Analysis of Trace (mg/kg) Thiophene in Benzene Using Two-Dimensional Gas Chromatography and Flame Ionization Detection

Význam tématu

Analýza stopového množství thiophenu v benzenu je klíčová pro petrochemický průmysl i kontrolu kvality, protože thiophen je běžná sírová nečistota ovlivňující účinnost katalyzátorů a kvalitu finálních produktů. Vzhledem k blízkým fyzikálním vlastnostem benzenu a thiophenu je třeba vyvinout metodu s dostatečnou selektivitou a citlivostí, která nebude vyžadovat drahé selektivní detektory.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo demonstrovat použití dvourozměrné plynové chromatografie (2D GC) s jednoduchým Deansovým přepínačem a běžným plamenovým ionizačním detektorem (FID) pro kvantifikaci thiophenu v benzenu v rozsahu mg/kg. Studie rovněž srovnala výsledky s metodou GC-AED se selektivní detekcí síry a prokázala, že 2D GC metodika poskytuje srovnatelnou přesnost a opakovatelnost.

Použitá instrumentace

• Agilent 6890N GC s kapilárním split/splitless vstupem, pneumatickým modulem (PCM) a Deansovým přepínačem
• Dva FID s EPC kontrolou
• Primární kolona INNOWax (60 m × 0,53 mm, 1 µm)
• Sekundární kolona HP-PLOT Q (15 m × 0,53 mm, 40 µm)
• Fixní omezovač průtoku ze silanizované kapiláry (0,58 m × 0,2 mm)
• Automatický vzorkovač Agilent 7683 ALS
• Řídicí software Agilent ChemStation
• GC-AED pro srovnávací analýzu

Použitá metodika

Vzorky a standardy (0,02–2 mg/kg thiophenu) byly připraveny ve vysoce čistém benzenu upraveném trojnásobnou rekrystalizací. Vstřikování 2–4 µL ve splitless režimu při 200 °C. Deansův přepínač přepouštěl eluát z primární kolony na sekundární v době 7,95–8,18 min, což vycházelo z přesného stanovení retence thiophenu (RT = 8,055 min; %RSD = 0,1). Po přesměrování probíhala sekundární separace na PLOT Q koloně při konstantním tlaku pro rozlišení thiophenu od zbytku benzenu.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda prokázala lineární odezvu FID v rozsahu kalibrace s korelačním koeficientem R = 0,9996. Preciznost retenčních časů a plochy píků byla lepší než 5 % RSD i při opakovaných měřeních během několika dnů. Pro dva reálné vzorky (komerčně dostupný benzén deklarovaný jako bez thiophenu a benzén pro výrobu styrénu) byly změřeny koncentrace 0,2 mg/kg (%RSD=2,2) a 0,06 mg/kg (%RSD=4,8). Výsledky se shodovaly s měřeními GC-AED (0,2 mg/kg, %RSD=1,0 a 0,05 mg/kg, %RSD=1,8). Kontrola možných interferencí z C8/C9 uhlovodíků prokázala, že 2D separace na PLOT Q koloně účinně oddělí případné přítomné uhlovodíky od thiophenu.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje použití ekonomického FID místo drahých selektivních detektorů bez kompromisů v citlivosti či přesnosti. Umožňuje současné stanovení kvality benzenu dle normy ASTM D4492 a stopových sírových látek v jednom běhu na jednom přístroji, čímž se zkracuje čas analýzy a snižují provozní náklady.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalšími směry mohou být automatizace optimalizace heart-cut časů softwarovými nástroji, integrace s hmotnostní spektrometrií pro rozpoznání neznámých sloučenin a rozšíření aplikace na jiná aromatická rozpouštědla či průmyslové toluenové frakce. Růst zájmu o nízké hladiny nečistot ve vysoce čistých chemikáliích podpoří širší adopci 2D GC s levnými detektory.

Závěr

Vyvinutá 2D GC metodika s Deansovým přepínačem a FID nabízí vysoce přesnou, opakovatelnou a cenově efektivní analýzu stopových množství thiophenu v benzenu. Metoda splňuje požadavky na citlivost a selektivitu, konkuruje detekčními technologiemi založenými na selekci síry a zároveň umožňuje komplexní analýzu kvality benzenu v jediném běhu.

Reference

• Annual Book of ASTM Standards, Vol. 06.04 „Paint - Solvents; Aromatic Hydrocarbons,“ ASTM D4492.
• McCurry J.D., Quimby B.D.: Two-dimensional Gas Chromatographic Analysis of Oxygenates and Aromatics in Gasoline Using a Heart-Cutting Technique, Agilent Technologies, 5988-6696EN, 2003.