Analyses of Sulfur Gases at Trace and Low Percent Levels, Using Packed Column GC

Význam tématu

Analýza obsahující těkavé sirné sloučeniny (H₂S, SO₂, COS, CS₂, mercaptany) v trace a nízkých procentních úrovních je klíčová pro environmentální monitorování, průmyslovou kontrolu kvality a bezpečnost v odvětvích jako papírenský průmysl, petrochemie nebo odpadní spalovací procesy. Vysoká chemická reaktivita a mobilita těchto plynů přináší výzvy v chromatografické separaci a detekci.

Cíle a přehled studie

Cílem bulletin 722P je představit a porovnat šest specifických plní pro plynovou chromatografii na natřesených kolonkách schopných separovat hlavní sirné plyny v koncentracích od ppb po procenta. Studie obsahuje srovnání Kovatsových retenčních indexů, ukázky separací na jednotlivých plnicích materiálech a doporučené aplikační scénáře.

Použitá instrumentace

• Plynový chromatograf s natřesenými kolonkami: Chromosil 310, Chromosil 330, 40/60 Carbopack B HT 100, Carbopack B/1,5% XE-60/1,0% H₃PO₄, 12% polyfenyl ether/0,5% H₃PO₄ na Chromosorb T, Supelpak-S
• Detektor: flame photometric detector (FPD)
• Nosné plyny: dusík, helium
• Pracovní teploty: 23–210 °C dle plnění
• Kondicionování: sušení a stabilizace skleněné kolony při 130 °C; deaktivace H₃PO₄ nebo vodíkem

Metodika

Standardní plynové směsi byly injikovány do GC-FPD systému s optimalizovanou délkou kolony, teplotou pece a průtokem nosného plynu. Separace probíhala na konstantní teplotě nebo za programované křivky až do 210 °C pro širší rozsah sirných sloučenin. Retenční data se vyhodnocovala pomocí Kovatsových indexů.

Hlavní výsledky a diskuse

• Chromosil 310: separace COS, H₂S, CS₂, SO₂ při ppm/ppb úrovních; max. teplota 100 °C
• Chromosil 330: optimalizace pro ppb hladiny lehkých sirných plynů a C1–C3 mercaptanů; max. 100 °C
• 40/60 Carbopack B HT 100: aktivováno vodíkem a H₃PO₄, excelentní rozlišení H₂S, SO₂, COS, CH₃SH na ppb úrovních
• Carbopack B/1,5% XE-60/1,0% H₃PO₄: specializace na separaci izomerů ethyl mercaptan vs. dimethyl sulfide a SF₆
• 12% polyfenyl ether/0,5% H₃PO₄ na Chromosorb T: přesná separace H₂S, SO₂, mercaptanů při nízkých ppb úrovních; max. 150 °C
• Supelpak-S: doporučeno pro spalinové plyny papíren; krátká kolona pro rychlé měření, odolná vůči vlhkosti, programování až do 210 °C

Diskuse zdůrazňuje, že volba plnění závisí na požadované selektivitě, citlivosti a teplotě. Deaktivace povrchu minimalizuje adsorpci sirných sloučenin.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a citlivá detekce sirných plynů až do ppb koncentrací
• Realtime monitoring emisí a kontrola průmyslových procesů
• Využití v laboratořích papíren, rafinerií, chemických provozů a stanic kvality ovzduší
• Flexibilita volby kolony dle složení vzorku

Budoucí trendy a možnosti využití

• Miniaturizace GC systémů pro mobilní měření emisí
• Vývoj pasivních plní zabraňujících adsorpci pro extrémně nízké úrovně
• Pokročilá kalibrace FPD s permeačními trubičkami a kompozitními standardy
• Automatizace přípravy a kondicionování kolonek

Závěr

Srovnání šesti specializovaných plní pro GC-FPD analýzu sirných plynů ukazuje, že vhodný výběr kolony spolu s optimálními podmínkami poskytuje vysokou selektivitu, citlivost a stabilitu při měření v rozsahu ppb až procent. Důsledná aktivace a kondicionování kolony zaručuje opakovatelné a spolehlivé výsledky.

Reference

1. Bruner F., Liberti A., Possanzini M., Allegrine I. Anal. Chem. 44, 2070 (1972).
2. Bruner F., Ciccioli P., DiNardo F. J. Chromatogr. 99, 661 (1974).
3. Bremner J.M., Banwart W.L. The Sulphur Institute Journal, 10(1), 1974.
4. Stevens R.K., Mulik J.D., O’Keefe A.E., Krost K.J. Anal. Chem. 43, 827 (1971).
5. de Souza T.L.C., Lane D.C., Bhatia S.P. Anal. Chem. 47(3), 543 (1975).
6. Brody S.S., Chaney J.E. J. Gas Chromatogr. 4, 42 (1966).
7. Greer D.G., Bydalek J.T. Environ. Sci. Technol. 7, 153 (1973).
8. Grice H.W., Yates M.L., David J.D. J. Chromatogr. Sci. 8, 90 (1970).
9. Ronkainen P., Denslow J., Lippanen O. J. Chromatogr. Sci. 11, 384 (1973).
10. Stevens R.K., O’Keefe A.E. Anal. Chem. 42, 142-A (1970).
11. O’Keefe A.E., Ortman G.C. Anal. Chem. 38, 760 (1966).
12. Stevens R.K., O’Keefe A.E., Ortman G.C. Environ. Sci. Technol. 3, 652 (1969).
13. Bruner F., Canuili C., Possanzini M. Anal. Chem. 45, 1790 (1973).
14. Bruner F., Ciccioli P., DiNardo F. Anal. Chem. 47, 141 (1975).