COMBO CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH H2S TRONG NƯỚC & PHÂN TÍCH KHÍ CO TRONG MÔI TRƯỜNG

Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Kỹ Thuật Hóa Học

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH H2S TRONG NƯỚC VÀ CÁC SẢN PHẨM GIẢI KHÁT LÊN MEN (BIA RƯỢU)

1

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Mục lục: 1. Tổng quan về H2S: ........................................................................................................ 3

2.2.

Phương pháp Metylen xanh: .................................................................................. 9

2.3.

Phương pháp cực phổ xung vi phân:...................................................................... 9

2.4.

Phương pháp điện thế trực tiếp sử dụng điện cực chọn lọc ion S2-: .................... 10

2.5.

Phương pháp Iod (chuẩn độ ngược) ..................................................................... 10

2.6.

Phương pháp khối lượng: [1] ............................................................................... 11

2.7.

Phương pháp đo độ đục: [1] ................................................................................. 11

2.8.

Phân tích hàm lượng H2S trong các sản phẩm bia rượu. ..................................... 12

N

Phương pháp sắc ký khí: ........................................................................................ 8

N

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

2.1.

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

Tài liệu tham khảo: ............................................................................................................ 13

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

2. Các phương phương pháp phân tích H2S: .................................................................... 8

2

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

1. Tổng quan về H2S:

1.1.

TO

ÁN

Hình 1: Vòng tuần hoàn của lưu huỳnh trong tự nhiên [1]

Khái niệm:

ÀN

Hydro sunfua (H2S) là một chất khí không màu, có mùi thối khó chịu (mùi trứng

IỄ N

Đ

thối), cấu trúc H2S tương tự cấu trúc phân tử nước H2O, H2S bị phân cực khả năng tạo

D

thành liên kết Hydro của H2S yếu hơn H2O. H2S ít tan trong nước nhưng lại tan nhiều trong dung môi hữu cơ, các chất điện li không điện li trong H2S lỏng. H2S rất độc, nó độc

không kém HCN, ở trạng thái lỏng H2S bị oxy hóa một phần:

3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

H 2 S + H 2 S ⇒ SH 3 + SH −

N

Trong nước H2S bị oxy hóa nhiều hơn:[2]

N

H

Ơ

H 2 S + H 2O ⇒ H 3O + + SH −

U Y

Trong dung dịch nước H2S là một acid yếu.

TP

.Q

Tính chất hóa học:

ẠO

Hydro sunfua có tính khử mạnh và tính acid yếu.

Đ G

H Ư

N

Khí H2S là một chất không bền, dễ bị phân hủy cho lưu huỳnh và Hydro ở 3000C

TR ẦN

Dung dịch H2S không bền, để trong không khí vẫn đục do có lưu huỳnh kết tủa.

Quá trình trên giải thích tại sao H2S không tích tụ trong không khí mặc dù hằng ngày có

B

nhiều nguồn phát sinh ra nó. H2S là chất khử mạnh ngay ở dạng khí hay trong dung dịch.

10 00

Tính acid:

H 2 S ⇒ H + + HS −

-L

Í-

HS − ⇒ H + + S 2−

Ó

A

Trong dung dịch H2S điện li theo 2 nấc:

H

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

Tính khử:

ÁN

Quan hệ giữa các dạng H2S, HS-, S2- tại các pH khác nhau của dung dịch chứa 10-3

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

M H2S (32mg/L H2S) được trình bày trong đồ thị sau:

4

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

G N H Ư TR ẦN

Hình: đồ thị quan hệ giữa các dạng H2S, HS-, S2- tại các pH khác nhau của dung

10 00

B

dịch 10-3 M H2S (32mg/L H2S) [1] Trong H2S hai nguyên tử Hydro cũng có thể lần lượt bị thay thế cho Bisunfua và

Ó

A

Sunfua.

Na − S − H và Na − S − Na

H

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

-L

Í-

Đa số các muối Sunfua ít tan hoặc không tan trong nước

ÁN

Muối bisunfua tan đễ dàng khi có các kim loại kiềm và kiềm thổ.

H2S là chất khí không màu, mùi trứng thối, nặng hơn không khí.

ÀN

-

TO

Tính chất vật lý:

Khối lượng riêng ρ = 1,5392 kg/l.

-

Khối lượng phân tử M= 34,08 kg/kmol

-

Nhiệt độ nóng chảy tnc= -85,60C

-

Nhiệt độ sôi ts= -60,750C

-

H2S kém bền, dễ phân hủy, ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi.

D

IỄ N

Đ

-

5

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

1.2.

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Nguồn gốc:

Ơ

H2S sinh ra do chất hữu cơ thối rữa tạo thành, đặc biệt là ở nơi nước cạn, bờ biển

N

Trong tự nhiên:

N

H

và sông hồ nông cạn, các vết nứt núi lửa, ở các suối, cống rãnh, hầm lò khai thác than.

U Y

Ước lượng từ mặt biển phát ra 30 triệu tấn H2S mỗi năm, và từ mặt đất phát ra khoảng

.Q

50-60 triệu tấn mỗi năm.

ẠO

TP

Trong sản xuất công nghiệp:

G

Ảnh hưởng của khí H2S

N

1.3.

H Ư

Trong các khu đô thị nồng độ khí H2S trong không khí thường dưới 0.001 ppm,

TR ẦN

nhưng ở gần các khu công nghiệp nồng độ khí H2S có thể lên đến 0.13 ppm. Ngưỡng nhận biết của H2S dao động trong khoảng 0.0005-0.13 ppm.

10 00

• Thương tổn lá cây

H

Ó

A

• Rụng lá • Giảm sinh trưởng

B

a) Tác hại đối với thực vật:

b) Đối với con người:

Í-

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

Đ

H2S sinh ra trong quá trình sử dụng nhiên liệu có chứa lưu huỳnh.

-L

Nồng độ thấp

ÁN

• Gây nhức đầu.

TO

• Tinh thần mệt mỏi.

ÀN

Nồng độ cao

D

IỄ N

Đ

• Gây hôn mê , tử vong.

• Ở nồng độ 150 ppm hoặc lớn hơn gây tê liệt cơ quan khứu giác, đường hô hấp,

niêm mạc và giác mạc.

Bảng 1: Bảng phân loại các ảnh hưởng của khí H2S theo nồng độ.[3]

6

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Hàm

Biểu hiện

Phân loại

lượng, Có thể nhận biết được mùi trứng thối

U Y

N

Ảnh hưởng tối thiểu trong 8 giờ Kích thích mắt, phổi Mất khứu giác sau 3-15 phút, kích thích

.Q

70-150

TP

15

mắt, cổ họng và phổi Mất khứu giác, đau đầu, khó thở, ho, đau

ẠO

150-400

H Ư

N

có không khí trong lành

B

TR ẦN

Ho, suy sụp, bất tỉnh, có thể tử vong

Nguy hiểm đến tính mạng

10 00

700-

Đ G

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

mắt, cổ họng, phổi. Cần đưa ngay đến nơi

400-700

Nguy hiểm, gây ra các thương tích nghiêm trọng, có thể tử vong nếu không cấp cứu kịp thời Bất tỉnh ngay lập tức, có thể gây tổn thương vĩnh viễn

A

1000

Ơ

Giá trị giới hạn của H2S

H

10

N

ppm

Ó

cho não

Bất tỉnh ngay lập tức, tử vong trong vài

1000

phút

-L

Í-

H

Trên

ÁN

• Giá trị giới hạn của khí H2S là 10 ppm. Các hoạt động khi có sự tồn tại của khí

TO

H2S với hàm lượng cao hơn không được phép kéo dài quá 8 giờ.

ÀN

• Hầu hết những thông báo chỉ dẫn đều nhấn mạnh 6 - 7 ppm là hàm lượng tối đa

• Trong ngành dầu khí , khí H2S ảnh hưởng rất nhiều đến công tác khoan.

c) Tác hại đối với vật liệu:

D

IỄ N

Đ

mà khí H2S được phép tồn tại, nhưng không quá 12 giờ.

Do có tính axit nên H2S là nguyên nhân gây ăn mòn nhanh chóng các loại máy móc và đường ống dẫn, như ăn mòn đường ống trong hệ thống cấp thoát nước.

7

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Ăn mòn đường ống được cho là H2S và H2SO4 trong quá trình khử lưu huỳnh thành H2S và H2SO4. Trong đường ống dẫn cấp thoát nước không được thông thoáng,

H

Ơ

tương ứng với áp suất riêng phần của nó. Trên thành ống và đỉnh ống có vi khuẩn

N

thành ống và đỉnh ống bị ẩm ướt H2S sẽ hòa tan vào lớp nước trên thành và đỉnh ống

N

Thiobacillus, vi khuẩn này sẽ oxi hóa H2S thành H2SO4. Do trong điện thiếu khí, lượng

U Y

H2SO4 sinh ra ngày càng đậm đặc và ăn mòn các đường ống cấp thoát nước kể cả đường

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

G

Đ

ẠO

TP

.Q

ống bê tông.

ÀN

TO

Hình 2: Quá trình oxi hóa H2S thành H2SO4 trong đường ống. [1]

Đ

2. Các phương phương pháp phân tích H2S:

D

IỄ N

2.1.

Phương pháp sắc ký khí:

Nguyên tắc: Là quá trình tách các chất trong cột tách ở trạng thái khí, vi vậy chỉ tách được hỗn

hợp chất khí. Trong sắc ký khí pha tĩnh là chất rắn, pha động là chất khí hay hỗn hợp khí.

8

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Người ta dùng muội grafit có diện tích bề mặt riêng khoảng 100m2/g để làm chất nhồi cột. Cột này có khả năng phát hiện các khí độc có lưu huỳnh như SO2, H2S, (CH3)2S…

Phương pháp Metylen xanh:

N

2.2.

H

Ơ

N

Có thể phát hiện ở nồng độ vài chục ppb.

.Q

U Y

Nguyên tắc [4]:

TP

Dựa trên phản ứng xảy ra giữa H2S và N,N’- dimethyl-p-phenylenediamin với sự

ẠO

hiện diện của dung dịch FeCl3 thành metylen xanh. Xác định lượng Sunfua thông qua

Đ

việc đo độ hấp thu metylen xanh trong nước hoặc màu peclorate trong dung dịch chiết

G

H Ư

N

cho độ hấp thu cực đại ở λ= 670nm đồng thời có độ hấp thụ ở 740nm do sự hình thành liên kết ion giữa metylen xanh và FeCl3. Trong thực tế độ hấp thu của metylen xanh trong

TR ẦN

nước ở bước sóng 655-670 nm và của màu perclorat ở môi trường chloroform là 650nm.

Giới hạn xác định củ Sufua trong dung dịch nước là 2µg/L. Lượng metylen xanh tạo

10 00

B

thành còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ cao, phản ứng tổng hợp màu xả ra nhanh chóng nhưng đi kèm sự mất mát H2S, khi nhiệt độ thấp sự mất mát H2S không đáng kể

2.3.

Ó

A

nhưng phản ứng xả ra rất chậm.

Phương pháp cực phổ xung vi phân:

H

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

bằng chloroform hoặc metylen xanh chiết bằng nitrobenzene. Metylen xanh hình thành

-L

Í-

Nguyên tắc [4]:

ÁN

Khi có mặt sunfua trong dung dịch, tiến hành ghi sóng anot của Hg trên điện cực

TO

chỉ thị giọt thủy ngân thu sóng oxi hóa của Hg theo phản ứng:

Dựa vào cường độ sóng thu được ta sẽ xác định được hàm lượng sunfua trong

IỄ N

Đ

ÀN

Hg – 2e + S2- = HgS

D

dung dịch.

Do sunfua dễ bị oxi hóa bởi oxi nên trước khi tiến hành ghi phổ phải oxi bằng khí

trơ để tránh S2- chuyển thành dạng khí thất thoát vào không khí. Dung dịch nền NaOH có 9

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

nồng độ khá lớn (0,1M trở lên) thường được sử dụng. Trong trường hợp này sóng anod của Hg có đỉnh khoảng -0,7V so với điện cực so sánh Ag/AgCl/KCl 3M. Bên cạnh kỹ

N

thuật xung vi phân, các kỹ thuật khác như sóng vuông, xoay chiều cũng cho phép xác

N

H

Ơ

định sunfua với độ nhạy cao.

.Q

Phương pháp điện thế trực tiếp sử dụng điện cực chọn lọc ion S2-:

TP

2.4.

U Y

Phương pháp này cho phép xác định sunfua đến khoảng 10-6M.

ẠO

Nguyên tắc:

Đ

Trước tiên tiến hành dựng đường chuẩn với các dung dịch sunfua chuẩn, sau đó

G

H Ư

N

Do sunfua ở môi trường trung tính và axit sẽ bị chuyển thành H2S và thoát ra không khí nên phải chuyển dung dịch về môi trường kiềm rồi lập đường chuẩn. Mặt khác để tránh

TR ẦN

sự oxi hóa của oxi, các dung dịch cũng như nước cất cần đuổi oxi trước bằng khí trơ.

Dung dịch nền thường gồm NaOH để tạo môi trường kiềm và ascobat Natri để chống lại

10 00

B

sự oxi hóa sunfua.

Ó

Phương pháp Iod (chuẩn độ ngược)

H

2.5.

A

Phương pháp này cho phép xác định sunfua từ 5.10-6M đến 10-1M.

Nguyên tắc:[5]

Í-

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

ghi thế của dung dịch xác định và từ đó suy ra nồng độ của ion S2- trong dung dịch mẫu.

-L

Xác định S2- dạng tự do (hay dạng kết tủa ZnS) tác dụng với một lượng I2 dư xác

TO

ÁN

định, sau đó chuẩn độ I2 còn thừa bằng dung dịch Na2S2O3. Phản ứng chuẩn độ:

ÀN

I2 + S2- ==== S + 2I-

D

IỄ N

Đ

Hoặc I2 + ZnS ==== S + ZnI2 Dung dịch cũng cần đuổi oxi bằng khí trơ để hạn chế quá trình oxi hóa sunfua. Để

hạn chế S2- chuyển sang các dạng khác, ta đưa S2- chuyển sang dạng kết tủa ZnS có thể

lưu trữ trong một thời gian. Dùng chỉ thị hồ tinh bột để xác định điểm cuối dung dịch.

10

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Phương pháp này cho phép xác định các dung dịch mẫu có nồng độ S2- >1mg/L. Phương pháp khối lượng: [1]

Ơ

Khi nồng độ H2S cao ta chuyển H2S thành H2SO4 sau đó xác định lượng SO42- rồi

N

2.6.

N

H

suy ra nồng độ H2S ban đầu. Khía cạnh định lượng của phương pháp này phụ thuộc vào

U Y

khả năng kết hợp của Ba2+ với SO42- để hình thành kết tủa BaSO4. Để kết tủa hoàn toàn ta

TP

loại trừ kết tủa BaCO3 có thể xảy ra đối với nước có độ kiềm cao.

.Q

cho một lượng BaCl2 dư vào nước đã được axit hóa với HCl và giữ ở gần điểm sôi, để

ẠO

Kết tủa BaSO4 có độ tan nhỏ (K=10-10) và các kết tủa tạo thành có dạng keo, keo

N

G

mẫu để chuyển tất cả dạng keo về dạng tinh thể có thể tách được bằng phương pháp lọc.

H Ư

Tinh thể BaSO4 rất nhỏ vì vậy phải lựa chọn giấy lọc phù hợp. Khi lọc phải lọc cẩn thận,

TR ẦN

đảm bảo toàn bộ kết tủa phải được giữ lại, các muối khác được loại bỏ bằng cách rửa. Kết tủa BaSO4 sau khi lọc được xác định bằng cách cân khối lượng tro sau khi đốt để phân

B

hủy giấy lọc, hoặc cân cùng với giấy lọc rồi sau đó trừ đi khối lượng giấy lọc đã được cân

10 00

ban đầu.

2.7.

Ó

A

Phương pháp này cho phép xác định đối với mẫu có nồng độ lớn hơn 10mg/L. Phương pháp đo độ đục: [1]

H

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

Đ

này khó tách ra bằng các phương pháp lọc thông thường. Để khắc phục ta gia nhiệt các

-L

Í-

Xác định hàm lượng sulfate bằng cách đo độ đục dựa trên sự hình thành BaSO4

ÁN

dạng keo sau khi thêm BaCl2 vào mẫu. Để tăng hiệu quả hình thành keo BaSO4 tao cho vào dung dịch đệm axit chứa các MgCl2, KNO3, CH3COONa và CH3COOH. Bằng việc

TO

chuẩn hóa phương pháp tạo keo BaSO4 lơ lửng, sulfate được xác định theo cách này đáp

ÀN

ứng được nhiều mục đích khac nhau. Phương pháp này cho kết quả rất nhanh và ứng

Đ

dụng rộng rãi. Để số liệu được chính xác, trong khi thực hiện phép đo luôn phải sử dụng

D

IỄ N

mẫu chuẩn để loại bỏ các sai số có thể xảy ra do thao tác và các chất thêm vào.

Phương pháp này cho phép xác định đối với mẫu có nồng độ lớn hơn 10mg/L.

11

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Phân tích hàm lượng H2S trong các sản phẩm bia rượu.

G N H Ư TR ẦN B 10 00

Ó

A

Phương pháp này sử dụng sensor [6] để xác định hàm lượng H2S dạng hơi nằm cân bằng với lượng H2S trong dung dịch lỏng ở nhiệt độ xác định. Lượng H2S trên pha

H

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

2.8.

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

-L

Í-

hơi tỷ lệ thuận với nồng độ H2S hòa tan trong mẫu. (hình trên). Thiết bị sử dụng là máy J605 Hydroen Sulfide Analyzer được kết nối với bình chứa mẫu. Bình chứa mẫu phải

ÁN

được hút chân không để tránh sunfua bị oxi hóa, sau đó mẫu được khuấy và gia nhiệt,

ÀN

TO

thiết bị được tự động lấy mẫu và do tự động.

Đ

Phương pháp này có thể xác định hàm lượng H2S trong bia với nồng độ thấp nhất

D

IỄ N

5ppb.

12

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tài liệu tham khảo: Mai, H.N.P., Sulfate. Green Eye Environment, 2011. 8: p. 1-6.

2.

#3, T.B., Overview of H2S. Qmax Solution INC, 2010.

3.

http://www.hoahocngaynay.com. 18/09/2013].

4.

Sơn, N.T., Giáo Trình Hóa Phân Tích2007: Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội.

5.

Vân, N.T.T., Thí nghiệm Phân Tích Định Lượng2011: Đại Học Quốc Gia TP.HCM.

6.

James A. Moore, G.M.R., HYDROGEN SULFIDE IN BEER AND WINE. Arizona

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

1.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

G

Đ

ẠO

Instrument LLC, 2012.

13

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC --------------------------------

Tiểu luận phương pháp phân tích công cụ Đề tài: Các phương pháp phân tích khí CO trong môi trường

Giảng viên: TS. Huỳnh Khánh Duy Học viên thực hiện: Dương Minh Mẫn

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Sơ lược về carbon monoxide ................................................................................................................ 3

2.

Các phương pháp phân tích khí CO hiện nay ....................................................................................... 3

Phân tích theo độ dẫn nhiệt của khí ...................................................................................... 3

2.1.2.

Phân tích theo sự cháy của cấu tử cần phân tích ................................................................... 5

2.1.3.

Phân tích khí theo độ từ thẩm của khí ................................................................................... 6

TP

.Q

U Y

N

2.1.1.

Phân tích khí theo khả năng hấp thụ bức xạ.................................................................................. 8

2.3.

Phương pháp quang phổ định lượng ............................................................................................. 9

ẠO

2.2.

Đ

Xác định nồng độ khí CO bằng phương pháp sắc ký khí.................................................................... 10 Phạm vi áp dụng.......................................................................................................................... 10

3.2.

Nguyên tắc .................................................................................................................................. 10

3.3.

Nguyên vật liệu ........................................................................................................................... 10

H Ư

N

G

3.1.

Các khí ................................................................................................................................ 10

3.3.2.

Các hỗn hợp khí chuẩn........................................................................................................ 10

3.3.3.

Nguyên vật liệu cho chuyển hóa sắc ký khí ........................................................................ 11

B

Thiết bị ........................................................................................................................................ 11

10 00

3.4.

TR ẦN

3.3.1.

Cột ....................................................................................................................................... 11

3.4.2.

Lò chuyển hóa ..................................................................................................................... 11

3.4.3.

Hệ thống nạp mẫu ............................................................................................................... 12

Ó

H

Í-

Qui trình ...................................................................................................................................... 12

-L

3.5.

A

3.4.1.

3.5.1.

Chuẩn bị ống chuyển hóa .................................................................................................... 12

3.5.2.

Luyện lò chuyển hóa ........................................................................................................... 12 Lập đường nền và thời gian lưu .......................................................................................... 13

3.5.4.

Hiệu suất chuyển hóa .......................................................................................................... 13

ÀN

TO

3.5.3.

ÁN

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

3.

Phương pháp phân tích điện .......................................................................................................... 3

H

2.1.

Ơ

1.

N

Mục lục

Xác định .............................................................................................................................. 14

Đ

3.5.5.

Trình bày kết quả ........................................................................................................................ 14

D

IỄ N

3.6.

2

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

.Q

U Y

N

H

Ơ

Carbon monoxide (CO) là một trong những chất gây ô nhiễm không khí phổ biến và phát tán rộng rãi nhất. Khí CO không màu, không mùi và không vị. Khí CO tan kém trong nước. Khí CO có tỉ trọng nhỏ hơn so với không khí. Khi vào trong cơ thể người nó dễ dàng phản ứng với haemoglobin tạo thành carboxyhaemoglobin. Tiếp xúc với khí CO là một trong những nguyên nhàn hàng đầu gây ngộ độc và tử vong một cách không chủ ý.

N

1. Sơ lược về carbon monoxide

Đ

ẠO

TP

Lượng khí CO thải ra toàn cầu hàng năm vào bầu khí quyển được ước tính khoảng 2,6 tỷ tấn, trong đó 60% là do các hoạt động của con người gây nên và 40% là do các quá trình trong tự nhiên. Nguồn phổ biến sản xuất khí thải CO là từ động cơ đốt trong, các quá trình công nghiệp, nhà máy nhiệt điện sử dụng than đá và chất thải của lò đốt.

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

G

Nồng độ khí CO trên toàn cầu vào khoảng 0,05-0,12 ppm. Mỗi năm nồng độ này gia tăng khoảng 1-2% ở tầng đối lưu. Nồng độ xung quanh khu vực đô thị phụ thuộc nhiều vào mật độ xe, địa hình và thời tiết.

2. Các phương pháp phân tích khí CO hiện nay

Ó

A

Phân tích hóa học Phân tích điện Phân tích quang phổ

H

-

10 00

B

Để phân tích khí có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau, co thể phân thành 3 nhóm:

TO

ÁN

-L

Í-

Phương pháp phân tích hóa học có ưu điểm là cho kết quả chính xác nhưng thời gian phân tích lâu, dụng cụ cồng kềnh và dễ vỡ, thường chỉ áp dụng trường hợp đòi hỏi kết quả phân tích chính xác cao. Phương pháp phân tích điện, tuy cho kết quả chính xác thấp nhưng thời gian phân tích nhanh đáp ứng kịp thời yêu cầu công nghệ.

D

IỄ N

Đ

ÀN

2.1.

Phương pháp phân tích điện Phương pháp phân tích điện bao gồm: phân tích theo độ dẫn nhiệt, độ từ thẩm, khả năng hấp thụ bức xạ ánh sáng … của chất khí cần phân tích.

2.1.1. Phân tích theo độ dẫn nhiệt của khí Phương pháp phân tích khí theo độ dẫn nhiệt của chất khí dựa vào sự khác nhau về độ dẫn nhiệt của các chất khí. Một chất khí ở điều kiện nhất định có 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

một độ dẫn nhiệ nhất định và độ dẫn nhiệt của hỗn hợp phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của các cấu tử.

U Y

N

H

Ơ

N

Bảng 2.1độ dẫn nhiệt tương đối của một số chất khí so với không khí

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

G

Đ

ẠO

TP

.Q

Thiết bị phân tích khí theo độ dẫn nhiệt của chất khí có bộ phận cơ bản là một buồng đo có dạng hình trụ bên trong căng một sợi dây bạch kim

TR ẦN

Hình 2.1 Thiết bị đo khí theo độ dẫn nhiệt 1)Buồng đo 2)Dây bạch kim

10 00

B

Khi cho dòng không khí chuyển động chậm đi qua buồng đo, cấp điện để nung nóng dây bạch kim sao cho nhiệt độ dây td = 1000C , khi đó nhiệt độ thành buồng

-L

Í-

H

Ó

A

đo là tb. Khi phân tích, cho dòng khí cần phân tích chuyển động qua buồng đo, do độ dẫn nhiệt của khí cần phân tích khác không khí nên nhiệt độ dây bạch kim thay đổi. Căn cứ độ sai lệch của nhiệt độ dây có thể xác định được thành phần khí phân tích.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

Độ dẫn nhiệt của khí xác định theo công thức:

Trong đó: D - đường kính buồng đo. d - đường kính dây bạch kim.

4

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

l - chiều dài dây. Δt - độ chênh lệch giữa nhiệt độ dây và nhiệt độ thành bình: Δt = td –tb

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

Loại bỏ các đại lượng ổn định ta có quan hệ λ = f(td)

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

G

Đ

ẠO

Khi nhiệt độ dây thay đổi (thường trong phạm vi ±50C) thì điện trở của dây Rd thay đổi theo, để đo nhiệt độ dây người ta dùng cầu cân bằng (hình 2.2). Cầu cân bằng gồm hai điện trở so sánh R4 và R2, các điện trở R1 và R3 là hai buồng đo. Điện trở Rp là điện trở điều chỉnh dòng đi qua các biến trở, R0 là điện trở điều chỉnh điểm 0.

H

Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống phân tích khí

-L

Í-

2.1.2. Phân tích theo sự cháy của cấu tử cần phân tích

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

Phương pháp phân tích khí theo sự cháy của cấu tử cần phân tích được dùng để phân tích tổng lượng khí (CO + H2).

5

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

.Q

Hình 2.3. Hệ thống đo hỗn hợp khí CO và H2

U Y

N

H

Ơ

N

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

G

Đ

ẠO

TP

Sơ đồ nguyên lý của thiết bị trình bày trên hình 2.3. ở đây R3 là buồng đo có dây bạch kim được nung nóng lên tới nhiệt độ 300 - 400oC. Nguyên lý hoạt động: Khí cần phân tích được dẫn qua buồng đo R3, nhờ xúc tác bạch kim, xẩy ra phản ứng:

TR ẦN

Nếu hàm lượng (CO + H2) thay đổi 1% thì nhiệt độ dây thay đổi 125 - 150oC.

B

Thiết bị phân tích khí loại này cho kết quả chính xác không cao, sai số thường > 2,5%.

Bảng 2.2 Độ từ thẩm của chất khí (µ) .

Sơ đồ thiết bị phân tích trình bày trên hình 2.4a

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

2.1.3. Phân tích khí theo độ từ thẩm của khí Phương pháp phân tích khí theo độ từ thẩm của khí dựa trên tính chất từ của các loại khí. Chất khí nào có độ từ thẩm lớn sẽ bị nam châm hút, còn chất khí nào có độ từ thẩm thấp không chịu tác động của từ trường. Phương pháp này thường dùng để phân tích thành phần oxy trong hỗn hợp.

6

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

G

Đ

Hình 2.4. Sơ đồ thiết bị phân tích khí theo độ từ thẩm

H Ư

N

a)Sơ đồ cấu tạo buồng đo b) Sơ đồ hệ thống đo

B

TR ẦN

Thiết bị đo gồm buồng đo hình tang trống (1) có hai cửa, cửa trên để dẫn khí vào, cửa dưới để dẫn khí ra. Trong buồng đo bố trí màn chắn (2), điện trở R6 và R7 bằng dây bạch kim, nam châm (3) và cực từ giả (4) có hình dáng giống với nam châm (3) nhằm tạo ra sự đối xứng về truyền nhiệt.

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

Nguyên lý hoạt động: dòng khí cần phân tích được dẫn vào buồng đo bị tấm chắn (2) tách thành hai dòng. Dòng khí bên trái không chịu tác động của nam châm đi dọc thành buồng đo tới cửa ra. Dòng khí bên phải chịu lực hút của nam châm (3) đi qua điện trở R6 đã được nung nóng sau đó tới cửa ra. Do dòng khí lạnh liên tục đi qua, nhiệt độ điện trở R6 giảm. Căn cứ vào độ chênh nhiệt độ của điện trở R6 và R7 có thể xác định được thành phần của khí cần phân tích.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

Để đo độ chênh nhiệt độ dây sử dụng hệ thống đo có sơ đồ như hình 5.4b. Phần (A) là buồng đo, R là biến trở đo, K là bộ khuếch đại, (ĐC) là động cơ xoay chiều liên kết động với kim chỉ và con chạy của biến trở đo R. Các điện trở R6 và R7 của buồng đo được nung nóng từ nguồn điện ~20V. Khi chưa cho dòng khí đi qua, nhiệt độ của hai điện trở R6 và R7 bằng nhau do đó điện trở của chúng bằng nhau, điều chỉnh R để cho Us = Uc . Khi đó ∆U = Us – Uc = 0 , động cơ (ĐC) đứng yên và kim chỉ chỉ 0. Khi cho dòng khí đi qua, nhiệt độ của điện trở R6 giảm xuống, Uc thay đổi và Uc ≠ US => ∆U = Us – Uc ≠ 0, chênh áp qua khuếch đại (K) cấp điện cho động cơ (ĐC), động cơ quay kim chỉ và dịch con chạy của biến trở (R) cho đến khi Us = Uc.

7

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Phân tích khí theo khả năng hấp thụ bức xạ

Ơ

Phân tích khí theo khả năng hấp thụ bức xạ dựa trên hiện tượng hấp thụ có chọn lọc các tia bức xạ của các chất khí, đặc biệt là bức xạ hồng ngoạiSơ đồ nguyên lý của thiết bị trình bày trên hình 5.5.

N

2.2.

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Nguyên lý hoạt động: khi phân tích, dây điện trở (3) được nung nóng đến nhiệt độ 700 - 800oC để tạo ra ánh sáng đỏ, đĩa (5) trên đó có các lỗ trống quay với vận tốc n = 6 vòng/s. Luồng bức xạ gồm các bức xạ mà tất cả các chất khí không cần phân tích hấp thụ (ký hiệu bằng mũi tên tô đậm) và các bức xạ chỉ bị chất khí phân tích hấp thụ (ký hiệu bằng mũi tên không tô đậm) qua gương cầu (4) và các lỗ trống của đĩa quay tạo ra xung ánh sáng đi xuống các buồng chứa khí. Khi đi qua các bình chứa khí do bình chế tạo bằng florin nên hầu như bình không hấp thụ ánh sánh đỏ.

Hình 2.5. Sơ đồ thiết bị phẩn tích khí theo khả năng hấp thụ bức xạ

D

IỄ N

1) Nguồn điện 2) ổn áp 3) Dây điện trở nicrôm 4) Guơng cầu 5) Đĩa quay 6) Động cơ điện 7) Chỉnh lưu cơ khí 8) Bình chứa khí sạch 9) Bình chứa khí cần phân tích 10) Bình chứa các khí không cần phân tích 11) Hệ thống guơng phản xạ 12) Micrôvôn 13) Bộ khuếch đại 14) Đồng hồ đo thứ cấp

8

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Phương pháp quang phổ định lượng

ẠO

2.3.

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

Luồng bức xạ bên trái đi qua buồng (8) chứa không khí sạch nên không bị hấp thụ, luồng bức xạ bên phải đi qua buồng (9) chứa chất khí phân tích một phần bức xạ bị hấp thụ. Khi đi qua buồng (10) tất cả bức xạ mà các chất khí không cần phần tích hấp thụ sẽ bị hấp thụ hoàn toàn. Như vậy sau khi đi qua buồng (10) luồng bức xạ bên trái và bên phải chỉ còn những bức xạ mà chất khí phân tích hấp thụ nhưng cường độ khác nhau. Nhờ hệ thống gương phản xạ hai luồng bức xạ trên được hướng vào hai mặt của một micrôvôn, do năng lượng bức xạ của hai luồng khác nhau nên tạo ra tín hiệu sai lệch. Tín hiệu sai lệch sau khi được khuếch đại nhờ bộ khuếch đại (13) làm dịch chuyển con chạy biến trở để thay đổi dòng điện cung cấp cho dây nicrôm (3)và cấp tín hiệu cho đồng hồ đo (14). Toàn bộ hệ thống được đặt trong buồng điều nhiệt.

N

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

G

Đ

Thiết bị phân tích khí bằng quang phổ gồm buồng ion hóa (1), buồng từ trường (3), cảm biến (5), bộ khuếch đại (6) và dụng cụ đo (7). Hai thành buồng ion hóa được đặt dưới một điện áp U.

H

.

-L

Í-

Hình 2.6. Sơ đồ thiết bị phân tích khí bằng quang phổ

5) Cảm biến 6) Khuếch đại 7) Dụng cụ đo

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

1) Buồng inon hóa 2) Buồng từ trường 3&4) Khe hở

Nguyên lý hoạt động: khí phân tích được chứa vào buồng (1) dưới áp suất thấp, bị bắn phá bởi dòng điện tử (e) và bị ion hóa. Dưới tác dụng của điện trường E do điện áp U gây ra, các ion chất khí chuyển động về phía thành dưới của buồng và có một luồng đi qua khe hở (2) vào buồng từ trường (3) theo quán tính. Dưới tác dụng của từ trường vuông góc (B), các ion chuyển động theo những quỹ đạo cong với bán kính cong (r) khác nhau, phụ thuộc vào cường độ điện trường E cường độ từ trường (B), cũng như khối lượng (m) và điện tích (e) của ion, trong đó m và e là 9

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

hai nhân tố thuộc bản chất chất khí. Bằng cách thay đổi E và B ta có thể hướng những chùm ion khác nhau đi qua khe hở (4) tới cảm biến (5). Tín hiệu từ cảm biến (5) qua bộ khuếch đại (6) được đưa tới dụng cụ đo (7).

N

H

Ơ

N

3. Xác định nồng độ khí CO bằng phương pháp sắc ký khí 3.1. Phạm vi áp dụng

Nguyên tắc

ẠO

3.2.

TP

.Q

U Y

Phương pháp này được dùng để đo những nồng độ CO nhỏ hơn 25 mg/m3, nhưng cũng có thể dùng để đo nồng độ CO lớn đến 1000mg/m3 ở nhiệt độ 250C và áp suất 101,3kPa.

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

G

Đ

Cho một thể tích khí xác định mẫu không khí đi qua cột sắc ký để tách CO ra khỏi các thành phần không khí khác. Khử CO vừa tách được thành methane bằng dòng khí Hydro trên xúc tác Ni. Tín hiệu sắc ký nhận được tỷ lệ với lượng CO có trong mẫu.

TR ẦN

3.3. Nguyên vật liệu 3.3.1. Các khí

-

10 00

B

Lượng ẩm tối đa phải nhỏ hơn 10mg/m3, nồng độ hydrocarbon toàn phần tính theo methane phải nhỏ hơn 0,1mg/m3 và CO phải nhỏ hơn 0,1g/m3.

Hydro

Không khí

-L

-

Í-

H

Ó

A

Hydro được sử dụng làm khí mang trong tách sắc ký khí, làm chất khử CO thành methane và cũng cần cho hoạt động của detector ngọn lửa ion hóa.

Heli và Nito

Đối với một số đầu đốt, khí nito hoặc heli hoặc hỗn hợp cả hai khí này thêm vào khí đốt để cho độ nhạy và độ ổn định đạt mức tối đa.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

-

ÁN

Không khí cần cho hoạt động của detector ngọn lửa ion hóa.

3.3.2. Các hỗn hợp khí chuẩn - Methane trong không khí Một hỗn hợp tiêu chuẩn khí methane trong không khí cần cho việc đo hiệu suất chuyển hóa. Nồng độ của hỗn hợp khí methane phải được biết chính xác đến 10

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Carbon monoxide trong không khí

U Y

-

N

H

Ơ

Tìm hiệu suất chuyển hóa bằng cách so sánh diện tích các pitch thu được từ hỗn hợp khí methane đã biết với hỗn hợp khí carbon monoxide đã biết. Diện tích của các pitch này có tỉ lệ giống như tỉ lệ của các nồng độ của methane và CO nếu như toàn bộ CO chuyển hóa thành methane.

N

1% và phải gần với nồng độ cao nhất của hỗn hợp khí tiêu chuẩn CO được dùng để chuyển hóa.

ẠO

TP

.Q

Những hỗn hợp tiêu chuẩn của CO trong không khí hoặc Nito (chính xác đến 1%) được dùng làm các khí chuẩn. Cần sử dụng ít nhất 4 nồng độ khác nhau trong dải nồng độ cần đo, nghĩa là những nồng độ bắng 0, 20%, 50%, 80% của toàn bộ thang đo.

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

G

Đ

3.3.3. Nguyên vật liệu cho chuyển hóa sắc ký khí

TR ẦN

H Ư

N

Niken hydrat và hexahydrat được sử dụng cho nhồi cột chuyển hóa phải tinh khiết ở mức thuốc thử. Nguyên liệu nhồi cột chuyển hóa là diatomite có cỡ hạt 0,125 mm đến 0,15mm (từ 100 đến 200 mesh ASTM).

B

Nguyên liệu nhồi cột tách sắc ky cỡ hạt từ 0,18mm đến 0,25mm (từ 60 đến 80 mesh ASTM).

Thiết bị

A

3.4.

10 00

Nếu các cỡ hạt khác được sử dụng, phải nõi rõ tính tương đương của chúng.

ÁN

-L

Í-

H

Ó

Dùng một mấy sắc ký khí với detector ngọn lửa ion hóa (FID), nếu có một hệ tự đông lấy mẫu và phu mẫu thì có thể lấy và cùng phân tích hàng loạt mẫu gián đoạn. Khoảng đo của thiết bị được sử dụng phải phù hợp với khoảng nồng độ của khí cần đo.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

3.4.1. Cột

Dùng cột sắc ký khí để tách CO ra khỏi các thành phần khác có trong mẫu. Điều quan trong là các nguyên liệu nhồi cột không thường xuyên giữ nước vì cột sẽ được rửa ngược giữa các lần phun mẫu. Carbon monoxide được tách và đưa đến lò chuyển hóa, còn cột được rửa ngược để chuẩn bị cho mẫu tiếp theo.

3.4.2. Lò chuyển hóa Carbon monoxide phản ứng với hydro và có xúc tác Ni nóng sẽ chuyển hóa thành methane theo phản ứng sau 11

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

H Ư

N

Hình 3.1. Lò chuyển hóa

G

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

CO + 3H2 = CH4 + H2O

TR ẦN

3.4.3. Hệ thống nạp mẫu

Đưa mẫu khí vào hệ thống sắc ký khí bằng một vòng mẫu có dung tích thích hợp và một van phun mẫu.

Qui trình

Ó

A

3.5.

10 00

B

Một bơm nhỏ để lấy mẫu có khả năng hút khoảng 100cm 3/min không khí qua vòng mẫu.

H

Trong khi đo carbon monoxide cần phải lưu ý những đặc trưng sau:

ÁN

-L

Í-

Khoảng những nồng độ dự kiến Tín hiệu đo sắc kí và nồng độ tối thiểu có thể phát hiện so với tín hiệu nhiễu Số mẫu gián đoạn được đo trong một đơn vị thời gian Độ trôi điểm “không” và thời gian trôi Độ lập lại các phép đo Hiệu suất chuyển hóa Khoảng nhiệ độ ở đó các mẫu sẽ được lấy Chuẩn bị ống chuyển hóa Nhồi diatomite đã xử lý với niken nitrate vào một ống thép không ri.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

3.5.1.

3.5.2. Luyện lò chuyển hóa

12

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Lắp ráp hệ thống lấy mẫu, ống chuyển hóa và máy sắc ký. Điều chỉnh hệ thống ở cách thức không phun. Nút điều khiển tự động được để ở vị trí không hoạt động ở giai đoạn này.

N

Bật máy sắc ký khí và điều chỉnh như hướng dẫn của hãng sản xuất.

H

Ơ

Bật lò chuyển hóa và điều chỉnh đến nhiệt độ 2600C.

U Y

N

Vận hành hệ thống trong một thời gian đủ dài để thu được một đường nền ổn định

TP

.Q

Bật bơm lấy mẫu và nối một hỗn hợp khí chuẩn có nồng độ nằm trong khoảng muốn đo với lỗ lấy mẫu vào.

G

Đ

ẠO

Dùng tay chuyển hệ thống từ cách không phun sang cách phun. Ghi lại khoản thời gian từ lúc phun mẫu đến lúc ra hết vết carbon monoxide.

N H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

3.5.3. Lập đường nền và thời gian lưu

TR ẦN

Chọn phạm vi nồng độ của carbon monoxide từ 0 đến 1 mg/m3 hoặc từ 0 đến 25 mg/m3 và thiết lập đường nền của khí mang như sau:

10 00

B

Nối lỗ lấy mẫu vào nguồn cấp không khí “không”. Gia nhiệt trong một thời gian đủ để đạt được một đường nền ổn định. Nối hỗn hợp khí chuẩn có nồng độ nằm gần mức trên của khoảng nồng độ cần đo. Với lỗ lấy mẫu vào.

Ó

A

Dùng ít nhât 4 hỗn hợp khí chuẩn, bao gồm cả không khí “không” có nồng độ phủ kín khoảng nồng độ cần đo để xác định đường chuẩn.

TO

ÁN

-L

Í-

H

Nối lần lượt từng bình đựng khí chuẩn với lỗ vào của vòng mẫu. Cho mỗi dòng khí đi vào cho đến khi vòng lấy mẫu được rửa sạch khỏi mẫu đo trước và chứa đầy khí muốn đo. Để cho khí lên tời bằng áp suất xung quanh và phun. Vận hành hệ thống phân tích sao cho lượng khí CO của mẫu ở trong vòng lấy mẫu đi qua cột sắc ký khí và ống chuyển hóa để đến detector. Với mỗi hỗn hợp khí chuẩn phải phân tích ít nhất 3 lần để đảm bảo độ chính xác và tin cậy.

D

IỄ N

Đ

ÀN

3.5.4. Hiệu suất chuyển hóa Dùng methane trong không khí để đo hiệu suất chuyển hóa. Nồng độ methane phải nằm ở đoạn cao của khoảng nồng độ CO cần đo.

Hỗn hợp methane này được đo và diện tích pitch của nó được so sánh với diện tích pitch của hỗn hợp khí chuẩn CO có cùng nồng độ. Tỉ lệ của các diện tích

13

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

pitch đo được phải giống với tỉ lệ nồng độ của methane và CO. Đó là hiệu suất chuyên hóa và hiệu suất này phải > 95%.

Trình bày kết quả

.Q

3.6.

U Y

N

H

Ơ

Dùng bơm lấy mẫu hút liên túc khí qua vòng mẫu và đường vòng của nó. Lưu lượng của dòng khi mẫu đủ để làm sạch và làm đầy vòng mẫu. Vào những thời điểm thích hợp trong chương trình lấy mẫu, khí chứa trong vòng mẫu sẽ được phun tự động và hệ thống sắc ký khí để đo hàm lượng carbon monoxide.

N

3.5.5. Xác định

ẠO

TP

Xác định nồng độ khí CO bằng cách so sánh các diện tích pitch thu được từ các hỗn hợp khí chuẩn và mẫu.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : tuhoahocqn@hotmail.com

G

Đ

4. Tài liệu tham khảo - Dean’s analytical chemistry handbook second edition, Pradyot Patnaik - Methods of Air Sampling and Analysis third edition, James P.Lodge - Phân tích định lượng, Nguyễn Thị Thu Vân

14

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial