[实用新型]二氧化碳中苯、总烃、甲烷和CO连续在线分析装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于二氧化碳中微量苯、总烃、甲烷和一氧化碳连续在线监测的气相色谱分析装置，具体地说，涉及一种采用自动平面阀完成样品进样、组分反吹的多维气相色谱法二氧化碳中苯、总烃、甲烷和CO连续在线分析装置。

技术背景

二氧化碳中微量苯、总烃、甲烷和一氧化碳是GB 10621-2006《食品添加剂液体二氧化碳》中规定检测的主要技术指标，是评价二氧化碳是否满足食品添加剂技术要求的主要指标，其技术要求分别为苯≤0.02×10^-6；总烃(以甲烷计)≤50×10^-6(其中非甲烷烃不超过20×10^-6)；一氧化碳≤10×10^-6。目前的分析技术为微量苯采用活性碳吸附浓缩，高温解析进样色谱分析，浓缩和解析需要人工操作，无法实现在线监测。

目前，可口可乐和百事可乐等公司对食品级二氧化碳的采购采取认证制度，要求生产厂家在线对二氧化碳中微量苯、总烃、硫化物总量进行分析。

现有技术，没法解决二氧化碳中微量苯小于0.02×10^-6的样品不进行浓缩而直接进样的在线分析方法，大都使用样品浓缩的方法进样，以降低仪器检测限的技术要求。同时，对总烃、甲烷和一氧化碳的分析也无法使用一台气相色谱仪完成，多采用2台或3台仪器才能完成微量苯、总烃、甲烷和一氧化碳的分析。

根据国家标准GB10621-2006《食品添加剂液体二氧化碳》(简称食品级二氧化碳)的要求，对苯的限量要求≤20ppb，标准方法规定是采用取样3～5mL直接进样法，这就对仪器FID检测器的灵敏度要求较高，市场上现有国产化仪器，往往灵敏度达不到要求而无法检测。

现有技术多引用对室内空气中微量苯和TVOC的检测原理，利用Tenax TA吸附剂吸附浓缩二氧化碳气中的微量苯，提高进入色谱仪分析的苯组份的绝对量，就可以比较容易使得气相色谱仪有足够的方法检测灵敏度来分析二氧化碳气中的微量苯。通过调节一定的流量(50～100mL/min)，让二氧化碳样品气流过吸附管，苯组份被Tenax Ta吸附剂富集吸附，二氧化碳不被吸附而排空。吸附一定的体积(0.3-1L)样品气后，通过热解吸直接进入气相色谱仪分析，从而达到能够测定二氧化碳中微量苯的目的。

这样，分析微量苯就需要1台配氢火焰检测器(FID)的气相色谱仪。

二氧化碳中一氧化碳的分析需要配甲烷化转化炉，首先把一氧化碳和二氧化碳在氢气的存在下，使用镍催化剂在360～380℃温度下把一氧化碳转化为甲烷后通过FID检测器检测，但由于色谱柱分离和二氧化碳浓度过高，虽然可同时分析甲烷，一个分析周期往往需要10～20分钟以上。

微量非甲烷总烃采用一根空柱或装填不对组分进行任何分离的玻璃微球类色谱柱，对含甲烷在内的所有碳氢化合物进行分析。

气相色谱技术经过一个多世纪的发展，已经成为一种广泛使用，用于液体和气体样品的分析方法；到了现阶段，由于计算机技术的发展，目前，气相色谱仪的自动化程度越来越高，可靠性也越来越高，其实验室仪器与工业在线仪器并无明显区别，有的仪器已经实现液体样品的无人值守、自动分析及完成分析数据处理，自动生成分析报告。但其设计目的是要求人为干预，比如液体样品事先放入自动进样器样品盘，给定分析方法。但对于气体样品的连续在线分析还需要人为给定启动信号，仪器才能开始工作。

通常，气相色谱仪由下面几个部分组成：

气路系统  包括载气和检测器所用的气体，现有技术已经可以用电子流量的数字化控制。本实用新型使用氮气做载气。

进样系统  其作用是有效地把样品导入色谱柱进行分离，如平面六通进样阀、注射进样口(填充柱、分流/不分流等)，以及裂解、柱头、顶空等辅助进样方式。本实用新型采用自动气动平面六通阀及十通阀(带反吹)进样方式。

色谱柱系统  包括柱温度控制、色谱柱以及与进样系统、检测系统的连接。本实用新型采用六通和十通平面阀切换色谱柱完成各待测组分的分离。

检测系统  用检测器检测色谱柱分离后流出待测组分，如热导检测器(TCD)、氢火焰离子化检测器(FID)、氮磷检测器(NPD)等。本实用新型使用两个氢火焰离子化检测器，同时仪器对苯的检测限要不低于1×10^-11g/s。

数据处理系统  即对待测组分在检测器上产生的电信号进行处理，画出色谱图，并获得相应的定性定量数据。