Trace analysis of permanent gases in ethylene and propylene hydrocarbon products

Význam tématu

Analýza stopových množství permanentních plynů (H₂, N₂, O₂, CO, CO₂) v monomerech ethylenu a propylenu je klíčová pro zajištění kvality polymerů. Nepřesnosti v koncentracích těchto plynů mohou ovlivnit proces polymerace, vlastnosti konečného produktu a provozní bezpečnost.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout a validovat kapilární plynově chromatografickou metodu s pulzním výbojem heliového ionizačního detektoru (PDHID) podle normy ASTM D8098 pro kvantifikaci permanentních plynů v rozsahu ppm až ppb. Studie popisuje optimalizaci chromatografické konfigurace, instrumentalizace a vyhodnocení výkonnosti metody.

Použitá metodika a instrumentace

Instrumentace:

• Agilent 7890B GC s PDHID detektorem (200 °C)
• 10portový vzorkovací ventil s přeplachem (0,5 mL smyčka) a 6portový přepínací ventil pro bypass
• Heliový nosný plyn (15 mL/min), interně čištěné rotory ventilů
• Kolony: GS-Q (50 m × 0,53 mm, 6 µm) pro Column 1 a 2, HP Molesieve 5A (30 m × 0,53 mm, 25 µm) pro Column 3
• Agilent OpenLab CDS pro řízení a vyhodnocení dat

Provozní podmínky:
Teplota kolony: 50 °C (5 min), rampou 20 °C/min na 85 °C (1 min).
Časování ventilů: ventil 1 sepne 0,01–2,00 min, ventil 2 sepne 3,20–3,80 min.

Hlavní výsledky a diskuse

Detekční limity metody dosahují úrovně nízkých ppb. Precision (RSD) pro jednotlivé plyny se pohybuje mezi 0,1–3,5 % v závislosti na koncentraci, linearita (R²) překračuje 0,99 pro většinu složek. Metoda prokazuje spolehlivé rozlišení a oddělení analyzovaných plynů bez narušení matice ethylenu nebo propylenu. Zavedení interně puržených ventilů minimalizuje kontaminaci vzduchem.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda splňuje požadavky ASTM D8098, nabízí vysokou citlivost a reprodukovatelnost a je vhodná pro rutinní kontrolu kvality surovin v petrochemii a polymerním průmyslu. Flexibilní konfigurace ventilů umožňuje efektivní separaci i při velmi nízkých koncentracích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalším krokem je automatizace odběru vzorků a online monitorování procesů polymerace. Potenciál představuje integrace s inteligentními řídicími systémy, rozvoj miniaturizovaných chromatografů a využití alternativních ionizačních detektorů pro zvýšení citlivosti a rychlosti analýzy.

Závěr

Použití GC 7890B s PDHID a sofistikovaným ventilačním uspořádáním poskytuje robustní, citlivou a lineární metodu pro stanovení stopových permanentních plynů v ethylenu a propylenu. Metoda je vhodná pro požadavky nejpřísnějších norem a potřeb QA/QC oddělení.

Reference

1. ASTM D8098-17 Standard Test Method for Permanent Gases in C2 and C3 Hydrocarbon Products by Gas Chromatography and Pulse Discharge Helium Ionization Detector, ASTM International, 2017
2. ASTM D7915-14 Standard Practice for Application of Generalized Extreme Studentized Deviate (GESD) Technique to Identify Multiple Outliers, ASTM International, 2014