超臨界流體是物質(zhì)在高于臨界壓力和臨界溫度時(shí)的一種狀態(tài),它具有氣體和液體的某些性質(zhì),具有氣體的低粘度、液體的高密度以及介于氣、液之間較高的擴(kuò)散系數(shù)等特征,SFC是GC和LC的補(bǔ)充, SFC可以解決氣液色譜分析的難題,它可以分析氣相色譜難汽化的不揮發(fā)性樣品,同時(shí)具有比高效液相色譜更高的效率,分析時(shí)間更短。
所謂超臨界水,是指當(dāng)氣壓和溫度達(dá)到一定值時(shí),因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度正好相同時(shí)的水。此時(shí),水的液體和氣體便沒有區(qū)別,完全交融在一起,成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的液體。安德...
超臨界水,是指當(dāng)氣壓和溫度達(dá)到一定值時(shí),因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度正好相同時(shí)的水。此時(shí),水的液體和氣體便沒有區(qū)別,完全交融在一起,成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的液體。安德里亞...
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范氏方程式的 p—V 等溫線的探究 祝鈞杰 摘要 范氏方程向我們闡明了壓力產(chǎn)生的實(shí)質(zhì), 隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步, 范氏方程的各種變形式被人 們研究和證實(shí), 比較常見的有過(guò)飽和蒸汽不液化、 過(guò)熱水和超零界流體的現(xiàn)象。 這些理論不 斷影響我們的生活,同時(shí)也被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn),生物醫(yī)療。 關(guān)鍵字 范氏方程 云霧室 過(guò)熱水滅菌 超零界流體 前言 課程中講述的范氏方程的 p—V 等溫線闡述了過(guò)飽和蒸汽不液化、 過(guò)熱水和超零界流體 的現(xiàn)象。而這些現(xiàn)象的具體成因和產(chǎn)生條件我們卻依舊一知半解。 因此經(jīng)過(guò)查閱資料深入理 解了過(guò)熱水等現(xiàn)象的產(chǎn)生條件,現(xiàn)象,及應(yīng)用。 正文 由范氏方程 可以看出此式為體積的三次方程式,因此每 一 p 值帶入上式應(yīng)得到三個(gè) Vm,有三種情況。(1)一個(gè)實(shí)數(shù)根兩個(gè)虛根( 2) 三個(gè)數(shù)值不同的實(shí)根( 3)三個(gè)相等的實(shí)根。于是可以依據(jù)范氏方程畫出 p—V 等溫線。如圖 1 圖 1
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將超臨界流體技術(shù)與微孔發(fā)泡技術(shù)結(jié)合,闡述了制備微孔發(fā)泡塑料常用的幾種方法(間歇成型法、連續(xù)擠出法及注射成型法),比較了幾種方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí),介紹了微孔發(fā)泡塑料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),最后分析了利用超臨界流體作為發(fā)泡劑的優(yōu)勢(shì)及兩種技術(shù)結(jié)合后所帶來(lái)的成果及挑戰(zhàn)。
超臨界流體應(yīng)用
如超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction,簡(jiǎn)稱SFE)、超臨界水氧化技術(shù)、超臨界流體干燥、超臨界流體染色、超臨界流體制備超細(xì)微粒、超臨界流體色譜(supercritical fluid chromat ography)和超臨界流體中的化學(xué)反應(yīng)等,但以超臨界流體萃取應(yīng)用得最為廣泛。很多物質(zhì)都有超臨界流體區(qū),但由于CO2的臨界溫度比較低(31.06℃),臨界壓力也不高(7.38MPa),且無(wú)毒,無(wú)臭,無(wú)公害,所以在實(shí)際操作中常使用CO2超臨界流體。如用超臨界CO2從咖啡豆中除去咖啡因,從煙草中脫除尼古丁,從大豆或玉米胚芽中分離甘油酯,對(duì)花生油、棕櫚油、大豆油脫臭等。又例如從紅花中提取紅花甙及紅花醌甙(它們是治療高血壓和肝病的有效成分),從月見草中提取月見草油(它們對(duì)心血管病有良好的療效)等。使用超臨界技術(shù)的唯一缺點(diǎn)是涉及高壓系統(tǒng),大規(guī)模使用時(shí)其工藝過(guò)程和技術(shù)的要求高,設(shè)備費(fèi)用也大。但由于它優(yōu)點(diǎn)甚多,仍受到重視。超臨界流體密度很大,具有溶解性能。在恒溫變壓或恒壓變溫時(shí),體積變化很大,改變了溶解性能,故可用于提取某些物質(zhì),這種技術(shù)稱為超臨界流體萃取。
在超臨界水中,易溶有氧氣,可使氧化反應(yīng)加快,可將不易分解的有機(jī)廢物快速氧化分解,是一種綠色的"焚化爐"。
由于超臨界流有密度大且粘稠度小的特點(diǎn),可將天然氣轉(zhuǎn)化為超臨界態(tài)后在 管道中運(yùn)送,這樣既可以節(jié)省動(dòng)力,又可以增加運(yùn)輸速率。
超臨界二氧化碳具有低粘稠度、高擴(kuò)散性、易溶解多種物質(zhì)、且無(wú)毒無(wú)害,可用于清洗各種精密儀器,亦可代替干洗所用的氯氟碳化合物,以及處理被污染的土壤。
超臨界二氧化碳可輕易穿過(guò)細(xì)菌的細(xì)胞壁,在其內(nèi)部引起劇烈的氧化反應(yīng),殺死細(xì)菌。
利用超臨界流體進(jìn)行萃取.將萃取原料裝入萃取釜。采用二氧化碳做為超臨界溶劑。二氧化碳?xì)怏w經(jīng)熱交換器冷凝成液體,用加壓泵把壓力提升到工藝過(guò)程所需的壓力(應(yīng)高于二氧化碳的臨界壓力),同時(shí)調(diào)節(jié)溫度,使其成為超臨界二氧化碳流體。二氧化碳流體作為溶劑從萃取釜底部進(jìn)入,與被萃取物料充分接觸,選擇性溶解出所需的化學(xué)成分。含溶解萃取物的高壓二氧化碳流體經(jīng)節(jié)流閥降壓到低于二氧化碳臨界壓力以下進(jìn)入分離釜(又稱解析釜),由于二氧化碳溶解度急劇下降而析出溶質(zhì),自動(dòng)分離成溶質(zhì)和二氧化碳?xì)怏w二部分,前者為過(guò)程產(chǎn)品,定期從分離釜底部放出,后者為循環(huán)二氧化碳?xì)怏w,經(jīng)過(guò)熱交換器冷凝成二氧化碳液體再循環(huán)使用。整個(gè)分離過(guò)程是利用二氧化碳流體在超臨界狀態(tài)下對(duì)有機(jī)物有特異增加的溶解度,而低于臨界狀態(tài)下對(duì)有機(jī)物基本不溶解的特性,將二氧化碳流體不斷在萃取釜和分離釜間循環(huán),從而有效地將需要分離提取的組分從原料中分離出來(lái)。
超臨界水具有非常強(qiáng)的極性,可以溶解極性極低的芳烴化合物及各種氣體(氧氣、氮?dú)狻⒁谎趸肌⒍趸嫉?,能夠促進(jìn)擴(kuò)散控制的反應(yīng)速率,具有重要的工程意義。
通入有機(jī)廢物進(jìn)行氧化反應(yīng),即超臨界水氧化法(supercritical water oxidation,SCWO)。其結(jié)果是有機(jī)廢物被完全氧化成二氧化碳、氮?dú)?、水及可以從水中分離的無(wú)機(jī)鹽等無(wú)毒的小分子化合物,達(dá)到凈水的目的。
超臨界流體應(yīng)用原理
物質(zhì)在超臨界流體中的溶解度,受壓力和溫度的影響很大.可以 利用升溫,降壓手段(或兩者兼用)將超臨界流體中所溶解的物質(zhì)分離析出,達(dá)到分離提純的目的(它兼有精餾和萃取兩種作用).例如在高壓條件下,使超臨界流體與物料接觸,物料中的高效成分(即溶質(zhì))溶于超臨界流體中(即萃取).分離后降低溶有溶質(zhì)的超臨界流體的壓力,使溶質(zhì)析出。如果有效成分(溶質(zhì))不止一種,則采取逐級(jí)降壓,可使多種溶質(zhì)分步析出。在分離過(guò)程中沒有相變,能耗低。
色譜柱是進(jìn)行色譜分析的主要儀器,色譜柱的正確安裝才能保證發(fā)揮其最佳的性能和延長(zhǎng)使用壽命。 正確的安裝請(qǐng)參考以下步驟:
步驟1. 檢查氣體過(guò)濾器、載氣、進(jìn)樣墊和襯管等檢查氣體過(guò)濾器和進(jìn)樣墊,保證輔助氣和檢測(cè)器的用氣暢通有效。如果以前做過(guò)較臟樣品或活性較高的化合物,需要將進(jìn)樣口的襯管清洗或更換。
步驟2. 將螺母和密封墊裝在色譜柱上,并將色譜柱兩端要小心切平
步驟3. 將色譜柱連接于進(jìn)樣口上色譜柱在進(jìn)樣口中插入深度根據(jù)所使用的GC儀器不同而定。正確合適的插入能最大可能地保證試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性。通常來(lái)說(shuō),色譜柱的入口應(yīng)保持在進(jìn)樣口的中下部,當(dāng)進(jìn)樣針穿過(guò)隔墊完全插入進(jìn)樣口后如果針尖與色譜柱入口相差1-2cm,這就是較為理想的狀態(tài)。(具體的插入程度和方法參見所使用GC的隨機(jī)手冊(cè))避免用力彎曲擠壓毛細(xì)管柱,并小心不要讓標(biāo)記牌等有鋒利邊緣的物品與毛細(xì)柱接觸摩擦,以防柱身斷裂受損。將色譜柱正確插入進(jìn)樣口后,用手把連接螺母擰上,擰緊后(用手?jǐn)Q不動(dòng)了)用扳手再多擰1/4-1/2圈,保證安裝的密封程度。因?yàn)椴痪o密的安裝,不僅會(huì)引起裝置的泄漏,而且有可能對(duì)色譜柱造成永久損壞。
步驟4. 接通載氣當(dāng)色譜柱與進(jìn)樣口接好后,通載氣, 調(diào)節(jié)柱前壓以得到合適的載氣流速(見下表)。
Psi |
15m |
25m |
30m |
50m |
100m |
0.20mm |
10-15 |
20-30 |
18-30 |
40-60 |
80-120 |
0.25mm |
8-12 |
13-22 |
15-25 |
28-45 |
55-90 |
0.32mm |
5-10 8- |
15 |
10-20 |
16-30 |
32-60 |
0.53mm |
1-2 |
2-3 |
2-4 |
4-8 |
6-14 |
以上僅為建議的起始設(shè)置,具體數(shù)值要依據(jù)實(shí)際的載氣流速。將色譜柱的出口端插入裝有己烷的樣品瓶中,正常情況下,我們可以看見瓶中穩(wěn)定持續(xù)的氣泡。如果沒有氣泡,就要重新檢查一下載氣裝置和流量控制器等是否正確設(shè)置,并檢查一下整個(gè)氣路有無(wú)泄漏。等所有問(wèn)題解決后,將色譜柱出口從瓶中取出,保證柱端口無(wú)溶劑殘留,再進(jìn)行下一步的安裝。
步驟5. 將色譜柱連接于檢測(cè)器上其安裝和所需注意的事項(xiàng)與色譜柱與進(jìn)樣口連接大致相同。如果在應(yīng)用中系統(tǒng)所使用的是ECD或NPD等,那么在老化色譜柱時(shí),應(yīng)該將柱子與檢測(cè)器斷開,這樣檢測(cè)器可能會(huì)更快達(dá)到穩(wěn)定。
步驟6. 確定載氣流量,再對(duì)色譜柱的安裝進(jìn)行檢查注意:如果不通入載氣就對(duì)色譜柱進(jìn)行加熱,會(huì)快速且永久性的損壞色譜柱。
步驟7. 色譜柱的老化色譜柱安裝和系統(tǒng)檢漏工作完成后,就可以對(duì)色譜柱進(jìn)行老化了。
對(duì)色譜柱升至一恒定溫度,通常為其溫度上限。特殊情況下,可加熱至高于最高使用溫度10-20℃左右,但是一定不能超過(guò)色譜柱的溫度上限,那樣極易損壞色譜柱。當(dāng)?shù)竭_(dá)老化溫度后,記錄并觀察基線。初始階段基線應(yīng)持續(xù)上升,在到達(dá)老化溫度后5-10分鐘開始下降,并且會(huì)持續(xù)30-90分鐘。當(dāng)?shù)竭_(dá)一個(gè)固定的值后就會(huì)穩(wěn)定下來(lái)。如果在2-3小時(shí)后基線仍無(wú)法穩(wěn)定或在15-20分鐘后仍無(wú)明顯的下降趨勢(shì),那么有可能系統(tǒng)裝置有泄漏或者污染。遇到這樣的情況,應(yīng)立即將柱溫降到 40℃以下,盡快的檢查系統(tǒng)并解決相關(guān)的問(wèn)題。如果還是繼續(xù)的老化,不僅對(duì)色譜柱有損壞而且始終得不到正常穩(wěn)定的基線。
一般來(lái)說(shuō),涂有極性固定相和較厚涂層的色譜柱老化時(shí)間長(zhǎng),而弱極性固定相和較薄涂層的色譜柱所需時(shí)間較短。而PLOT色譜柱的老化方法有各不相同。 PLOT柱的老化步驟:HLZ Pora 系列 250℃, 8小時(shí)以上Molesieve分子篩 300℃ 12小時(shí)Alumina氧化鋁 200℃ 8小時(shí)以上由于水在氧化鋁和分子篩PLOT柱中的不可逆吸附,使得這兩種色譜柱容易發(fā)生保留行為漂移。
當(dāng)柱子分離過(guò)含有高水分樣品后,需要將色譜柱重新老化,以除去固定相中吸附的水分。
步驟8. 設(shè)置確認(rèn)載氣流速對(duì)于 毛細(xì)管色譜柱,載氣的種類首選高純度氮?dú)饣驓錃?。載氣的純度最好大于99.995%,而其中的含氧量越少越好。如果您使用的是 毛細(xì)管色譜柱,那么依照載氣的平均線速度(cm/sec),而不是利用載氣流量(ml/min)來(lái)對(duì)載氣做出評(píng)價(jià)。因?yàn)橹У挠?jì)算采用的是載氣的平均線速度。推薦平均線速度值:氮?dú)猓?0-12cm/sec 氫氣:20-25cm/sec載氣雜質(zhì)過(guò)濾器在載氣的管線中加入氣體過(guò)濾裝置不僅可以延長(zhǎng)色譜柱壽命,而且很大程度的降低了背景噪音。建議最好安裝一個(gè)高容量脫氧管和一個(gè)載氣凈化器。使用ECD系統(tǒng)時(shí),最好能在其輔助氣路中也安裝一個(gè)脫氧管。
步驟9. 柱流失檢測(cè)在色譜柱老化過(guò)程結(jié)束后,利用程序升溫作一次空白試驗(yàn)(不進(jìn)樣)。一般是以10℃/min從50℃升至最高使用溫度,達(dá)到最高使用溫度后保持 10min。這樣我們就會(huì)的到一張流失圖。這些數(shù)值可能對(duì)今后作對(duì)比試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的解決有幫助。空白試驗(yàn)的色譜圖,不應(yīng)該有色譜峰出現(xiàn)。如果出現(xiàn)了色譜峰,通??赡苁菑倪M(jìn)樣口帶來(lái)的污染物。如果在正常的使用狀態(tài)下,色譜柱的性能開始下降,基線的信號(hào)值會(huì)增高。另外,如果在很低的溫度下,基線信號(hào)值明顯的大于初始值,那么有可能是色譜柱和 GC系統(tǒng)有污染。其他:色譜柱的保存用進(jìn)樣墊將色譜柱的兩端封住,并放回原包裝。在安裝時(shí)要將色譜柱的兩端截去一部分,保證沒有進(jìn)樣墊的碎屑?xì)埩粲谥小?
注意:當(dāng)空氣中氫氣的含量在4-10%時(shí),就有爆炸的危險(xiǎn)。所以一定要保證實(shí)驗(yàn)室有良好的通風(fēng)系統(tǒng)。 2100433B