177965. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés gázok összes szervesanyag tartalmának lángionizációs detektorral történő meghatározására
7 177965 8 pu: a szervesanyag parciális nyomása a diffúziós cellából távozó gázmintában (pascal) Amennyiben a membrán pórusmentes, tehát a szervesanyag azon csak diffúzióval juthat át, stacioner állapotban a hidrogénnel távozó szervesanyag-áram a membránon keresztül diffundáló szervesanyag-árammal azonos, amely arányos a membrán két oldalán mért parciális nyomások különbségével: JH ’ PH = K/pg—pH/ (2) ahol: K = kRT. Ebből A- P k = -------, ahol 1 A — a membrán felülete (cm2) 1 - a membrán vastagsága (cm) P — szervesanyag — membrán anyagpárral jellemző ún. permeációs koefficiens (mól • cm/s • cm2 • Pa) R = 8,31 x 106 cm3 • Pa (K • mól, az univerzális gázállandó és T = az abszolút hőmérséklet (K) A P permeációs koefficiens azt mutatja meg, hogy egységnyi felületű és vastagságú membránon a vizsgált szervesanyagból mekkora anyagmennyiség diffundál át időegység alatt, feltéve, hogy a membrán két oldalán mérhető szervesanyag parciális nyomások különbsége szintén egységnyi. A permeációs koefficiens függ a membrán és az áthatoló szerves molekulák anyagi minőségétől, valamint a hőmérséklettől. Az (1) és (2) egyenleteket felhasználva a szervesanyag hidrogénoldali parciális nyomása kifejezhető a gázmintában mért parciális nyomás függvényében: 1 + —+ — Jg kRT A (3) egyenletből kitűnik, hogy adott hőmérséklet és hidrogén térfogatáram esetén a szervesanyag hidrogénoldali parciális nyomása a gázminta áramlási sebességétől és a membrán permeációs koefficiensétől függ. Ha a membrán permeabilitása a gázmintában levő valamennyi szervesanyagra nagy ( —— ^ 1) és kRT a gázminta térfogatárama a hidrogén térfogatára-Jh mának 10-szeresét meghaladja, azaz — <0,1 a szervesanyagok hidrogénoldali parciális nyomása a gázmintában levő parciális nyomás 90%-ánál több, tehát a parciális nyomások a membrán két oldalán közel azonosak (ph » p|). Ahhoz, hogy a parciális nyomások kiegyenlítődése létrejöjjön és közel egyensúlyi helyzet alakuljon ki, fontos, hogy a vivőgáz áramlási sebessége ne legyen túl nagy. Ezért a találmány szerint a vivőgázt legfeljebb 25 cm3/perc sebességgel áramoltatjuk. A vivőgáz áramlási sebességének korlátozása azzal az előnnyel is jár, hogy a detektorban a jel/zaj arányt kedvezően lehet kialakítani, minthogy a lángionizációs detektorokban kedvezőtlen hatást eredményez, ha túlságosan nagymennyiségű hidrogén van jelen. Ennél a foganatosítási módnál a szénhidrogének aránya a hidrogénben azonos a gázmintában meglevő eredeti aránnyal, ezért különösen alkalmas különböző gázokban 1 tf%-nál kisebb összkoncentrációban jelenlevő sokféle szervesanyag együttes mennyiségének meghatározására, pl. gépkocsi, kipufogógázainak vizsgálatára. A találmány szerinti eljárás megvilágítására a továbbiakban példát mutatunk be. Levegő normál-hexán tartalmát kívánjuk meghatározni. Kalibrációhoz n-hexánra nézve 100 ppm (v/v) koncentrációjú (azaz 0,01 tf %-os) n-hexán-nitrogén keveréket használunk. A gázminta szívási sebessége legyen 500 cm3 percenként: Jg = 500 cm3/min. A hidrogén vivőgáz áramlási sebessége Jh = 25 cm3/min. Membránként 2 cm2 felületű 0,2 /um vastagságú dimetil-szilikon hártyát alkalmazunk. A hőmérséklet T = 300 K az össznyomás pö = 101325 P. Irodalmi adatok: Dimetil-szilikon gumi permeációs koefficiense mól cm n-hexánra (1) p = 2 • 1014 Ï ZT“ v r s • cm2 • Pa A lángionizációs detektor hatásfoka (2): = 0,1 C/mól (Egy mólnyi szén 0,1 coulomb töltést hoz létre a lángdetektorban. Ez átlagos adat, amely függ a detektor konstrukciójától és működési körülményeitől is.) A parciális nyomás és a térfogatkoncentrációjú egymássá arányos (az arányossági tényező az össznyomás, amelyről feltételezzük, hogy a membrán két oldáán közelítőleg azonos), így a (3) összefüggést pö-vel beszorozva, a levegőben mérhető C| és a hidrogénben mérhető Ch koncentrációkra az áábbi relációt kapjuk: 1 + — + —— Jg kRT 1. Spangler, G. F.: Intemationá Laboratory 1975. July/August 24-33. 2. SEVCIC, L: Detectors in Gas Chromatography 95. old. Elemer Amsterdam - New York 1976. A kiindulási adatok behelyettesítésével: Ch = 88 ppm s 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
