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礦井氣氣相色譜分析法 氣相色譜分析常見問題解決方法

時間:2020-06-29    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
【導讀】礦井氣氣相色譜分析法 前言:近年煤礦瓦斯爆炸多有發(fā)生。利用氣相色譜監(jiān)測井下通風氣以成必須。但多年來,??礦井通風氣氣相色譜分析法,多為兩根色譜柱切換或兩次進樣。儀器使用較為復(fù)雜,儀器易出現(xiàn)使用問題。

礦井氣氣相色譜分析法
前言:近年煤礦瓦斯爆炸多有發(fā)生。利用氣相色譜監(jiān)測井下通風氣以成必須。但多年來,??礦井通風氣氣相色譜分析法,多為兩根色譜柱切換或兩次進樣。儀器使用較為復(fù)雜,儀器易出現(xiàn)使用問題。就單柱法還鮮為人知。?
一, 礦井氣形成
(1) 地質(zhì)運動作用生成的煤層中含有一定的CH4氣體。
(2) 煤在缺氧的狀態(tài)下,高溫高壓的地質(zhì)作用下,產(chǎn)生一定的干餾氣體。如CO,CO2,C2H2,C2H4,C2H6。痕量的(不檢測)H2,SO2,H2S。
(3) 礦井通風氣主要由大氣O2,N2組成。
二, 礦井氣的危險性
(1) 瓦斯氣(CH4)達到一定濃度時產(chǎn)生爆炸。
(2) CO氣使人員中毒。
(3) C2H2,C2H4,C2H6氣會使煤層自燃。
三, 礦井氣的監(jiān)測要求
國家要求監(jiān)測CH4,CO,CO2,C2H2,C2H4,C2H6,O2,N2。
四, 南京科捷氣相GC5890A的配置
FID,TCD,雙填充柱進樣器,平面六通進閥,柱后轉(zhuǎn)化爐。
分析原理及方法
在TCD上分析O2,N2。在FID上分析CO,CH4,CO2,C2H2,C2H4,C2H6。
由于FID對CO,CO2不響應(yīng)。所以要將CO,CO2在高溫下,在鎳觸酶催化下和H2反應(yīng)轉(zhuǎn)化成CH4。在FID上檢測。反應(yīng)式如下:
CO+3H2=CH4+H2O??CO2+4H2=CH4+2H2O
五,分析方法
柱溫作程序升溫
??進樣器40℃,F(xiàn)ID檢測器(及轉(zhuǎn)化爐)360℃。分析譜圖如下:
?圖1?FID的譜峰
?

圖2?TCD的,氧氣,氮氣色譜峰
六,總結(jié)
以上方法由于采用單柱分析方法。比兩次進樣或柱切換的方法更簡單,實用。儀器不易出問題。一次進樣完成分析O2,N2,CO,CH4,CO2,C2H2,C2H4,C2H6。其中C2H2的檢出線為0.2ppm?。CO檢出線為0.5ppm。在實際工作中應(yīng)用良好。


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    在實際工作中,當我們拿到一個樣品,我們該怎樣如何定性和定量,建立一套完整的分析方法是關(guān)鍵,下面介紹一些常規(guī)的步驟:

    1、樣品的來源和預(yù)處理方法

    GC能直接分析的樣品必須是氣體或液體,固體樣品在分析前應(yīng)當溶解在適當?shù)娜軇┲校疫€要保證樣品中不含GC不能分析的組分(如無機鹽),可能會損壞色譜柱的組分。這樣,我們在接到一個未知樣品時,就必須了解的來源,從而估計樣品可能含有的組分,以及樣品的沸點范圍。如能確認樣品可直接分析。如果樣品中有不能用GC直接分析的組分,或樣品濃度太低,就必須進行必要的預(yù)處理,包括采用一些預(yù)分離手段,如各種萃取技術(shù)、濃縮和稀釋方法、提純方法等。

    2、確定儀器配置

    所謂儀器配置就是用于分析樣品的方法采用什么進樣裝置、什么載氣、什么色譜柱以及什么檢測器。

    3、確定初始操作條件

    當樣品準備好,且儀器配置確定之后,就可開始進行嘗試性分離。這時要確定初始分離條件,主要包括進樣量、進樣口溫度、檢測器溫度、色譜柱溫度和載氣流速。進樣量要根據(jù)樣品濃度、色譜柱容量和檢測器靈敏度來確定。樣品濃度不超過mg/mL時填充柱的進樣量通常為1-5uL,而對于毛細管柱,若分流比為50:1時,進樣量一般不超過2uL。進樣口溫度主要由樣品的沸點范圍決定,還要考慮色譜柱的使用溫度。原則上講,進樣口溫度高一些有利,一般要接近樣品中沸點最高的組分的沸點,但要低于易分解溫度。

    4、分離條件優(yōu)化

    分離條件優(yōu)化目的就是要在最短的分析時間內(nèi)達到符合要求的分離結(jié)果。在改變柱溫和載氣流速也達不到基線分離的目的時,就應(yīng)更換更長的色譜柱,甚至更換不同固定相的色譜柱,因為在GC中,色譜柱是分離成敗的關(guān)鍵。

    5、定性鑒定

    所謂定性鑒定就是確定色譜峰的歸屬。對于簡單的樣品,可通過標準物質(zhì)對照來定性。就是在相同的色譜條件下,分別注射標準樣品和實際樣品,根據(jù)保留值即可確定色譜圖上哪個峰是要分析的組分。定性時必須注意,在同一色譜柱上,不同化合物可能有相同的保留值,所以,對未知樣品的定性僅僅用一個保留數(shù)據(jù)是不夠的,雙柱或多柱保留指數(shù)定性是GC中較為可靠的方法,因為不同的化合物在不同的色譜柱上具有相同保留值的幾率要小得多。

    6、定量分析

    要確定用什么定量方法來測定待測組分的含量。常用的色譜定量方法不外乎峰面積(峰高)百分比法、歸一化法、內(nèi)標法、外標法和標準加入法(又叫疊加法)。峰面積(峰高)百分比法比較簡單,但最不準確。只有樣品由同系物組成、或者只是為了粗略地定量時該法才是可選擇的。相比而言,內(nèi)標法的定量精度較高,因為它是用相對于標準物(叫內(nèi)標物)的響應(yīng)值來定量的,而內(nèi)標物要分別加到標準樣品和未知樣品中,這樣就可抵消由于操作條件(包括進樣量)的波動帶來的誤差。至于標準加入法,是在未知樣品中定量加入待測物的標準品,然后根據(jù)峰面積(或峰高)的增加量來進行定量計算。其樣品制備過程與內(nèi)標法類似但計算原理則完全是來自外標法。標準加入法定量精度應(yīng)該介于內(nèi)標法和外標法之間。

    7、方法的驗證

    所謂的方法驗證,就是要證明所開發(fā)方法的實用性和可靠性。實用性一般指所用儀器配置是否全部可作為商品購得,樣品處理方法是否簡單易操作,分析時間是否合理,分析成本是否可被同行接受等??煽啃詣t包括定量的線性范圍、檢測限、方法回收率、重復(fù)性、重現(xiàn)性和準確度等。





  在日常色譜定量分析中,出現(xiàn)色譜峰形異變或鬼峰,不但嚴重影響定量精度,甚至使分析工作無法進行。為此,本篇把峰形異變常見類型(15種)加以分析,并給出可能原因,供工作經(jīng)驗不足的色譜工作者參考。
 
  在此討論的峰形異變是指在色譜分析方法確定后,與曾經(jīng)記錄的已知色譜圖比較時,出現(xiàn)某些色譜峰形的偏離畸變或多余峰?;蛘哒f,對于一已經(jīng)設(shè)立好的色譜分析方法,由于不要求或出于無奈時有些峰分離不開、拖尾或峰形不對稱等并不影響方法的實施情況,不屬于上述因儀器故障、經(jīng)驗不足或操作失誤造成的峰形異變。否則需要重新審定或修改原來的分析方法。
 
  另外,還應(yīng)指出:由于無亂安裝使用沒有評價過的色譜柱可能出現(xiàn)的峰形拖尾,分離不好或峰形畸變,也不屬于討論內(nèi)容。顯然叫一個普通色譜分析工作者,在常規(guī)工作條件下去判斷色譜柱的優(yōu)劣,要求似乎高了一些。在懷疑峰形異變尋找可能原因、排除方法之前先做以下工作:
 
  仔細核查操作條件,與分析方法要求是否一致;
 
  和當初分析所存的標準色譜圖對照,判斷是否真出了問題;
 
  逐項仔細觀察儀器或設(shè)備工作狀態(tài),看有無操作失誤而引起的出峰失常。
 
  然后在依據(jù)以下15種異常峰形分析可能原因與排除方法。
 
  1.臺階峰:
 
  (1) TCD熱絲被樣品中所含鹵素、氧、硫等元素腐蝕;
 
  (2) 氣體流量突變?nèi)纾鹤⑸鋲|突然漏氣,氣路受阻等;
 
  (3) 記錄色譜峰裝置故障如:拉線松;
 
  2.負峰:
 
  (1) TCD用氮做載氣,由于待測組分在N2中濃度不同,熱傳導值呈現(xiàn)非線性而可能 出現(xiàn)負峰,有時可以通過改變載 氣流量或進樣量克服;
 
  (2) 操作ECD時進樣量過大而出負峰,這是由于工作原理由電子捕獲轉(zhuǎn)變?yōu)殡婋x檢測,此時靈敏度還會大大降低;
 
  (3) 操作FID,低電離效率的溶劑(如CS2)或雜質(zhì)出現(xiàn),使原基流較高的輸出基線減小而顯示為負峰;
 
  (4) 操作FID,在無極化電壓,樣品量較大可能出現(xiàn)負峰;
 
  (5) 操縱NPD、FPD時氣流比不合適,溶劑或某些組分會出現(xiàn)負峰;
 
  3."N" 或 “W”峰:
 
  (1) TCD操作,用N2作載氣由于熱傳導率非線性引起;
 
  (2) FID操作時,樣品溶劑電離效率低(如CS2),或氣流比欠佳時;
 
  (3) ECD操作時,由于檢測器被污染,溶劑峰或待測組分含量較高,或脈沖電源有毛病;
 
  4.舌頭峰(前延峰):
 
  (1) 汽化溫度偏低;
 
  (2) 載氣流量?。?br /> 
  (3) 進樣量大,汽化時間長;
 
  (4) 汽化室被污染,樣品有吸附效應(yīng);
 
  (5) 樣品在柱頭有冷凝或色譜柱被污染;
 
  (6) 進樣技術(shù)差(揮發(fā)性組分的進樣速度太慢);
 
  (7) 峰前出現(xiàn)了“鬼”峰。
 
  5.拖尾峰:
 
  (1) 色譜柱安裝不合格,樣品不能以“塞子”形進入色譜柱,柱與檢測器安裝的死體積太大;
 
  (2) 樣品未能注射入柱頭中(柱頭進樣方式);
 
  (3) 汽化管沒有安裝好或破損,樣品只能脫尾進入色譜柱;
 
  (4) 化室的溫度低或偏高;
 
  (5) 載氣流量偏低;
 
  (6) 進樣量大;
 
  (7) 載氣系統(tǒng)(如注射墊處)有漏氣;
 
  (8) 進樣器(汽化室),被樣品中高沸點雜質(zhì)或注射墊殘渣污染;
 
  (9) 色譜柱被污染至使被分析組分和高沸點污染物作用;
 
  (10) 補充氣未開或偏低;
 
  (11) 色譜柱溫度偏低或失效;
 
  (12) 甲烷化Ni催化劑失效;
 
  (13) 進樣技術(shù)差(如速度不合適);
 
  (14) 正好有干擾峰(鬼峰)出現(xiàn)(如誤用被污染的注射針);
 
  (15) 無極化電壓(FID),此時伴隨靈敏度偏低;
 
  (16) 樣品前處理有毛??;
 
  6.出峰后基線下移:
 
  (1) 樣品量大,特別是溶劑改變了工作狀態(tài);
 
  (2) FID被污染狀況發(fā)生改變,或氣流比發(fā)生變化;
 
  (3) 系統(tǒng)出現(xiàn)漏氣,或出現(xiàn)堵塞;
 
  (4) 色譜柱被污染;
 
  (5) 樣品處理不當,如:樣品中有些物質(zhì)和固定相發(fā)生作用;
 
  7.程序升溫時基流增加(漂移大),噪聲增加:
 
  (8) 色譜柱需重新老化或失效;
 
  (9) 新?lián)Q載氣純度欠佳;
 
  (10) 過濾器失效;
 
  (11) 樣品前處理不當,如:雜質(zhì)干擾物太多;
 
  (12) 靈敏度太高。
 
  (13) 數(shù)據(jù)處理裝置的判峰參數(shù)設(shè)置不合理。
 
  8.圓頂寬峰
 
  (17) 樣品量大起出了色譜柱容量;
 
  (18) 汽化溫度低;
 
  (19) 色譜柱沒按要求安裝;
 
  (20) 檢測器工作狀態(tài)不對,如載氣太小、沒開補充氣;
 
  (21) 數(shù)據(jù)處理裝置的判峰參數(shù)(半峰寬)設(shè)置偏大;
 
  9.平頂峰(未到滿量程):
 
  (1) 樣品量大,放大器量程高,衰減大,信號輸出飽和;
 
  (2) 檢測器已工作在飽和區(qū);
 
  (3) 數(shù)據(jù)處理輸入信號極性接錯,或零點失調(diào);
 
  10.基線出現(xiàn)波浪狀峰:
 
  (1) 高靈敏度操作儀器未穩(wěn)定之前;
 
  (2) 操作TCD、ECD時,柱箱或檢測器箱溫度周期變化;
 
  (3) 環(huán)境溫度對儀器控溫影響;
 
  (4) 電壓不穩(wěn),對柱溫控制精度影響;
 
  (5) 過溫保護設(shè)置低于控制溫度;
 
  (6) 壓力(流量)調(diào)節(jié)閥失調(diào),周期變化;
 
  11.原來能分開的峰分不開:
 
  (1)色譜柱安裝不合要求 ;
 
  (2)色譜柱被污染,需重新活化 ;
 
  (3) 色譜柱壽命已到,需更換;
 
  (3)新更換的氣源,純度不佳;
 
  (4) 濾器失效,重新老化或更換;
 
  (5) 色譜柱溫度和載氣流量需要微調(diào)優(yōu)化(色譜分析一般允許);
 
  (6) 檢測器工作狀態(tài)變化(如ECD漏氣、FID氣流比欠佳);
 
  (7) 汽化室被污染,注射墊漏氣;
 
  (8) 樣品處理不當,雜質(zhì)干擾物太多;
 
  (9) 樣技術(shù)太差;
 
  (10) 進樣量超出了色譜柱容量;
 
  (11) 數(shù)據(jù)處理的判峰參數(shù),半峰寬或斜率設(shè)置不合理;
 
  (12) 放大器量程或衰減設(shè)置失誤;
 
  12.直角峰
 
  (1) 儀器輸出負信號超出了數(shù)據(jù)處理的范圍;
 
  (2) 數(shù)據(jù)處理裝置零點未校正,或量程設(shè)置太大無法判斷基線位置;
 
  (3) 數(shù)據(jù)處理裝置輸入信號極性接反,零點設(shè)置不對;
 
  13.帶毛刺峰
 
  (1) 儀器工作不穩(wěn)定,噪聲大于要求;
 
  (2) 數(shù)據(jù)處理裝置的判峰參數(shù),半峰寬和斜率設(shè)置太小;
 
  (3) 極化電壓(FID)不穩(wěn);
 
  14.操作條件未變,原來能判別的峰不見了:
 
  (1) 色譜柱被污染或失效;
 
  (2) 氣路系統(tǒng)被污染(如氣源純度低,過濾器失效);
 
  (3) 注射墊漏氣;
 
  (4) 注射針密封性差;
 
  (5) 數(shù)據(jù)處理的判峰參數(shù),如:半峰寬和斜率設(shè)置偏大;
 
  (6) 進樣方法不對;
 
  15.“鬼峰”(怪峰,多余峰,記憶峰):
 
  (1) 上一次進樣的高沸點雜質(zhì)峰自然流出;
 
  (2) 載氣不純過濾器失效使低沸點的污染物冷凝在色譜柱頭,程序升溫時正常流出;
 
  (3) 注射墊未經(jīng)老化或無隔墊清洗而出的污染峰;
 
  (4) 汽化溫度太高或嚴重污染至使樣品某些組分分解;
 
  (5) 樣品某些組分與被污染固定相產(chǎn)生了作用;
 
  (6) 色譜柱溫度太高固定相分解;
 
  (7) 使用了被污染的注射針( 本身不合格,手摸或進過易污染的樣品);
 
  (8) 樣品予處理不完善或用錯溶劑;
 
  (9) 樣品中有空氣;
 
  (10) TCD、ECD等密封性差(漏氣);
 
  (11) 電源不穩(wěn),對控溫或放大器有不良影響
 
  (12) 色譜柱堵塞物使用不當,如玻璃棉未按要求進行處理;
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