Py-2020iD型裂解器的氣路改進(jìn)及應(yīng)用

王文祥 徐宏坤 李偉明 仵春祺

(新疆獨(dú)山子石化公司研究院測試中心，獨(dú)山子 833699)

Py-2020iD型裂解器的氣路改進(jìn)及應(yīng)用

王文祥 徐宏坤 李偉明 仵春祺

(新疆獨(dú)山子石化公司研究院測試中心，獨(dú)山子 833699)

依據(jù)Py-2020iD型裂解器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過對(duì)氣路的改進(jìn)，拓寬了Py-2020iD型裂解器的適用范圍。提高了GC進(jìn)樣口的利用效率，并實(shí)現(xiàn)了基于裂解器的程序升溫進(jìn)樣口(PTV)技術(shù)和溶劑反吹功能。為分析特殊樣品中的痕量組分，提供了一種新的分析處理手段。

Py-2020iD型裂解器 氣相色譜儀 改進(jìn) 應(yīng)用

Py-2020iD型裂解器是由日本Frontier Lab公司開發(fā)的微型爐裂解器，該設(shè)備主要應(yīng)用于對(duì)高分子材料進(jìn)行裂解色譜分析。然而，在實(shí)際工作中往往遇到各種各樣的復(fù)雜基質(zhì)樣品，這就要求設(shè)備具有良好的穩(wěn)定性和靈活性，以應(yīng)付日趨嚴(yán)峻的分析工作。Py-2020iD型裂解器由于其特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在經(jīng)過適當(dāng)改進(jìn)后，其不僅能滿足高分子材料的裂解分析，也能夠?qū)θ軇┓悬c(diǎn)低于目標(biāo)組分和溶劑沸點(diǎn)高于目標(biāo)組分的痕量組分進(jìn)行分析，具有更強(qiáng)的應(yīng)用功能。

1 Py-2020iD型裂解器的特點(diǎn)

Py-2020iD型裂解器屬于直立式管爐裂解器的一種。盛有樣品的進(jìn)樣舟被掛在進(jìn)樣舟掛鉤上。在裂解開始時(shí)，釋放掛鉤，進(jìn)樣舟以自由落體狀態(tài)墜入石英管，在經(jīng)過石英管中部的高溫加熱區(qū)塊時(shí)，將樣品瞬間裂解成小分子片段，隨載氣被帶入氣相色譜儀進(jìn)行檢測。

Py-2020iD型裂解器在安裝時(shí)，需要截?cái)郍C進(jìn)樣口載氣氣路，并將載氣氣路連接至裂解器進(jìn)氣口，以使載氣能夠?qū)⒘呀猱a(chǎn)物帶出。但是，這也意味著裂解器將獨(dú)占一個(gè)GC進(jìn)樣口，結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 Py-2020iD型裂解器結(jié)構(gòu)圖

2 Py-2020iD型裂解器氣路改進(jìn)措施

保留氣相色譜儀進(jìn)樣口的氣路，將GC進(jìn)樣口氣路與裂解器進(jìn)樣口氣路用六通閥進(jìn)行連接，六通閥的一只端口用死堵頭封閉。布局方式如圖2所示。

圖2 Py-2020iD型裂解器改進(jìn)后分析狀態(tài)圖

為方便操作，六通閥可通過氣相色譜儀的閥事件進(jìn)行氣動(dòng)控制，以便設(shè)置閥切換時(shí)間。

3 氣路改進(jìn)后的特點(diǎn)

3.1 反吹狀態(tài)

將六通閥切換至反吹狀態(tài)，此時(shí)載氣通過氣相色譜儀進(jìn)樣口流入，其中的大部分通過裂解器進(jìn)樣針進(jìn)入裂解器石英管，并從下向上進(jìn)行載氣吹掃，吹掃氣最終通過六通閥被排出并回收。流路圖見圖3。

圖3 Py-2020iD型裂解器改進(jìn)后反吹狀態(tài)圖

3.2 分析狀態(tài)

將六通閥切換至分析狀態(tài)，此時(shí)氣相色譜儀進(jìn)樣口進(jìn)氣端被六通閥死堵封閉，載氣通過六通閥進(jìn)入裂解器進(jìn)氣口，通過裂解器石英管，并由進(jìn)樣針進(jìn)入氣相色譜儀中的毛細(xì)管柱，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的輸送。

4 改進(jìn)后的應(yīng)用探討

通過對(duì)Py-2020iD型裂解器氣路的改進(jìn)，使Py-2020iD型裂解器在不影響裂解器正常分析功能的前提下，顯現(xiàn)出良好的拓展優(yōu)勢，簡要介紹如下。

4.1 充分利用GC進(jìn)樣口，提高裝卸速度

在改進(jìn)前，Py-2020iD型裂解器必須專門占用一個(gè)GC進(jìn)樣口。如果需要單獨(dú)使用GC進(jìn)樣口，必須拆下裂解器，并將裂解器進(jìn)氣口端卸下，重新連接至GC進(jìn)樣口進(jìn)氣端。過程較繁瑣，且頻繁地拆裝氣路很容易導(dǎo)致系統(tǒng)漏氣。

通過改進(jìn)，當(dāng)使用裂解器分析時(shí)，可將六通閥轉(zhuǎn)至分析狀態(tài)；當(dāng)需要單獨(dú)使用GC進(jìn)樣口時(shí)，只需將閥位調(diào)整至吹掃狀態(tài)，并取下裂解器即可。再次安裝時(shí)只需逆向操作即可。整個(gè)裝卸全程用時(shí)不超過3min，切換非常方便，避免了系統(tǒng)漏氣的發(fā)生。

4.2 實(shí)現(xiàn)程序升溫進(jìn)樣口(PTV)技術(shù)和溶劑反吹功能

在改進(jìn)前，Py-2020iD型裂解器只能進(jìn)行固體樣品的裂解操作。改進(jìn)氣路后，在Py-2020iD型裂解器的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)程序升溫進(jìn)樣口技術(shù)和溶劑反吹功能。當(dāng)樣品基質(zhì)沸點(diǎn)低于目標(biāo)組分時(shí)，先將六通閥調(diào)至吹掃狀態(tài)，裝入樣品后，設(shè)置裂解器溫度略高于基質(zhì)沸點(diǎn)，此時(shí)基質(zhì)受熱揮發(fā)并被載氣吹掃出系統(tǒng)。待基質(zhì)組分揮發(fā)完畢，將六通閥調(diào)至分析狀態(tài)，并迅速升高裂解器溫度至目標(biāo)組分沸點(diǎn)之上，此時(shí)目標(biāo)組分被載氣帶入GC進(jìn)行分離檢測。

此方法模擬了程序升溫進(jìn)樣口(PTV)技術(shù)和溶劑反吹功能，由于進(jìn)樣舟容積為80μL，相比普通GC技術(shù)，極大提高了目標(biāo)組分的進(jìn)樣量，具有檢測限極低的特點(diǎn)。

4.3 避免在分析重餾分中的痕量溶劑時(shí)，重餾分對(duì)色譜柱或襯管的污染

一般GC在進(jìn)行重餾分中痕量溶劑的檢測時(shí)，往往會(huì)對(duì)色譜柱或襯管產(chǎn)生重大污染，導(dǎo)致色譜柱或襯管的損壞。在對(duì)Py-2020iD型裂解器氣路改進(jìn)后，可以避免類似污染。分析時(shí)，將六通閥調(diào)至分析狀態(tài)，裝入樣品，設(shè)置裂解器溫度略高于溶劑沸點(diǎn)，此時(shí)，溶劑受熱揮發(fā)并被載氣帶入GC進(jìn)行分離和檢測。而重餾分始終被保留在進(jìn)樣舟內(nèi)，待分析結(jié)束后，取出做進(jìn)一步的檢測，或灼燒清除。

此過程類似于頂空進(jìn)樣，但是頂空爐的工作溫度范圍一般為室溫～400℃，而經(jīng)Py-2020iD型裂解器氣路改進(jìn)后的系統(tǒng)工作溫度范圍為室溫～800℃，適用樣品范圍更廣。

5 需要注意的問題

經(jīng)過氣路改進(jìn)后，在進(jìn)行溶劑反吹時(shí)，需要注意樣品溶劑在揮發(fā)的同時(shí)，溶質(zhì)也會(huì)發(fā)生共揮發(fā)作用。因此該方法更適用于溶劑和溶質(zhì)沸點(diǎn)差異較大的樣品，或者采用GC的閥事件定時(shí)控制，以保證每次的揮發(fā)時(shí)間條件相同。

雖然進(jìn)樣舟容積為80μL，但每次分析的進(jìn)樣量必須控制在裂解器石英管的樣品汽化可容納范圍內(nèi)，以防樣品組分反沖氣路。

在溶劑反吹時(shí)，GC進(jìn)樣口實(shí)際上處于失壓狀態(tài)，如果反吹時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致GC因自動(dòng)保護(hù)而停機(jī)。為此可以將溶劑反吹的溫度適當(dāng)提高，以縮短溶劑反吹的時(shí)間。

6 結(jié)論

根據(jù)Py-2020iD型裂解器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過增加六通閥，對(duì)氣路系統(tǒng)做了改進(jìn)，擴(kuò)展了裂解器的應(yīng)用功能。使GC進(jìn)樣口得到了充分利用，實(shí)現(xiàn)了基于裂解器的程序升溫進(jìn)樣口技術(shù)和溶劑反吹功能，實(shí)現(xiàn)了重餾分中痕量溶劑的檢測功能，大大減輕了分析特殊樣品時(shí)對(duì)色譜系統(tǒng)的污染，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

[1]Frontier Laboratories LTD. Double-shot pypolyzer model PY-2020iD operation manual[M].

Improvement and application of Py-2020iD pyrolysis gas path.

Wang Wenxiang，Xu Hongkun，Li Weiming，Wu Chunqi

(TestCenterofChinaPetroleumDushanziPetrochemicalCompanyResearchInstitute,Dushanzi833699,China)

Based on the structure characteristics of Py-2020iD pyrolysis, this paper improved its gas path, broadened the scope of application, and provided a new means for the analysis of trace components in the special sample.

Py-2020iD pyrolysis,GC, improvement, application

王文祥，助理工程師，目前在獨(dú)山子石化公司研究院測試中心工作，E-mail:yjy_wwx@petrochina.com.cn。

10.3936/j.issn.1001-232x.2015.04.003

2015-01-07