A Comparison of Sulfur Selective Detectors for Low Level Analysis in Gaseous Streams

Význam tématu

Analýza stopových koncentrací síry v plynných směsích je klíčová pro průmysl zpracování uhlovodíků, kde přísné emisní a technologické normy vyžadují nízké detekční limity.
Detekce nízkých ppb úrovní sloučenin síry je nezbytná pro ochranu katalyzátorů, prevenci koroze potrubí a zařízení a zajištění kvality paliv i chemikálií.

Cíle a přehled studie / článku

Porovnat výkonnost čtyř selektivních detektorů pro detekci osmisloučeninové směsi síry na úrovni jednotek ppb.
Ověřit metodiku dynamického míchání kalibrační směsi se skutečnými plynnými matricemi jako helium, etylen, propylen a CO2.

Použitá metodika

Kalibrace pomocí dynamického ředění osmi sloučenin síry (H2S, COS, CS2, merkaptany) v plynném proudu.
Přímá injekce 1 mL plynné smyčky přes inertní Silcosteel interface do GC Agilent 6890.
Chromatografické podmínky zahrnovaly DB-1 kolonu o rozměrech 105 m×0,53 mm×5 µm a teplotní program od −20 °C do 255 °C.

Použitá instrumentace

Agilent 6890 GC s volatiles inlet a 6portovým Hastelloy C GSV ventilem.
Flame Photometric Detector (FPD), Pulsed Flame Photometric Detector (PFPD), Sulfur Chemiluminescent Detector (SCD), Atomic Emission Detector (AED).
Silcosteel/Sulfinert ošetřená vedení, přídavné ohřívání linek a kontrola průtoků pomocí Agilent EPC.

Hlavní výsledky a diskuse

Detekční limity: FPD ~50 ppb, PFPD ~10 ppb, SCD až ~5 ppb a AED na úrovni jednotek ppb s bezproblémovým kvenchingem a ekvimolárním signálem.
V matrice etylenu a propylenu dochází k částečnému překryvu COS, doporučuje se kolonová volba odpovídající polaritě analyzovaných látek.
Komparativní tabulka detektorů ukazuje rozdíly v selektivitě, dynamickém rozsahu, kompatibilitě s kolonom a cenovém zařazení.

Přínosy a praktické využití metody

Možnost výběru detektoru dle požadované citlivosti a složitosti vzorku optimalizuje provozní náklady a kvalitu výsledků.
AED nabízí simultánní detekci uhlíku i síry v jedné analýze, což zkracuje dobu měření a rozšiřuje informační obsah dat.
PFPD a SCD jsou vhodné pro rutinní monitorování nízkých ppb hladin, kde FPD nedosahuje potřebné citlivosti.

Budoucí trendy a možnosti využití

Směřování k automatizovaným systémům přípravy kalibrací a pokročilé datové analýze může dále zvýšit přesnost a reprodukovatelnost měření.
Vývoj přenosných a miniaturizovaných chromatografů s integrovanými selektivními detektory umožní on-site monitoring emisí i výrobních procesů.
Rozšíření schopnosti simultánní víceprvkové detekce pomocí AED přispěje k ucelenějšímu pohledu na kvalitu složitých plynů.

Závěr

Volba detektoru závisí na požadovaném detekčním limitu, charakteru matric a rozpočtu; FPD je vhodný od 50 ppb výše, PFPD a SCD pro jednotky ppb a AED pro nejnižší úrovně s vysokou selektivitou.

Reference

1. Agilent FlowCalc 2.0 software, Agilent Technologies, 2001.
2. M. J. Szelewski, Empirical Formula Determinations and Compound-Independent Calibration Using a GC-AED System, Application Note 228-382, Agilent Technologies, 1997.