1-T0= a
تفكيك Resolution (Rs )
Rs عبارتي است براي توضيح اينكه تركيبات چگونه از هم جدا مي شوند. وقتي Rs بيش از حد كوچك است كميت و كيفيت به خطر مي افتد.
معادله Resolution :اين معادله نشان مي دهد كه چگونه Resolution بر پارامترهاي عمليات تاثير ميگذارد.
Rs = 1/4 Ö Nth (a-1)/a .K/(K+1)
Tr2-Tr1/0.85(W1/2(1) +W1/2(2)) Rs =
Nth=16(Tr/W) ^2
Nth=5.545(Tr/W1/2) ^2
راندمان و عوامل مؤثر بر آن
1-تعداد سيني هاي تئوري Nth
2-ارتفاع سيني H H=L/Nth
ماكزيمم راندمان زماني اتفاق مي افتد كه Nth در ماكزيمم و H در مينيمم مقدار خود باشد.
3-سرعت جريان گاز حامل
4-ضخامت لايه فاز ساكن
مشخصات فاز ساكن
1- انتخاب پذيري Selectivity
بر اساس خواص شيميايي و فيزيكي با نگه داشتن تركيبات در زمانهاي متفاوت باعث جدا سازي انتخابي مي گردند.
2- تعادل سريع Rapid equilibrium
تركيبات بايد خيلي سريع به تعادل بين فاز ساكن و متحرك برسند.
3- پايداري و استقرار Stability
فاز ساكن نبايد فرار باشد و در محدوده دمايي بالايي خواص خود را حفظ كند.
تمام فاز هاي ساكن مايع يك حد بالاي دمايي دارند كه بالاتر از آن سيگنال و noise مربوط به base line افزايش مي يابد .بعلت bleed ستون يعني از دست رفتن فاز ساكن از درون ستون.
ستونها Columns
1-ستونهاي موئين Capillary Column
اين ستونها عملكرد بالايي دارند.
از جنس لوله هاي سيليس جوش خورده fused silica با قطر داخلي با قطر داخلي متفاوت تشكيل شده اند.
فاز ساكن از يك لايه نازك روي جدار داخلي پوشيده شده است.
2- ستونهاي پر شده Packed Column
اين ستونها مقادير بيشتري نمونه را ميتوانند جدا سازي كنند.
طول آنها بين 1-5 متر و قطر داخلي آنها بين 2-5 ميليمتر مي باشد.
از جنس لوله هاي شيشه اي يه فلزي وپر شده با يك سطح تماس بالا و متخلخل كه با فاز مايع پوشيده شده است.
چون در مورد ستونهاي مويين فقط قسمت كمي از نمونه وارد ستون مي شود ودر مورد ستونهاي پر شده تمام نمونه وارد ستون مي شود در نتيجه ستونهاي پر شده حساسيت بيشتري نسبت به ستونهاي مويين دارند.ولي ما بيشتر از ستونهاي مويين استفاده مي كنيم چون جدا سازي بهتري نسبت به ستونهاي مويين دارند.همچنين در مورد ستونهاي پر شده از flow كمتري مي توان استفاده كرد.
انواع مختلف ستونهاي مويين بر اساس موارد ذيل
1-قطر داخلي
الف- Narrow bore كه قطر داخلي آنها بين 0.15-0.25 مي باشد.
ب- Medium bore كه قطر داخلي آنها 0.32 مي باشد.
ج- Wide bore كه قطر داخلي آنها 0.50 مي باشد.
2-طول
اين ستونها در طولهاي مختلفي ساخته مي شوند.
3- نوع فاز ساكن
الف- WCOT (Wall coated open tubular) فاز ساكن مايع و f = 0.1 – 5
ب- PLOT (Porous layer open tubular ) فاز ساكن جامد و f =5 – 50
ج- SCOT (Solid support coated open tubular ) فاز ساكن مايع
فاز ساكن مايع
1- غير قطبي Chemically bonded
2- نيمه قطبي Cross linked
3- قطبي Not bonded
فاز ساكن جامد
1- غربال مولكولي Molecular sieve
2- جاذب هاي غير آلي مانند آلومينا Al2O3
3- پليمر هاي متخلخل
4- ضخامت فيلم فاز ساكن
5-جنس و ماده استفاده شده در ستون
الف- Fused Silica
اين مواد خنثي و بي اثرند و انعطاف پذيرند و در مقابل حرارت كمتر از 375 درجه سانتيگراد مقاومند.
ب- Ultimetal (Stainless steal )
اين مواد از نظر مكانيكي مقاومند و براي دماهاي بالا تا 450 درجه سانتيگراد استفاده دارند. خنثي و بي اثرندو خيلي زود و سريع گرم مي شوند.
معيارهاي فاز ساكن
1- قابليت انحلال براي تركيبات نمونه
2- ضريب تفكيك متفاوت
3- از لحاظ شيميايي بسيار خالص و بي تاثير بر مواد ديگر
4- پايدار در برابر حرارت
5- فشار بخار بسيار پايين
6-داراي پيوند شيميايي Chemically bonded
مزاياي ستونهاي Chemically bonded
طول عمر ستون زياد مي شود
مناسب براي مايعات
مناسب جهت بي اثر بودن ديواره ستون
امكان تهيه ستونهاي با فيلمهاي ضخيمThick film
علت Column bleeding
الف- تبخير فاز ساكن
ب- متلاشي شدن (تجزيه شدن )تركيبات
ج- باقي ماندن نمونه درون ستون
عوامل موثر در Column bleeding
الف- نوع فاز ساكن
ب- مقدار ضخامت film thickness
ج- دما
د- جريان گاز
ه- نوع دتكتور
دستگاه گاز كرو ماتوگرافي
اجزاي عمده دستگاه گاز كرواتوگرافي عبارتند از :
1- سيلندر گاز حامل
2- كنترل كننده فشار و جريان گاز
3- قسمت تزريق نمونه Injector
4- ستون تفكيك Column
5- تشخيص دهنده يا آشكار ساز Detector
6- دستگاه ثبات Recorder
7- سيستم حرارتي جهت اقلام 3و4و5
تكنيكهاي تزريق براي كروماتوگرافي گازي
1- تزريق مستقيم Direct injection
2- تزريق تقسيمي Split injection
3- تزريق تقسيمي كمتر Split less injection
4- تزريق درون ستوني On column injection
1- تزريق مستقيم : اين نوع تزريق فقط براي ستونهاي Wide bore قابل استفاده مي باشد. بوسيله سرنگ در injector داغ تزريق انجام مي شود وتمام نمونه وارد وارد ستون مي شود.
نمونه هاي مايع در دماهاي 250 درجه كه حدود دماي injector مي باشد حجم زيادي پيدا مي كنند .بطور مثال يك ميكرو ليتر پنتان به 300 ميكروليتر و يك ميكروليتر آب به 1500 ميكروليتر تبديل مي شود اين افزايش حجم در اثر تزريق زياد نمونه در داخل Liner هاي Injector توليد Over load مي كند.و بنابراين هنگام تزريق فشار و Flow تغيير مي كند كه بعلت انبساط نمونه مي باشد كه توليد فشار مختصري را مي نمايد اين فشار باعث تغيير در فلو ورودي به ستون مي گردد. براي به حد اقل رساندن اين پديده از تزريق كم نمونه و حلالهاي با ضريب انبساط كم بايد استفاده كرد.
2- تزريق Split injection : اين نوع تزريق براي تمام انواع ستونها و در هر شرايطي قابل استفاده مي باشد.
در اين نوع تزريق فقط بخش كوچكي از نمونه وارد ستون مي شود و جريان Split حجم Injector را سريع تخليه مي كند.
Split ratio=Split Flow/Column Flow
وقتي Split ratio 40 باشد يعني اينكه نمونه تزريق شده به injector به 40 قسمت تقسيم مي شود و يك قسمت از آن وارد ستون مي شود و 39 قسمت از آن خارج مي شود.
هر چه Split ratio را بيشتر كنيم نمونه كمتري وارد ستون مي شود.
خصوصيات Split injection
- به حد اقل رساندن آلودگي ستون.
- پروفيل flow يكنواخت است.
- براي آناليز نمونه هاي بسيار Trace (<50ppm name="OLE_LINK2">مرحله پخش Propagate
4- مرحله انتشار Emit
تكنيك
در G.L.C عناصري كه بايستي تفكيك شوند بوسيله گاز بي اثر ( گاز حامل ) به داخل برج تفكيك رانده مي شود .
نمونه مخلوط بين گاز حامل و حلالي غير فرار ( Stationary Phase ) كه روي ذرات جامدي آغشته شده اند به بخش هاي جزء تقسيم مي شوند ( Partitioned ) . حلال در حركت عناصر نمونه ( بستگي به ضريب قدرت پخش آنها ) تاخير ايجاد مي كند تا زمانيكه آنها بصورت دسته مجزائي در گاز حامل قرار گيرند. اين عناصر تفكيك شده بوسيله جريان گاز حامل از ستون خارج و وارد تشخيص دهنده توسط دستگاه ثبات به شكل منحني هائي تابع از زمان ثبت مي شوند.
مزاياي تفكيك با استفاده از گاز حامل :
1- ستون بصورت دائم توسط عبور جريان گاز حامل احياء مي شود.
2- معمولا عناصر نمونه كاملا از يكديگر جداشده و فقط با گاز حامل مخلوط شده امكان جمع آوري و اندازه گيري كمي را آسان مي سازد.
3- آناليز در زمان كوتاهي انجام مي گيرد.
از موارد نقص اين روش اين است كه بعضي از عناصر سنگين به كندي حر كت مي كنند يا اصلا حر كت نمي كنند كه اين مشكل را مي توان بوسيله حرارت دادن ستون برطرف كرده و سرعت حركت آنها را افزايش داد.
سيستم Temperature Programming نيز روشي است كه در چنين مواردي بكار گرفته مي شود.
نتايج
با توجه به شكل 1-2 نكات زير را دز نظر مي گيريم.
1- سرعت عمل
تمام آناليز در مدت 23 دقيقه انجام گرفته است.استفاده از گاز به عنوان فاز متحرك برتري سرعت تعادل بين فاز متحرك و فاز ثابت ايجاد مي كندو امكان استفاده از سرعتهاي مختلف به خوبي ميسر است.
در سيستم G.L.C واحد زمان دقيقه است گرچه ممكن است تفكيك بعضي از كمپلكس ها ساعتها طول بكشد.
2- قدرت تجزيه
تفكيك C18 , C18:1 , C18:2 بوسيله روشهاي ديگر مشكل و يا غيير ممكن است چون اختلاف نقطه جوش آنها بسيار ناچيزاست.
3 – تجزيه كيفي
زمان بازداري ( Retention time ) مدت زمان از لحظه تزريق نمونه است تا اوج منحني مربوط كه به خصوصيت نمونه و فاز مايع در درجه حرارت داده شده بستگي دارد . با جريان گاز صحيح و درجه حرارت كنترل شده مي توان اين زمان را براي عنصر مشخص تا دقت 1% نگهداشت.
عناصر مختلف مي توانند زمان تاخيري مشابه يا نزديك بهم داشته باشند ولي هر عنصر فقط مي توانند يك زمان بازداري داشته باشند . اين زمان نمي تواند توسط وجود عناصر ديگر تحت تاثير قرارگيرد.
4 – تجزيه كمي
مساحت ايجاد شده توسط هر منحني متناسب است با غلظت عنصر مربوط به همان منحني كه اين وسيله اي است براي اندازه گيري دقيق هر عنصر . در شكل 1-2 مساحتهاي 26.7% و 33% و 30.3% مقاديزي است كه توسط Disc Integrator بدست آمده و مقدار واقعي هر عنصر به ترتيب 36.4% و 33.2% و30.4% بوده است.
دقت در اندازه گيري توسط كروماتوگرافي به تكنيك بكار گرفته شده بستگي دارد. در هر حال براي عناصر اصلي يك نمونه دقت 1 تا 2% كافي به نظر مي رسد.
- 5 حساسيت
دليل اصلي براي كاربرد وسيع تجزيه به روش كروماتوگرافي وجود حساسيت اين روش است .
ساده ترين روش كروماتوگرافي استفاده از Thermal Conductivity Detector است كه تا مقدار 0.01 % ( (100 ppm مي توان اندازه گيري كرد.
از Flame Ionization Detector تا ميزان 1 ppm
از Electron Capture and phosphorus detector تا حد 1ppm و 1 Pico مي توان اندازه گيري كرد.
از ديگر مزاياي اين روش لزوم مقدار كم نمونه جهت آناليز است كه معمولا حدود 10 ميكرو ليتر است.
6 – سادگي
درك گازكروماتوگرافي و كار كردن با آن ساده است و تفسير اطلاعات ( Data ) بدست آمده معمولا سريع و روشن است.
قيمت گازكروماتوگرافي ها نسبت به كارائي آنها و با مقايسه با ساير سيستمهاي آناليز كننده بسيار ارزان است.
بخش دوم – سيستم كروماتوگرافي
الف- گاز حامل ( Carrier Gas )
يك سيلندر گاز با فشار زياد منبع گاز حامل محسوب مي شود. اين گاز تحت فشار و جريان كنترل شده سيستم كروماتوگرافي را در تمام مدت آناليز تغذيه مي نمايد. در درجه حرارت كنترل شده اين جريان يكنواخت , عناصر مختلف نمونه تزريق شده به ستون را در زمان معيني خارج مي نمايد.
.
از آنجا كه جريان ثابت است هر عنصر از لحظه تزريق تا لحظه خروج از ستون( (Retention Time نياز به حجم معيني از گاز حامل دارد.
عمده گاز هائي كه در كروماتوگافي به عنوان گاز حامل مصرف مي شوند عبارتند از :
Hydrogen, Helium, Nitrogen
بطور كلي در انتخاب گاز حامل بايستي به نكات زير توجه كرد :
1- نسبت به نمونه و حلال بي اثر باشد.
2- قادر باشد ميزان نفوذ گازهاي نمونه را بدرون Packing به حداقل رساند.
3- سهولت در تهيه و خالص بودن .
4- ارزان بودن.
5- مناسب با تشخيص دهنده Detector مورد استفاده باشد.
ب- تزريق نمونه ( Sample Injection )
براي تزريق نمونه به كروماتوگرافي معمولا از وسايلي استفاده مي شود كه در سر راه ورودي گاز حامل به ستون تعبيه شده اند. اين وسايل ممكن است Injection Port باشد كه نمونه توسط سرنگ به داخل قسمت لاستيكي آن تزريق مي شود. شكل 1-2 Gas Sampling Valve باشد كه استفاده از اين وسيله متداولتر و ساده تر است.
ميزان تزريق نمونه به حجم ستون بستگي دارد و طبيعي است كه هر چه حجم ستون كمتر باشد مقدار نمونه تزريقي نيز بايستي كمتر باشد در مورد سيستم مورد استفاده ما اين مقدار براي گازها بين 0.1 تا سي سي و براي مايعات از 5 تا 20 ميكرو ليتر است.
ستون ( Column )
1- تعريف
ستون قلب كروماتوگرافي است. عمل تفكيك عناصر يك نمونه در ستون انجام مي گيرد. نتيجتا موفقيت يا شكست در تفكيك عناصر به مقدار زياد در انتخاب صحيح ستون بستگي دارد.
در G.L.C هم از ستونهاي پر شده استفاده مي شود و هم از ستونهاي موئين. ستونهاي موئين لوله هاي خالي هستند با قطر بسيار كم كه ديواره داخلي آنها با مايع مخصوصي پوشيده اند.
ستونهاي پرشده شامل ذرات جامدي است كه سطح خارجي آنها با مايع بخصوص و غير فراري آغشته اند.
لوله هاي مخصوص ساختن ستون ممكن است از جنس شيشه و Stainless steel يا پلاستيك باشند كه معمولا به شكل مارپيچ در آورده در قسمت Oven كروماتوگرافي نصب مي نمايند.
عوامل موثر براي بهتر تفكيك كردن عناصر يك نمونه در ستون عبارتند از :
تكيه گاه جامد ( Solid Support ) نوع و مقدار فاز مايع روش پر كردن ستون طول و قطر آن و درجه حرارت آن در Oven مي باشد.
قطر ستونها معمولا بين 1.5 تا 6 ميلي متر و طول آنها بين 1 تا 10 متر است. ( Packed Column ) طبيعي است كه هر چه طول ستون زيادتر باشد قدرت تفكيك عناصر آن زيادتر خواهد شد.
در G.L.C مواد پر شده درون ستون شامل فاز مايع ( Liquid Phase) و تكيه گاه جامد ( Solid Support ) است كه در زير به هر دو اشاره مي شود.
2- فاز مايع ( Liquid Phase )
فاز مايع همان مايعي است كه بايستي بصورت قشر نازكي روي تكيه گاه جامد قرار گيرد.
بيان روش كلي برا ي انتخاب نوع صحيح فاز مايع خالي از اشكال نيست بهترين انتخاب از طريق تجربه بدست آمده است هر چند دسترسي به اين تجربيات از طريق مراجعه به جزوات و مقالات مربوطه بخوبي ميسر است . جدول ضميمه نمونه اي از اين تجربيات است.
خصوصيت فاز مايع به شرح زير است .
1- حلال خوبي براي عناصر نمونه باشد. ( اگر حلاليت كم باشد عناصر نمونه به سر عت از ستون خارج مي شوند.)
2- حلاليت آن براي عناصر متفاوت باشد.
3- غير فرار باشد.
4- در برابر حرارت Oven پايدار باشد.
5- از نظر شيميائي با هيچ نوع از عناصر نمونه ميل تركيبي نداشته باشد.
تكيه گاه جامد ( Solid Support )
منظور از تكيه گاه جامد فاز جامدي است كه بايستي فاز مايع روي آن آغشته شوند.
عمده خصوصيت تكيه گاه جامد به شرح زير است
1- سطح جانبي زياد از 1 تا 20 متر مربع بر گرم.
2- ساختمان منفذي با قطر ( منفذ ) يكنواخت و كمتر از 10 ميكرون.
3- نداشتي ميل تر كيبي با عناصر تحت تماس.
4- شكل و انداز ه يكنواخت.
5- دارا بودن مقاومت مكانيكي مناسب ( مقاوم در برابر تصادفات در موقع پر كردن ستون از نظر شكستن و خرد شدن. )
د- درجه حرارت ( Temperature )
محل تزريق نمونه , ستون و تشخيص دهنده از قسمتهاي مهم و حساس كروماتوگرافي هستند كه كنترل درجه حرارت اين قسمتها بسيار با اهميت است لذا سيستمي كه بتواند حرارت قسمتهاي فوق را به دقت كنترل نمايد كاملا ضروري است.
از نظر اهميت حرارت محل تزريق بايستي به حدي باشد كه كليه عناصر نمونه تزريقي بصورت بخار در آيند.
درجه حرارت ستون بايستي به نحوي تنظيم شود تا آناليز در مدت زمان مناسبي انجام مي گيرد و از طرف ديگر به حدي پائين باشد تا عناصر با يكديگر تداخل ننمايند . درجه حرارت تشخيص دهنده نيز بايستي چنان باشد تا گازهاي خروجي از ستون در تشخيص دهنده مايع نشوند.
6- آشكار ساز ( Detector )
در كروماتوگرافي از چندين نوع آشكار ساز استفاده مي شود كه در اينجا به دو نوع متداولتر اشاره مي شود.
4- آشكار ساز هدايت حرارتي ( Thermal Conductivity Detector ) يا T.C.D آشكار ساز هدايت حرارتي بر اين اساس است كه اجسام داغ حرارت خود را بستگي به عنصري كه آن را احاطه كرده است . ( به نسبت خاصيت هدايت حرارتي مربوطه ) از دست مي دهند.
بنا براين ميزان حرارت از دست رفته مي تواند معياري براي اندازه گيري عناصر گاز مورد نظر باشد. تشخيص دهنده حرارتي معمولا شامل چهار رشته فيلامان مارپيچي است كه درون جهار حفره داخل يك مكعب فلزي قرار داده و سر فيلامانها را بصورت پل وتستون به يكديگر متصل نموده اند.
از پل وتستون يك جريان ثابت عبور داده كه باعث گرم شدن فيلامانها مي گردد . گاز حامل بطور يكنواخت از روي فيلامانها عبور كرده باعث سرد شدن آنها مي شود.
لكن از آنجا كه اين سرد شدن روي Reference و Sample مساوي است در نتيجه هيچ نوع تغييري نيز در خروجي پل وتستون مشاهده نمي گردد.. به عبارت ديگر تا زمانيكه از قسمت Reference و Sample هر دو فقط گاز حامل عبور مي كند خروجي Detector صفر است ولي به مجرد اينكه در قسمت Sample نوع گاز عوض شود تعادل پل وتستون بهم خورده متناسب با نوع و مقدار عنصر مربوطه ولتازي ايجاد مي شود كه اين ولتاز در ثيت كننده ) Recorder ) به صورت منحني ثبت مي گردد.
5- Flame Ionization Detector ( F.I.D )
F.I.D بر اين اساس كه هدايت الكتريكي يك گاز مستقيما متناسب با غلظت ذرات باردار شده در همان گاز .در F.I.D گاز خروجي از ستون با هيدروژن و هوا مخلوط شده و مي سوزد يونها و الكترونهاي تشكيل شده بوسيله شعله وارد شكاف الكترود شده مقاومت شكاف را كمتر مي نمايند. كه در نتيجه امكان عبور جريان الكتريسيته از مدار فراهم مي گردد.
دستگاه ثبات ( recorder )
هر كروماتوگرافي نيازمند دستگاه ثباتي است كه بتواند سيگنالهاي خروجي را تشخيص دهنده را دريافت كرده بصورت منحني نمايش دهد. اندازه منحني هائي كه بايستي روي چارت ثبت شوند مي توان به كمك Attenuation كنترل نمود. سيستم Attenuation يك مقاومت متغير است كه مقادير آن به صورت تصاعد هندسي ضريب 2 افزايش مي يابد.
بنابراين عناصر مقدار كم را با Att.1 و به نسبت كه مقدار بيشتر مي شود از Att. بالاتر استفاده مي شود.
سرعت چارت نيز مهم است و پس از اينكه كروماتوگرافي براي محاسبه هر منحني كاليبره شد ديگر هيچ تغييري در سرعت چارت مجاز نيست.
محاسبه ( Calculation )
منحني هاي رسم شده روي دستگاه ثبات بايستي محاسبه شوند اين كار ممكن است بطرق مختلف انجام گيرد.
1- درصد مساحتي ( Area Percent )
2- در صورت اطمينان از اينكه تمام عناصر يك نمونه طي يك آناليز انجام شده باشد به روش زير عمل مي شود.
ابتدا مساحت هر منحني را به صورت " ارتفاع ضربدر عرض منحني در نيمه ارتفاع " محاسبه نموده (بر حسب ميلي متر مربع ) سپس هر مساحت را درصد ضرب كرده به مجموع مساحتها تقسيم مي كنيم كه نتيجه ميزان درصد هر عنصر خواهد بود.
6- استفاده از Calibration Factor يا Relative Factor
روش هاي دقيقتري نيز وجود دارد بدين معني كه براي هر عنصر فاكتور محاسبه شده اي وجود دارد كه در محاسبه بالا فاكتور مذكور نيز وارد محاسبه مي گردد.
انتخاب ستون كرو ماتوگرافي
همانطوريكه گفته شد ستون مهمترين قسمت دستگاه گاز كروماتوگرافي است دستگاههاي گازكروماتوگرافي با دتكتورهاي مشابه شبيه يكديگرند . تفاوت اصلي در نوع ستون استفاده شده و برنامه ريزي آنهاست. هر نمونه مورد آناليز را نمي توان به هر دستگاه تزريق و انتظار جواب آناليز داشت.
براي هر مجموعه عناصر مختلف از ستون با مشخصات خاص از نظر فاز مايع , تكيه گاه جامد , طول و قطر و ... مشخصي استفاده نمود. كه به جهت انتخاب ستون بايستي به كتابهاي مرجع كه در اين زمينه منتشر شده اند مراجعه و انتخاب كرد. در جدول ضميمه به تعدادي از مواد درون ستون هاي كروماتوگرافي و كاربرد آنها اشاره شده است.
روش ساختن ستون كروماتوگرافي
فرض کنيد نوع ستون مورد نياز Mesh 10*1/4 " s.s 5% carbonwax 20 M on chromosorb W ( 60-80)
اين اطلاعات بدين معني است كه طول ستون 10 فوت, قطر كالم 1.4 اينچ و جنس ستون استنلس استيل است. همچنين محتويات داخل ستون شامل 5% كاربوواكس و 20 ام روي كروموزورب W - سفيد با دانه بندي 60- 80 مش است.
چنانچه قرار باشد 100 گرم از مواد دروني ستون فوق ساخته شود بايستي 5 گرم از كربو واكس 20 ام در 200 ميلي ليتر حلال مناسب مانند كلروفرم يا متيلن كلريد ( طبق توصيه در جدول ضميمه ) درون يك بشر 500 ميلي ليتر حل نمود و با بهم زدن شيشه اي باندازه كافي بهم زد تا كاملا حل شود.
سپس 95 گرم از كروموسورب W ( سفيد ) روي محلول آماده شده فوق ريخته و به آرامي به كمك ميله شيشه اي آنقدر بهم زده شود تا اطمينان يافت كه تمام كروموسوربها بصورت يكنواخت با محلول آغشته شده اند سپس بشر ياد شد روي حرارت ملايم 50-70 درجه سانتي گراد ( حمام بن ماري ) قرار داده تا با بهم زدن تدريجي كليه حلال استفاده شده تبخير و كروموسورب خشك شود اكنون مواد درون ستون آماده است.
يك قطعه لوله استنلس استيل به قطر 1.4 اينچ و طول 10 فوت انتخاب كرده پس از اطممينان از تميز بودن درون آن يك سر انتهائي آن را به كمك پشم شيشه بسيار ضعيف ( مخصوص ) ببنديد و سر ديگر را به كمك يك قطعه لوله پلاستيكي .مناسب به يك قيف شيشه اي كوچك وصل كنيد. لوله را بصورت عمودي نگه داشته و بتدريج از مواد آماده شده ( داخل ستون ) را درون قيف بريزيد پس از هر بار ريختن به كمك يك قطعه تخته ( در حد يك خط كش ) به بدنه لوله ضربات مداوم بزنيد تا مواد كاملا به انتهاي لوله برسد . اينقدر اين كار ادامه داده تا اطمينان حاصل كنيد كه تمام لوله با مواد مورد نظر پر شده اند.
سپس قيف شيشه اي و ساير ضمائم را جدا كرده و ابتداي لوله نيز مجددا با پشم شيشه ظريف ببنديد. لوله را بصورت حلقه وار به گونه ايكه درون Oven كروماتوگرافي مورد نظر نصب شوند بپيچاند بوسيله اتصالات منا سب ستون را درون Oven نصب كنيد.
كانديشن كردن ستون:
ستون ساخته شده بايستي كانديشن شود يك سر ستون به قسمت Injector وصل كنيد ( سر ديگر ستون بصورت آزاد و جدا از قسمت Detector باشد. )
با توجه به شرايط كار مقدارجريان گاز حامل ( هليوم , ازت , آرگون و .. ) تنظيم كنيد.
اخطار : استفاده از جريان هيدروژن و ساير گازها ي قابل اشتعال در اين شرايط ممنوع است.
درجه حرارت Oven را تا 20 % كمتر از حداكثر مجاز درجه حرارت فاز مايع استفاده شده تنظيم كنيد ( در مورد مثال گفته شده تا 200 درجه سانتي گراد مجاز است .) ستون ساخته شده را به مدت 2 تا 4 ساعت با جريان گاز حامل مناسب و درجه حرارت گفته شده را حرارت دهيد . پس از سرد شدن انتهاي ستون را به قسمت Detector بسته و مطابق شرايط مورد نياز استفاده نمائيد.
تعريف
كروماتوگرافي تكنيكي است براي جداسازي تركيبات يك مخلوط شيميايي .جهت شناسايي يا اندازه گيري مقادير كمي تركيبات آن.
تاريخچه
كروماتوگرافي براي اولين بار در سال 1905 توسط Ramsey بكار گرفته شد كه بدين وسيله مخلوطهاي گازي و تبخيري را از يكديگر تفكيك مي نمود . در اولين تجربيات از انتخاب روش جذب سطحي ( Adsorption ) يا ( Desorption from ) و جامدات جاذب مانند Charcoal استفاده شد سال بعد Twseet توانست دسته هاي رنگي از گياهان رنگين را توسط يك ستون كروماتوگرافي از يكديگر جدا نمايد و نام كرو ماتوگرافي كه در واقع به معناي رنگ نويسي است توسط او ابداع گرديد هر چند اين نام امروزه با روش جريان الكتريكي بي معنا بنظر مي رسد.
سپس Martin وSynge به خاطر مطالعاتشان موفق به دريافت جايزه نوبل شدند. در سال 1952James وMartin روش Gas- Liquid Chromatography را مطرح ساختند كه حساسيت, سرعت, دقت و سادگي اين روش براي جدا كردن, مشخص كردن و تعيين عناصر تبخيري باعث رشد شگفت انگيزي در اين رشته گرديد. در حال حاضر متجاوز از صدها هزار جزوه و كتاب در مورد گاز كروماتوگرافي وجود دارد كه ساليانه چندين هزار جلد بدان افزوده مي شود .
تقسيم بندي كروماتوگرافي بر اساس فاز متحرك
الف: كروماتوگرافي مايع:
فاز متحرك مايع بوده واز حلالهايي با درصد خلوص خيلي بالا جهت انجام آن استفاده مي شود.
جهت فرستادن حلال به داخل ستون از پمپ استفاده مي شود.كروماتوگرافي مايع براي تركيبات با جرم مولكولي 80 تا 5000 استفاده مي شود.
ب: كروماتوگرافي گازي
فاز متحرك گاز بوده كه به آن گاز حامل نيز گفته مي شود عملكرد گاز حامل, انتقال نمونه از ميان ستون مي باشد كه معمولترين گازهاي حامل, گازهاي نيتروژن,.هيدروژن وهليوم ميباشند.
مهمترين مشخصه گاز حامل خلوص آن مي باشد. ناخالصي در آن باعث توليد Noise در Base line مي شودكه بر حساسيت تاثير ميگذارد و در نتيجه دقت كمي آناليز را به خطر مي اندازد.
نيتروژن بيشترين راندمان را در حجم بهينه و مناسب دارد و باعث ميشود كه تعداد سيني هاي تئوري بيشتري در طول ستون ايجاد شود ولي در سرعتهاي بالا از راندمان آن كاسته مي شود. هيدروژن و هليوم تعداد سيني هاي كمتري توليد مي كنند ولي راندمان بهينه آنها در سرعت بيشتري اتفاق مي افتد، بنابراين زمان آناليز (Run time) را كاهش ميدهد. هيدروژن بعلت خطرات احتمالي كمتر استفاده ميشود. در اين بين هليم نه خطري دارد ونه از راندمان آن در سرعتهاي بالا كاسته مي شود لذا بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرد.
شرايط بهينه سازي عمليات براي گاز حامل
در كروماتوگرافي گازي، فازهاي ثابت انواع مختلفي دارند كه با توجه به نوع فاز ساكن آنها را بدين ترتيب نامگذاري مي كنند،كه در قسمت ستونها بطور مفصل شرح فاز ساكن خواهد آمد.
· اگر فاز ثابت جامد باشد آنرا (G.S.C) Gas-Solid chromatography مي نامند.
· اگر فاز ثابت مايع باشد آنرا Gas-Liquid Chromatography مي نامند. در اين روش مايع بصورت قشر نازكي روي ماده اي جامد و بي اثر پخش مي كنند كه تفكيك نمونه بر اساس تقسيم به بخش هاي جزء(Partitioning) درون و بيرون اين قشر نازك مايع انجام مي گيرد.
در كروماتوگرافي گازي توزيع اجزا بين فاز متحرك (گاز) وفاز ساكن (مايع يا جامد) انجام مي شود.گاز حامل مخلوط نمونه را از ميان يك لوله باريك كه ستون ناميده مي شود جاروب كرده وهنگامي كه نمونه از ميان ستون عبور مي كند تركيبات از هم جدا مي شوند.
تركيبات جدا شده از ستون خارج شده ودر نهايت بصورت پيك ثبت مي شوند.
كروماتوگرافي گازي براي تركيبات تا جرم مولكولي 700 مناسب مي باشد، ولي شرط اصلي آنست كه نمونه بايد فراريت داشته باشد تا بتوان از كروماتوگرافي گازي جهت جداسازي استفاده كرد.
تفكيك نمونه ها و عموما گازها در برج تفكيك بستگي به خواص جذب مواد توسط عناصر پر شده در برج (Column) دارد مواد پر شده در اين نوع ستون Charcoal, Molecular Sieve, Silica Gel هستند.
گوناگوني فازهاي مايع كه تا حدود 400 درجه سانتي گراد حرارت تحمل مي كنند امكان استفاده از بيشترين انواع و انتخاب گاز كروماتوگرافي (G.L.C) را بدست مي دهد كه بدين وسيله مي توان انواع گازها, مايعات و حتي جامدات را آناليز نمود.
مهارتهاي G.C بر حسب انواع آناليز
1- آناليز كمي: سطح زير پيك كروماتوگرامها متناسب با مقدار ماده موجود است.
2- آناليز كيفي: پيكها بر اساس زمان ابقا (Retention time) يعني زماني كه طول مي كشد يك تركيب از درون ستون عبور كند تا شناسايي شود.
زمان ابقا Retention time
فاصله زماني از هنگام تزريق نمونه تا قله پيك را زمان ابقا گويند، و با Tr نشان ميدهند.
جرئي از نمونه كه هيچ Interaction با فاز ساكن نداشته با سرعت گاز حامل از ستون خارج مي شود كه بهUn retain component موسوم است و مدت زمان لازم براي خروج اين جزء را Hold up time گويند.
زمان ابقا (Retention time) تاثير بسيار زيادي روي تفكيك پذيري دارد و با افزايش آن تفكيك پذيري بهتر مي شود.
K=Tr-T0/T0
Tr=total retention time
T0=retention time for un retain component
عوامل مؤثر بر زمان ابقا (Retention time)
1-سرعت گاز حامل
2-ثابت توزيع Kc
غلظت در فاز متحرك/ غلظت در فاز ساكن=Kc
اگر >0 Kc باشد، گفته مي شود كه ستون قابليت نگه داشتن نمونه در ستون را دارد. Kc با دما تغيير مي كند در نتيجه بوسيله دما مي توان Retention time را كنترل كرد.
تفكيك پذيري انتخابي Selectivity
فاصله بين پيكها بوسيله فاكتور a كه به فاكتور جدا سازي معروف است توضيح داده مي شود.
a بوسيله انتخاب فاز ساكن صحيح و دماي ستون بهينه سازي مي شود.
K2/k1= a
Tr2-T0/Tr1-T0= a
تفكيك Resolution (Rs )
Rs عبارتي است براي توضيح اينكه تركيبات چگونه از هم جدا مي شوند. وقتي Rs بيش از حد كوچك است كميت و كيفيت به خطر مي افتد.
معادله Resolution :اين معادله نشان مي دهد كه چگونه Resolution بر پارامترهاي عمليات تاثير ميگذارد.
Rs = 1/4 Ö Nth (a-1)/a .K/(K+1)
Tr2-Tr1/0.85(W1/2(1) +W1/2(2)) Rs =
Nth=16(Tr/W) ^2
Nth=5.545(Tr/W1/2) ^2
راندمان و عوامل مؤثر بر آن
1-تعداد سيني هاي تئوري Nth
2-ارتفاع سيني H H=L/Nth
ماكزيمم راندمان زماني اتفاق مي افتد كه Nth در ماكزيمم و H در مينيمم مقدار خود باشد.
3-سرعت جريان گاز حامل
4-ضخامت لايه فاز ساكن
مشخصات فاز ساكن
1- انتخاب پذيري Selectivity
بر اساس خواص شيميايي و فيزيكي با نگه داشتن تركيبات در زمانهاي متفاوت باعث جدا سازي انتخابي مي گردند.
2- تعادل سريع Rapid equilibrium
تركيبات بايد خيلي سريع به تعادل بين فاز ساكن و متحرك برسند.
3- پايداري و استقرار Stability
فاز ساكن نبايد فرار باشد و در محدوده دمايي بالايي خواص خود را حفظ كند.
تمام فاز هاي ساكن مايع يك حد بالاي دمايي دارند كه بالاتر از آن سيگنال و noise مربوط به base line افزايش مي يابد .بعلت bleed ستون يعني از دست رفتن فاز ساكن از درون ستون.
ستونها Columns
1-ستونهاي موئين Capillary Column
اين ستونها عملكرد بالايي دارند.
از جنس لوله هاي سيليس جوش خورده fused silica با قطر داخلي با قطر داخلي متفاوت تشكيل شده اند.
فاز ساكن از يك لايه نازك روي جدار داخلي پوشيده شده است.
2- ستونهاي پر شده Packed Column
اين ستونها مقادير بيشتري نمونه را ميتوانند جدا سازي كنند.
طول آنها بين 1-5 متر و قطر داخلي آنها بين 2-5 ميليمتر مي باشد.
از جنس لوله هاي شيشه اي يه فلزي وپر شده با يك سطح تماس بالا و متخلخل كه با فاز مايع پوشيده شده است.
چون در مورد ستونهاي مويين فقط قسمت كمي از نمونه وارد ستون مي شود ودر مورد ستونهاي پر شده تمام نمونه وارد ستون مي شود در نتيجه ستونهاي پر شده حساسيت بيشتري نسبت به ستونهاي مويين دارند.ولي ما بيشتر از ستونهاي مويين استفاده مي كنيم چون جدا سازي بهتري نسبت به ستونهاي مويين دارند.همچنين در مورد ستونهاي پر شده از flow كمتري مي توان استفاده كرد.
انواع مختلف ستونهاي مويين بر اساس موارد ذيل
1-قطر داخلي
الف- Narrow bore كه قطر داخلي آنها بين 0.15-0.25 مي باشد.
ب- Medium bore كه قطر داخلي آنها 0.32 مي باشد.
ج- Wide bore كه قطر داخلي آنها 0.50 مي باشد.
2-طول
اين ستونها در طولهاي مختلفي ساخته مي شوند.
3- نوع فاز ساكن
الف- WCOT (Wall coated open tubular) فاز ساكن مايع و f = 0.1 – 5
ب- PLOT (Porous layer open tubular ) فاز ساكن جامد و f =5 – 50
ج- SCOT (Solid support coated open tubular ) فاز ساكن مايع
فاز ساكن مايع
1- غير قطبي Chemically bonded
2- نيمه قطبي Cross linked
3- قطبي Not bonded
فاز ساكن جامد
1- غربال مولكولي Molecular sieve
2- جاذب هاي غير آلي مانند آلومينا Al2O3
3- پليمر هاي متخلخل
4- ضخامت فيلم فاز ساكن
5-جنس و ماده استفاده شده در ستون
الف- Fused Silica
اين مواد خنثي و بي اثرند و انعطاف پذيرند و در مقابل حرارت كمتر از 375 درجه سانتيگراد مقاومند.
ب- Ultimetal (Stainless steal )
اين مواد از نظر مكانيكي مقاومند و براي دماهاي بالا تا 450 درجه سانتيگراد استفاده دارند. خنثي و بي اثرندو خيلي زود و سريع گرم مي شوند.
معيارهاي فاز ساكن
1- قابليت انحلال براي تركيبات نمونه
2- ضريب تفكيك متفاوت
3- از لحاظ شيميايي بسيار خالص و بي تاثير بر مواد ديگر
4- پايدار در برابر حرارت
5- فشار بخار بسيار پايين
6-داراي پيوند شيميايي Chemically bonded
مزاياي ستونهاي Chemically bonded
طول عمر ستون زياد مي شود
مناسب براي مايعات
مناسب جهت بي اثر بودن ديواره ستون
امكان تهيه ستونهاي با فيلمهاي ضخيمThick film
علت Column bleeding
الف- تبخير فاز ساكن
ب- متلاشي شدن (تجزيه شدن )تركيبات
ج- باقي ماندن نمونه درون ستون
عوامل موثر در Column bleeding
الف- نوع فاز ساكن
ب- مقدار ضخامت film thickness
ج- دما
د- جريان گاز
ه- نوع دتكتور
دستگاه گاز كرو ماتوگرافي
اجزاي عمده دستگاه گاز كرواتوگرافي عبارتند از :
1- سيلندر گاز حامل
2- كنترل كننده فشار و جريان گاز
3- قسمت تزريق نمونه Injector
4- ستون تفكيك Column
5- تشخيص دهنده يا آشكار ساز Detector
6- دستگاه ثبات Recorder
7- سيستم حرارتي جهت اقلام 3و4و5
تكنيكهاي تزريق براي كروماتوگرافي گازي
1- تزريق مستقيم Direct injection
2- تزريق تقسيمي Split injection
3- تزريق تقسيمي كمتر Split less injection
4- تزريق درون ستوني On column injection
1- تزريق مستقيم : اين نوع تزريق فقط براي ستونهاي Wide bore قابل استفاده مي باشد. بوسيله سرنگ در injector داغ تزريق انجام مي شود وتمام نمونه وارد وارد ستون مي شود.
نمونه هاي مايع در دماهاي 250 درجه كه حدود دماي injector مي باشد حجم زيادي پيدا مي كنند .بطور مثال يك ميكرو ليتر پنتان به 300 ميكروليتر و يك ميكروليتر آب به 1500 ميكروليتر تبديل مي شود اين افزايش حجم در اثر تزريق زياد نمونه در داخل Liner هاي Injector توليد Over load مي كند.و بنابراين هنگام تزريق فشار و Flow تغيير مي كند كه بعلت انبساط نمونه مي باشد كه توليد فشار مختصري را مي نمايد اين فشار باعث تغيير در فلو ورودي به ستون مي گردد. براي به حد اقل رساندن اين پديده از تزريق كم نمونه و حلالهاي با ضريب انبساط كم بايد استفاده كرد.
2- تزريق Split injection : اين نوع تزريق براي تمام انواع ستونها و در هر شرايطي قابل استفاده مي باشد.
در اين نوع تزريق فقط بخش كوچكي از نمونه وارد ستون مي شود و جريان Split حجم Injector را سريع تخليه مي كند.
Split ratio=Split Flow/Column Flow
وقتي Split ratio 40 باشد يعني اينكه نمونه تزريق شده به injector به 40 قسمت تقسيم مي شود و يك قسمت از آن وارد ستون مي شود و 39 قسمت از آن خارج مي شود.
هر چه Split ratio را بيشتر كنيم نمونه كمتري وارد ستون مي شود.
خصوصيات Split injection
- به حد اقل رساندن آلودگي ستون.
- پروفيل flow يكنواخت است.
- براي آناليز نمونه هاي بسيار Trace (<50ppm name="OLE_LINK2">مرحله پخش Propagate
4- مرحله انتشار Emit
تكنيك
در G.L.C عناصري كه بايستي تفكيك شوند بوسيله گاز بي اثر ( گاز حامل ) به داخل برج تفكيك رانده مي شود .
نمونه مخلوط بين گاز حامل و حلالي غير فرار ( Stationary Phase ) كه روي ذرات جامدي آغشته شده اند به بخش هاي جزء تقسيم مي شوند ( Partitioned ) . حلال در حركت عناصر نمونه ( بستگي به ضريب قدرت پخش آنها ) تاخير ايجاد مي كند تا زمانيكه آنها بصورت دسته مجزائي در گاز حامل قرار گيرند. اين عناصر تفكيك شده بوسيله جريان گاز حامل از ستون خارج و وارد تشخيص دهنده توسط دستگاه ثبات به شكل منحني هائي تابع از زمان ثبت مي شوند.
مزاياي تفكيك با استفاده از گاز حامل :
1- ستون بصورت دائم توسط عبور جريان گاز حامل احياء مي شود.
2- معمولا عناصر نمونه كاملا از يكديگر جداشده و فقط با گاز حامل مخلوط شده امكان جمع آوري و اندازه گيري كمي را آسان مي سازد.
3- آناليز در زمان كوتاهي انجام مي گيرد.
از موارد نقص اين روش اين است كه بعضي از عناصر سنگين به كندي حر كت مي كنند يا اصلا حر كت نمي كنند كه اين مشكل را مي توان بوسيله حرارت دادن ستون برطرف كرده و سرعت حركت آنها را افزايش داد.
سيستم Temperature Programming نيز روشي است كه در چنين مواردي بكار گرفته مي شود.
نتايج
با توجه به شكل 1-2 نكات زير را دز نظر مي گيريم.
1- سرعت عمل
تمام آناليز در مدت 23 دقيقه انجام گرفته است.استفاده از گاز به عنوان فاز متحرك برتري سرعت تعادل بين فاز متحرك و فاز ثابت ايجاد مي كندو امكان استفاده از سرعتهاي مختلف به خوبي ميسر است.
در سيستم G.L.C واحد زمان دقيقه است گرچه ممكن است تفكيك بعضي از كمپلكس ها ساعتها طول بكشد.
2- قدرت تجزيه
تفكيك C18 , C18:1 , C18:2 بوسيله روشهاي ديگر مشكل و يا غيير ممكن است چون اختلاف نقطه جوش آنها بسيار ناچيزاست.
3 – تجزيه كيفي
زمان بازداري ( Retention time ) مدت زمان از لحظه تزريق نمونه است تا اوج منحني مربوط كه به خصوصيت نمونه و فاز مايع در درجه حرارت داده شده بستگي دارد . با جريان گاز صحيح و درجه حرارت كنترل شده مي توان اين زمان را براي عنصر مشخص تا دقت 1% نگهداشت.
عناصر مختلف مي توانند زمان تاخيري مشابه يا نزديك بهم داشته باشند ولي هر عنصر فقط مي توانند يك زمان بازداري داشته باشند . اين زمان نمي تواند توسط وجود عناصر ديگر تحت تاثير قرارگيرد.
4 – تجزيه كمي
مساحت ايجاد شده توسط هر منحني متناسب است با غلظت عنصر مربوط به همان منحني كه اين وسيله اي است براي اندازه گيري دقيق هر عنصر . در شكل 1-2 مساحتهاي 26.7% و 33% و 30.3% مقاديزي است كه توسط Disc Integrator بدست آمده و مقدار واقعي هر عنصر به ترتيب 36.4% و 33.2% و30.4% بوده است.
دقت در اندازه گيري توسط كروماتوگرافي به تكنيك بكار گرفته شده بستگي دارد. در هر حال براي عناصر اصلي يك نمونه دقت 1 تا 2% كافي به نظر مي رسد.
- 5 حساسيت
دليل اصلي براي كاربرد وسيع تجزيه به روش كروماتوگرافي وجود حساسيت اين روش است .
ساده ترين روش كروماتوگرافي استفاده از Thermal Conductivity Detector است كه تا مقدار 0.01 % ( (100 ppm مي توان اندازه گيري كرد.
از Flame Ionization Detector تا ميزان 1 ppm
از Electron Capture and phosphorus detector تا حد 1ppm و 1 Pico مي توان اندازه گيري كرد.
از ديگر مزاياي اين روش لزوم مقدار كم نمونه جهت آناليز است كه معمولا حدود 10 ميكرو ليتر است.
6 – سادگي
درك گازكروماتوگرافي و كار كردن با آن ساده است و تفسير اطلاعات ( Data ) بدست آمده معمولا سريع و روشن است.
قيمت گازكروماتوگرافي ها نسبت به كارائي آنها و با مقايسه با ساير سيستمهاي آناليز كننده بسيار ارزان است.
بخش دوم – سيستم كروماتوگرافي
الف- گاز حامل ( Carrier Gas )
يك سيلندر گاز با فشار زياد منبع گاز حامل محسوب مي شود. اين گاز تحت فشار و جريان كنترل شده سيستم كروماتوگرافي را در تمام مدت آناليز تغذيه مي نمايد. در درجه حرارت كنترل شده اين جريان يكنواخت , عناصر مختلف نمونه تزريق شده به ستون را در زمان معيني خارج مي نمايد.
.
از آنجا كه جريان ثابت است هر عنصر از لحظه تزريق تا لحظه خروج از ستون( (Retention Time نياز به حجم معيني از گاز حامل دارد.
عمده گاز هائي كه در كروماتوگافي به عنوان گاز حامل مصرف مي شوند عبارتند از :
Hydrogen, Helium, Nitrogen
بطور كلي در انتخاب گاز حامل بايستي به نكات زير توجه كرد :
1- نسبت به نمونه و حلال بي اثر باشد.
2- قادر باشد ميزان نفوذ گازهاي نمونه را بدرون Packing به حداقل رساند.
3- سهولت در تهيه و خالص بودن .
4- ارزان بودن.
5- مناسب با تشخيص دهنده Detector مورد استفاده باشد.
ب- تزريق نمونه ( Sample Injection )
براي تزريق نمونه به كروماتوگرافي معمولا از وسايلي استفاده مي شود كه در سر راه ورودي گاز حامل به ستون تعبيه شده اند. اين وسايل ممكن است Injection Port باشد كه نمونه توسط سرنگ به داخل قسمت لاستيكي آن تزريق مي شود. شكل 1-2 Gas Sampling Valve باشد كه استفاده از اين وسيله متداولتر و ساده تر است.
ميزان تزريق نمونه به حجم ستون بستگي دارد و طبيعي است كه هر چه حجم ستون كمتر باشد مقدار نمونه تزريقي نيز بايستي كمتر باشد در مورد سيستم مورد استفاده ما اين مقدار براي گازها بين 0.1 تا سي سي و براي مايعات از 5 تا 20 ميكرو ليتر است.
ستون ( Column )
1- تعريف
ستون قلب كروماتوگرافي است. عمل تفكيك عناصر يك نمونه در ستون انجام مي گيرد. نتيجتا موفقيت يا شكست در تفكيك عناصر به مقدار زياد در انتخاب صحيح ستون بستگي دارد.
در G.L.C هم از ستونهاي پر شده استفاده مي شود و هم از ستونهاي موئين. ستونهاي موئين لوله هاي خالي هستند با قطر بسيار كم كه ديواره داخلي آنها با مايع مخصوصي پوشيده اند.
ستونهاي پرشده شامل ذرات جامدي است كه سطح خارجي آنها با مايع بخصوص و غير فراري آغشته اند.
لوله هاي مخصوص ساختن ستون ممكن است از جنس شيشه و Stainless steel يا پلاستيك باشند كه معمولا به شكل مارپيچ در آورده در قسمت Oven كروماتوگرافي نصب مي نمايند.
عوامل موثر براي بهتر تفكيك كردن عناصر يك نمونه در ستون عبارتند از :
تكيه گاه جامد ( Solid Support ) نوع و مقدار فاز مايع روش پر كردن ستون طول و قطر آن و درجه حرارت آن در Oven مي باشد.
قطر ستونها معمولا بين 1.5 تا 6 ميلي متر و طول آنها بين 1 تا 10 متر است. ( Packed Column ) طبيعي است كه هر چه طول ستون زيادتر باشد قدرت تفكيك عناصر آن زيادتر خواهد شد.
در G.L.C مواد پر شده درون ستون شامل فاز مايع ( Liquid Phase) و تكيه گاه جامد ( Solid Support ) است كه در زير به هر دو اشاره مي شود.
2- فاز مايع ( Liquid Phase )
فاز مايع همان مايعي است كه بايستي بصورت قشر نازكي روي تكيه گاه جامد قرار گيرد.
بيان روش كلي برا ي انتخاب نوع صحيح فاز مايع خالي از اشكال نيست بهترين انتخاب از طريق تجربه بدست آمده است هر چند دسترسي به اين تجربيات از طريق مراجعه به جزوات و مقالات مربوطه بخوبي ميسر است . جدول ضميمه نمونه اي از اين تجربيات است.
خصوصيت فاز مايع به شرح زير است .
1- حلال خوبي براي عناصر نمونه باشد. ( اگر حلاليت كم باشد عناصر نمونه به سر عت از ستون خارج مي شوند.)
2- حلاليت آن براي عناصر متفاوت باشد.
3- غير فرار باشد.
4- در برابر حرارت Oven پايدار باشد.
5- از نظر شيميائي با هيچ نوع از عناصر نمونه ميل تركيبي نداشته باشد.
تكيه گاه جامد ( Solid Support )
منظور از تكيه گاه جامد فاز جامدي است كه بايستي فاز مايع روي آن آغشته شوند.
عمده خصوصيت تكيه گاه جامد به شرح زير است
1- سطح جانبي زياد از 1 تا 20 متر مربع بر گرم.
2- ساختمان منفذي با قطر ( منفذ ) يكنواخت و كمتر از 10 ميكرون.
3- نداشتي ميل تر كيبي با عناصر تحت تماس.
4- شكل و انداز ه يكنواخت.
5- دارا بودن مقاومت مكانيكي مناسب ( مقاوم در برابر تصادفات در موقع پر كردن ستون از نظر شكستن و خرد شدن. )
د- درجه حرارت ( Temperature )
محل تزريق نمونه , ستون و تشخيص دهنده از قسمتهاي مهم و حساس كروماتوگرافي هستند كه كنترل درجه حرارت اين قسمتها بسيار با اهميت است لذا سيستمي كه بتواند حرارت قسمتهاي فوق را به دقت كنترل نمايد كاملا ضروري است.
از نظر اهميت حرارت محل تزريق بايستي به حدي باشد كه كليه عناصر نمونه تزريقي بصورت بخار در آيند.
درجه حرارت ستون بايستي به نحوي تنظيم شود تا آناليز در مدت زمان مناسبي انجام مي گيرد و از طرف ديگر به حدي پائين باشد تا عناصر با يكديگر تداخل ننمايند . درجه حرارت تشخيص دهنده نيز بايستي چنان باشد تا گازهاي خروجي از ستون در تشخيص دهنده مايع نشوند.
6- آشكار ساز ( Detector )
در كروماتوگرافي از چندين نوع آشكار ساز استفاده مي شود كه در اينجا به دو نوع متداولتر اشاره مي شود.
4- آشكار ساز هدايت حرارتي ( Thermal Conductivity Detector ) يا T.C.D آشكار ساز هدايت حرارتي بر اين اساس است كه اجسام داغ حرارت خود را بستگي به عنصري كه آن را احاطه كرده است . ( به نسبت خاصيت هدايت حرارتي مربوطه ) از دست مي دهند.
بنا براين ميزان حرارت از دست رفته مي تواند معياري براي اندازه گيري عناصر گاز مورد نظر باشد. تشخيص دهنده حرارتي معمولا شامل چهار رشته فيلامان مارپيچي است كه درون جهار حفره داخل يك مكعب فلزي قرار داده و سر فيلامانها را بصورت پل وتستون به يكديگر متصل نموده اند.
از پل وتستون يك جريان ثابت عبور داده كه باعث گرم شدن فيلامانها مي گردد . گاز حامل بطور يكنواخت از روي فيلامانها عبور كرده باعث سرد شدن آنها مي شود.
لكن از آنجا كه اين سرد شدن روي Reference و Sample مساوي است در نتيجه هيچ نوع تغييري نيز در خروجي پل وتستون مشاهده نمي گردد.. به عبارت ديگر تا زمانيكه از قسمت Reference و Sample هر دو فقط گاز حامل عبور مي كند خروجي Detector صفر است ولي به مجرد اينكه در قسمت Sample نوع گاز عوض شود تعادل پل وتستون بهم خورده متناسب با نوع و مقدار عنصر مربوطه ولتازي ايجاد مي شود كه اين ولتاز در ثيت كننده ) Recorder ) به صورت منحني ثبت مي گردد.
5- Flame Ionization Detector ( F.I.D )
F.I.D بر اين اساس كه هدايت الكتريكي يك گاز مستقيما متناسب با غلظت ذرات باردار شده در همان گاز .در F.I.D گاز خروجي از ستون با هيدروژن و هوا مخلوط شده و مي سوزد يونها و الكترونهاي تشكيل شده بوسيله شعله وارد شكاف الكترود شده مقاومت شكاف را كمتر مي نمايند. كه در نتيجه امكان عبور جريان الكتريسيته از مدار فراهم مي گردد.
دستگاه ثبات ( recorder )
هر كروماتوگرافي نيازمند دستگاه ثباتي است كه بتواند سيگنالهاي خروجي را تشخيص دهنده را دريافت كرده بصورت منحني نمايش دهد. اندازه منحني هائي كه بايستي روي چارت ثبت شوند مي توان به كمك Attenuation كنترل نمود. سيستم Attenuation يك مقاومت متغير است كه مقادير آن به صورت تصاعد هندسي ضريب 2 افزايش مي يابد.
بنابراين عناصر مقدار كم را با Att.1 و به نسبت كه مقدار بيشتر مي شود از Att. بالاتر استفاده مي شود.
سرعت چارت نيز مهم است و پس از اينكه كروماتوگرافي براي محاسبه هر منحني كاليبره شد ديگر هيچ تغييري در سرعت چارت مجاز نيست.
محاسبه ( Calculation )
منحني هاي رسم شده روي دستگاه ثبات بايستي محاسبه شوند اين كار ممكن است بطرق مختلف انجام گيرد.
1- درصد مساحتي ( Area Percent )
2- در صورت اطمينان از اينكه تمام عناصر يك نمونه طي يك آناليز انجام شده باشد به روش زير عمل مي شود.
ابتدا مساحت هر منحني را به صورت " ارتفاع ضربدر عرض منحني در نيمه ارتفاع " محاسبه نموده (بر حسب ميلي متر مربع ) سپس هر مساحت را درصد ضرب كرده به مجموع مساحتها تقسيم مي كنيم كه نتيجه ميزان درصد هر عنصر خواهد بود.
6- استفاده از Calibration Factor يا Relative Factor
روش هاي دقيقتري نيز وجود دارد بدين معني كه براي هر عنصر فاكتور محاسبه شده اي وجود دارد كه در محاسبه بالا فاكتور مذكور نيز وارد محاسبه مي گردد.
انتخاب ستون كرو ماتوگرافي
همانطوريكه گفته شد ستون مهمترين قسمت دستگاه گاز كروماتوگرافي است دستگاههاي گازكروماتوگرافي با دتكتورهاي مشابه شبيه يكديگرند . تفاوت اصلي در نوع ستون استفاده شده و برنامه ريزي آنهاست. هر نمونه مورد آناليز را نمي توان به هر دستگاه تزريق و انتظار جواب آناليز داشت.
براي هر مجموعه عناصر مختلف از ستون با مشخصات خاص از نظر فاز مايع , تكيه گاه جامد , طول و قطر و ... مشخصي استفاده نمود. كه به جهت انتخاب ستون بايستي به كتابهاي مرجع كه در اين زمينه منتشر شده اند مراجعه و انتخاب كرد. در جدول ضميمه به تعدادي از مواد درون ستون هاي كروماتوگرافي و كاربرد آنها اشاره شده است.
روش ساختن ستون كروماتوگرافي
فرض کنيد نوع ستون مورد نياز Mesh 10*1/4 " s.s 5% carbonwax 20 M on chromosorb W ( 60-80)
اين اطلاعات بدين معني است كه طول ستون 10 فوت, قطر كالم 1.4 اينچ و جنس ستون استنلس استيل است. همچنين محتويات داخل ستون شامل 5% كاربوواكس و 20 ام روي كروموزورب W - سفيد با دانه بندي 60- 80 مش است.
چنانچه قرار باشد 100 گرم از مواد دروني ستون فوق ساخته شود بايستي 5 گرم از كربو واكس 20 ام در 200 ميلي ليتر حلال مناسب مانند كلروفرم يا متيلن كلريد ( طبق توصيه در جدول ضميمه ) درون يك بشر 500 ميلي ليتر حل نمود و با بهم زدن شيشه اي باندازه كافي بهم زد تا كاملا حل شود.
سپس 95 گرم از كروموسورب W ( سفيد ) روي محلول آماده شده فوق ريخته و به آرامي به كمك ميله شيشه اي آنقدر بهم زده شود تا اطمينان يافت كه تمام كروموسوربها بصورت يكنواخت با محلول آغشته شده اند سپس بشر ياد شد روي حرارت ملايم 50-70 درجه سانتي گراد ( حمام بن ماري ) قرار داده تا با بهم زدن تدريجي كليه حلال استفاده شده تبخير و كروموسورب خشك شود اكنون مواد درون ستون آماده است.
يك قطعه لوله استنلس استيل به قطر 1.4 اينچ و طول 10 فوت انتخاب كرده پس از اطممينان از تميز بودن درون آن يك سر انتهائي آن را به كمك پشم شيشه بسيار ضعيف ( مخصوص ) ببنديد و سر ديگر را به كمك يك قطعه لوله پلاستيكي .مناسب به يك قيف شيشه اي كوچك وصل كنيد. لوله را بصورت عمودي نگه داشته و بتدريج از مواد آماده شده ( داخل ستون ) را درون قيف بريزيد پس از هر بار ريختن به كمك يك قطعه تخته ( در حد يك خط كش ) به بدنه لوله ضربات مداوم بزنيد تا مواد كاملا به انتهاي لوله برسد . اينقدر اين كار ادامه داده تا اطمينان حاصل كنيد كه تمام لوله با مواد مورد نظر پر شده اند.
سپس قيف شيشه اي و ساير ضمائم را جدا كرده و ابتداي لوله نيز مجددا با پشم شيشه ظريف ببنديد. لوله را بصورت حلقه وار به گونه ايكه درون Oven كروماتوگرافي مورد نظر نصب شوند بپيچاند بوسيله اتصالات منا سب ستون را درون Oven نصب كنيد.
كانديشن كردن ستون:
ستون ساخته شده بايستي كانديشن شود يك سر ستون به قسمت Injector وصل كنيد ( سر ديگر ستون بصورت آزاد و جدا از قسمت Detector باشد. )
با توجه به شرايط كار مقدارجريان گاز حامل ( هليوم , ازت , آرگون و .. ) تنظيم كنيد.
اخطار : استفاده از جريان هيدروژن و ساير گازها ي قابل اشتعال در اين شرايط ممنوع است.
درجه حرارت Oven را تا 20 % كمتر از حداكثر مجاز درجه حرارت فاز مايع استفاده شده تنظيم كنيد ( در مورد مثال گفته شده تا 200 درجه سانتي گراد مجاز است .) ستون ساخته شده را به مدت 2 تا 4 ساعت با جريان گاز حامل مناسب و درجه حرارت گفته شده را حرارت دهيد . پس از سرد شدن انتهاي ستون را به قسمت Detector بسته و مطابق شرايط مورد نياز استفاده نمائيد.
منو اصلی
آخرين مطالب
اندازه گیری مقدار نمک در میعانات گازی
تعیین فشاربخار(RVP) درمیعانات گازی
نقطه شبنم آ ب و هیدروکربن
كروماتوگرافي
تعیین فشاربخار(RVP) درمیعانات گازی
نقطه شبنم آ ب و هیدروکربن
كروماتوگرافي
بايگانی
لیست دوستان
امکانات
لینکها در صفحه جدید
با تشکر از همکارانم در آزمایشگاه گاز پارس جنوبی
کليه حقوق محفوظ است
<
>
<
>