Необходимость применения инертного покрытия

Необходимость применения инертного покрытия

Аналогия с хроматографией

Чтобы понять механизм работы инертного покрытия, полезно сравнить транспорт анализируемого газа с транспортом пробы в колонке хроматографа.

В газовом хроматографе, проба малого объема вводится в систему где проба прокачивается через капиллярную колонку в токе инертного газа. Капиллярные колонки имеют средние значения внутреннего диаметра 0.01 мм и длины 10 м. Таким образом, соотношение длины к внутреннему диаметру 10000.

В промышленном поточном анализаторе, транспорт анализируемой пробы (к примеру, H₂O) в потоке метана, происходит по линиям подготовки пробы средней длиной 35-40 м и внутренним диаметром 3,5 мм, что дает соотношение длины к внутреннему диаметру 10000! Пока газ проходит по линиям подготовки пробы, его компоненты адсорбируются и десорбируются так же как в случае хроматографической колонки.

В итоге, как и в хроматографии, составы газа на входе и выходе системы подготовки пробы могут значительно отличаться, и в показаниях прибора наблюдается значительная задержка.

Аналогия с хроматографией очень полезна – она позволяет интуитивно применить физико-химические закономерности хроматографии на системы подготовки пробы.

Так, на системы подготовки пробы можно перенести основные закономерности хроматографии.

Неровная загрязненная поверхность приводит к удлинению пика или его исчезновению (эффект от использования необработанной стали в системах подготовки пробы или при отборе пробы H₂S в стальные баллоны).

Увеличение температуры ведет к ускорению отклика, и температура должна строго контролироваться. Чистые гладкие поверхности приводят к лучшему отклику колонок (электрополировка в случае систем подготовки пробы).

Для лучшего отклика системы следует использовать инертное покрытие колонки (покрытие аморфным кремнием в случае систем подготовки пробы).

Адсорбция, десорбция и массоперенос

Поверхность нержавеющей стали представляет собой смесь разных соединений и оксидов. Для простоты, можно разделить поверхность стали на два вида адсорбционных центров активных и неактивных в отношении измеряемого компонента.

Скорость адсорбции из газовой фазы на поверхности стали пропорциональна концентрации молекул адсорбата в газовой фазе и количеству свободных адсорбционных центров на поверхности стали и описывается закономерностями уравнения Ленгмюра. Соответственно, от количества адсорбционных центров и концентрации адсорбата в газовой фазе зависит и десорбция.

Очевидно, что такой процесс как электрополировка приводит к сглаживанию и уменьшению площади поверхности и как следствие уменьшению количества адсорбционных центров. Однако, этого недостаточно, так как уменьшение числа адсорбционных центров помогает лишь снизить активность стали, но не меняет характера ее взаимодействия с гидрофильными газами и водой.

Поэтому, гидрофобизация поверхности стали является обязательной стадией подготовки стальных компонентов газоносных систем, где важны точность, воспроизводимость и максимальная инертность в отношении гидрофильных газов и воды.