Using GC/MSD with High Efficiency Source and Hydrogen Cleaning to detect low level contaminants in ethylene and propylene

Význam tématu

Metallocenové katalyzátory významně zvyšují efektivitu polymerace ethylenu a propylenu, avšak jejich citlivost na stopové nečistoty, jako jsou arsine (AsH3), phosphine (PH3), hydrogen sulfide (H2S) a carbonyl sulfide (COS), může vést k předčasnému selhání procesu a nutnosti výměny katalyzátoru. Monitorování těchto kontaminantů na sub-pikogramové úrovni je klíčové pro zajištění vysoké kvality polyolefinů a pro optimalizaci výrobních procesů.

Cíle a přehled studie

Studie představuje metodu detekce a kvantifikace stopových kontaminantů v ethylenu a propylenu používající plynovou chromatografii s hmotnostní detekcí (GC/MSD). Hlavním cílem bylo dosáhnout extrémně nízkých mezí detekce (sub-pikogramové) a zároveň zajistit dlouhodobou stabilitu měření bez ztráty citlivosti.

Použitá metodika a instrumentace

Pro dosažení požadavků na inertní cestu vzorku a vysokou citlivost byla použita sestava Agilent:

• GC 7890B s 10portovým ventilem a dvěma vzorkovými smyčkami pro sandwichové vstřikování kalibrantů a matrice
• Kapilární kolona Select Olefins 120 m × 0,32 mm × 8 µm pro optimální rozlišení kontaminantů od matricových píků
• MSD 5977B vybavená High Efficiency Source (HES) pro sub-pikogramovou citlivost
• JetClean samočisticí iontový zdroj s kontinuálním přívodem vodíku pro potlačení znečištění zdroje
• G-Cal permeation tubes a dvoustupňový rozředovací systém pro přípravu standardních plynů v rozsahu 5–50 ppb
• Kontrola tlaku vzorkové smyčky zpětným regulátorem pro zvýšení opakovatelnosti

Hlavní výsledky a diskuse

Ukázalo se, že všechny čtyři kontaminanty lze spolehlivě detekovat v matricích ethylenu a propylenu při koncentracích kolem 1–5 ppb, odpovídajících desítkám až stovkám femtogramů:

• Meze detekce (IDL) jsou nižší než 1 ppb (<30 fg pro H2S a PH3, <20 fg pro AsH3, <30 fg pro COS)
• Linearity kalibrace má koeficient R2>0,998 pro všechny analyty v rozsahu 5–50 ppb
• Opakovatelnost měření (RSD) byla lepší než 6 % při ~5 ppb po 50 opakováních
• Dlouhodobá stabilita více než 300 běhů (4,5 dne) prokázala konstantní citlivost díky HES a JetClean
• Inertní cestu vzorku zabránila pasivaci kontaminanty a eliminovala potřebu opakované přípravy kolony či vyčištění systému

Přínosy a praktické využití metody

Tato metoda umožňuje provozovatelům polyolefinových závodů:

• včas detekovat a kvantifikovat škodlivé kontaminanty
• optimalizovat provoz katalytických reaktorů a minimalizovat riziko neplánovaných odstávek
• zavádět pravidelné monitorovací protokoly pro QA/QC

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj v oblasti online monitoringu a automatizace, včetně:

• integrovaných systémů poskytujících kontinuální sledování kvality surovin
• použití pokročilých algoritmů pro prediktivní údržbu katalyzátorů
• rozšíření na jiné plynové matrice a detekci dalších škodlivých sloučenin
• vylepšení zdrojů výtoku pro dosažení ještě nižších mezí detekce

Závěr

Prezentovaná GC/MSD metoda s High Efficiency Source a samočisticím iontovým zdrojem dosahuje sub-pikogramových mezí detekce kontaminantů v ethylenu a propylenu s vynikající opakovatelností a stabilitou. Tento přístup přináší robustní nástroj pro průmyslové monitorování, zvyšuje efektivitu výroby polyolefinů a minimalizuje riziko katalytického selhání.