Improved Gas Chromatograph Method for the Analysis of Trace Hydrocarbon Impurities in 1, 3-Butadiene

Zlepšená metoda plynové chromatografie pro analýzu stopových uhlovodíkových nečistot v 1,3-butadienu

Význam tématu

1,3-Butadien je klíčový monomer pro výrobu syntetického kaučuku. Přítomnost nečistot, jako jsou alkyny (propyne) nebo propadien, může negativně ovlivnit katalytické polymerační procesy a kvalitu konečného produktu. Spolehlivá a citlivá analýza stopových uhlovodíků je proto zásadní pro udržení vysoké kvality surovin v petrochemickém průmyslu.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout a optimalizovat metodu založenou na Agilent 7890 Series GC s vysokotlakým kapalným vstřikovacím zařízením (HPLI) a postsloupcovým zpětným proplachem, která umožní:

• Citlivé stanovení propyne a dalších C4 nečistot v koncentracích pod 20 ppm.
• Zkrácení doby analýzy odstraněním dlouhého výpékání těžších sloučenin (např. dimeru 4-vinylcyklohexenu).
• Zlepšení opakovatelnosti retenčních časů.

Použitá metodika a instrumentace

Pro optimální rozlišení stopových UH sloučenin byly otestovány následující konfigurace:

• Agilent 7890A Series GC s detektorem FID.
• Vysokotlaké kapalné vstřikovací zařízení HPLI pro přesné zavedení vzorku a minimalizaci carry-over.
• Kolony PLOT GS-Alumina (50 m × 0,53 mm, 10 µm) s rozdílnou polaritou povrchu Al2O3 (KCl deaktivace, Na2SO4, GS-Alumina).
• Šestipozicový ventil pro postsloupcový zpětný proplach těžších zbytků po analýze.
• Split/splitless vstupní port, nosný plyn helium, konstantní průtok kolony 7,5 mL/min.
• Program teploty pece s počátečním držením na 60 °C, následné rampy až na 180 °C.

Hlavní výsledky a diskuse

Implementace HPLI umožnila přesné a reprodukovatelné injekce vysoce těkavých vzorků.
Volba GS-Alumina kolony zajistila dostatečné oddělení 1,3-butadienu od propyne i ostatních C4 izomerů při rozumné velikosti vzorku (0,5 µL, split 20:1).
Postsloupcový zpětný proplach významně zkrátil dobu analýzy odpařením dimeru bez dlouhého výpékání; opakovatelnost retenčních časů RSD < 0,06 %, aí ploch píků RSD do 0,4 % pro klíčové sloučeniny.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí:

• Detekci propyne pod 20 ppm s dostatečným poměrem signál-šum.
• Zkrácení cyklu analýzy díky eliminaci dlouhého výpékání těžkých dusíkatých zbytků.
• Zvýšenou spolehlivost a opakovatelnost analýz pro pravidelné kontroly kvality monomeru.
• Možnost simultánního sledování dimeru 4-vinylcyklohexenu, který se při skle dimerizaci butadienu vytváří.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může zahrnovat:

• Automatizaci přípravy vzorků a integraci HPLI do kontinuálních kontrolních systémů.
• Rozšíření aplikace na jiné lehké uhlovodíkové proudy a trace analyty.
• Využití pokročilých datových analýz pro rychlejší identifikaci anomálií v reálném čase.

Závěr

Použití Agilent 7890 Series GC s HPLI a postsloupcovým zpětným proplachem na GS-Alumina kolony představuje efektivní řešení pro citlivou a rychlou analýzu stopových uhlovodíkových nečistot v 1,3-butadienu. Metoda zaručuje vysokou opakovatelnost, kratší dobu analýzy a schopnost detekovat klíčové nečistoty pod hladinou 20 ppm.

Reference

1. ASTM D2593 − 93 (2009): Standard Test Method for Butadiene Purity and Hydrocarbon Impurities by Gas Chromatography.
2. GBT-6017-2008: Butadiene for industrial use – Determination of purity and hydrocarbon impurities – Gas chromatographic method.
3. ASTM D2426 − 93 (Reapproved 2009): Standard Test Method for Butadiene Dimer and Styrene in Butadiene Concentrates by Gas Chromatography.