Порядок выполнения работы

В сухую бюретку, закрепленную в штативе строго вертикально, помещают небольшой слой ваты, на который насыпают 15 г предварительно просушенного силикагеля, который утрамбовывают равномерным постукиванием по колонке. Через воронку сверху колонки наливают 10 мл испытуемого продукта (бензиновой фракции).

После того, как продукт почти полностью поглотится силикагелем, в колонку наливают вытесняющую жидкость: вначале этиловый спирт (3-5 мл), а затем дистиллированную воду. Воды должно быть столько, чтобы она покрывала слой адсорбента, поэтому ее подливают в бюретку до окончания опыта. Как только спирт входит в силикагель, между спиртом и углеводородным слоем обычно появляется резкая граница, часто в виде желтого кольца, опускающегося вниз по мере вытеснения продукта спиртом или водой. При неудачном опыте кольцо принимает неправильное очертание и в нем появляются разрывы. В таком случае опыт следует повторить. Вытекающая из колонки жидкость поступает в градуированный цилиндр, причем первыми вытекают парафиновые и нафтеновые углеводороды. Отбирают 1 мл продукта, делают формалиновую реакцию. Если формалиновая реакция отрицательна, в другую пробирку отбирают ещё 1 мл и так далее. Пробу, для которой формалиновая реакция положительна, относят к ароматическим углеводородам, и дальнейшее хроматографирование прекращают. Определяют общий объем фракций, в которых нет ароматических углеводородов, и рассчитывают объемный выход смеси нафтенов и парафинов по формуле:

(1)

где - процентное (объемное) содержание нафтеновых и парафиновых углеводородов во фракциях;

V- объем (10мл) взятой для хроматографирования бензиновой фракции;

- общий объем в мл нафтенов и парафинов, полученных при хроматографировании.

2.3.2 Анализ смеси углеводородов методом газо-жидкостной хроматографии (гжх)

Наибольшее применение на практике находит газо-жидкостная

хроматография (ГЖХ). Анализ смесей углеводородов методом ГЖХ проводится на специальных приборах – хроматографах. Рассмотрим общую схему современного хроматографа (рис.3).

4

Проба

2

3

Газ -носитель

Выход

1

2

3

Рисунок 3 - Схема хроматографа: 1- испаритель; 2 - хроматографическая колонка; 3 - детектор; 4- самопишущий потенциометр.

Газ-носитель (азот, гелий или др.) из баллона поступает в прибор. В испаритель 1 в газообразном или жидком состоянии вводится анализируемая смесь. Она подхватывается газом-носителем и поступает в хроматогфическую колонку 2, где происходит разделение компонентов смеси в зависимости от их свойств, например, температуры кипения. Разделенные компоненты анализируемой смеси вместе с газоносителем выходят из колонки и поступают в детектор 3 (неподвижной фазой в колонке, на которой происходит разделение смеси на компоненты, служит нелетучая жидкость, распределенная на поверхности твердого пористого материала в виде жидкой пленки).

Детектором называется устройство, с помощью которого в газе-носителе обнаруживаются компоненты разделяемой смеси. Так, в состав детектора, типа катарометра, входят два канала, внутри которых находятся платиновые проволочки. По одному из каналов (эталонному) течет газ-носитель, а по второму (рабочему) каналу – компоненты разделяемой смеси в потоке газа-носителя. Фиксируемые детектором различия в силе тока, проходящего по обеим проволочкам, возникающие вследствие различий в теплопроводности газов, регистрируются самопишущим потенциометром 4. На диаграммной бумаге потенциометра вычерчивается кривая, состоящая из чередующихся пиков. Эта кривая называется хроматограммой. Общий вид хроматограммы представлен на рис.4.

Для поддержания заданной постоянной температуры во время проведения анализа колонка, испаритель и детектор помещаются в термостат. С помощью ГЖХ можно проводить качественный и количественный анализ углеводородных смесей. Качественный анализ проводят, определяя время удерживания компонента. Время удерживания – это время, прошедшее с момента ввода смеси в хроматограф до появления максимума пика данного компонента. Время удерживания, определяемое в одинаковых условиях хроматографирования, является постоянной величиной для каждого компонента. Измеряется оно в минутах, либо, иногда, в миллиметрах диаграммной ленты.

Количественный анализ основан на том, что процентное массовое содержание компонента в смеси пропорционально площади пика, и равно отношению площади его пика к сумме площадей пиков всех компонентов, умноженному на 100. Для нахождения площади пика S его высота «h» умножается на ширину «а», измеренную на середине высоты (рис.4), и на специальный поправочный коэффициент «k», зависящий от природы компонента:

(2)

В данной лабораторной работе проводятся анализы двух бинарных смесей: пентана и гексана, толуола и гексана - углеводородов, входящих в

бензиновую фракцию.

Так как температура кипения пентана (36 ^ºС) ниже температуры кипения гексана (69 ^ºС), то время удерживания пентана τ₁ меньше времени удерживания гептана τ₂. В работе ставится задача определения τ₁ и τ₂ и процентного содержания в смеси пентана и гептана.

Рисунок 4- Основные характеристики хроматограммы анализируемой бинарной смеси

При расчете площадей пиков пентана и гексана по формуле (2) коэффициент «к» условно примем равным единице:

C₅ (3)

C₆ (4)

где S_Г – площадь пика гексана;

Sn – площадь пика пентана.

Аналогично проводится анализ смеси гептана и толуола (при этом используется другая, полярная неподвижная фаза для разделения углеводородов).

Условия хроматографирования смеси пентана и гептана: Хроматограф – Хром-5.

Колонка – набивная, длина 1,2 м., диаметр 3 мм. Носитель – Apieson L (15%) на хроматоне NAW. Газ-носитель – гелий, детектор – катарометр. Скорость газа-носителя – 40 мл/мин.

Температура испарителя – 75 ^ºС.

Температура детектора – 50 ^ºС.

Условия хроматографирования смеси толуола и гептана:

Хроматограф – Хром-5.

Колонка – набивная, длина 1,2 м, диаметр 3 мм.

Носитель – карбовакс (15%) на хроматоне NAW.

Газ-носитель - гелий, детектор - катарометр.

Скорость газа - носителя – 20 мл/мин.

Температура испарителя – 150⁰С.

Температура детектора – 100⁰С.