I gascromatografi di processo (Process GC) sono monitor di gas appositamente progettati che forniscono dati specifici, sia qualitativi (specie) che quantitativi (quantità), relativi alla composizione di un flusso di gas o campione trovato in un'applicazione industriale o atmosferica.
I GC di processo, a differenza dei GC di laboratorio, sono tipicamente configurati e utilizzati per applicazioni statiche in cui l'operatore richiede informazioni frequenti su una serie specifica di composti target per lunghi periodi di tempo. I GC di processo sono progettati principalmente per funzionare come analizzatori di gas autonomi, che richiedono poca manutenzione e in genere non richiedono conoscenze tecniche o chimiche per funzionare.
I GC di processo contengono inoltre ingressi e uscite digitali e analogici che consentono loro di interfacciarsi con trigger esterni, sistemi di raccolta dati e altri controlli in loco.
I GC di processo trovano applicazioni in molti settori quali: Esplorazione di petrolio e gas, monitoraggio della qualità dell'aria esterna, rilevamento e monitoraggio delle emissioni fuggitive e fornitura di gas speciali.
Frase Grande "Gascromatografia", Concetto Semplice
Gli elementi di base della gascromatografia sono abbastanza semplici e, insieme, costituiscono un potente strumento per analizzare specificamente uno o più gas. Ci sono 4 passaggi per un'analisi cromatografica: raccolta del campione, iniezione del campione, separazione del campione e rilevamento del campione.
Un campione di gas viene raccolto e quindi introdotto in un flusso di gas inerte chiamato gas di trasporto. Il gas di trasporto sposta (trasporta) il campione di gas attraverso una colonna o una serie di colonne in cui i gas nel campione sono fisicamente separati. Una volta che i gas di interesse sono stati separati dalla colonna, vengono indirizzati ad un rivelatore che fornisce un'uscita proporzionale alla loro concentrazione. Un'analisi GC può essere una procedura manuale o un processo online automatizzato.
Raccolta dei campioni: i campioni vengono preparati per l'analisi con diversi metodi. I loop di campioni fissi sono il metodo di scelta per l'analisi del processo automatizzato (Immagine 1). Altre tecniche comuni vanno dalla semplice raccolta di un campione di gas in una siringa a gas, a metodi molto più complessi come la volatilizzazione di un liquido in un gas, la preconcentrazione su un mezzo di raccolta o la condensazione criogenica di un campione di gas.
Iniezione del campione: è possibile iniettare un campione manualmente nel gas di trasporto con una siringa, ma viene generalmente introdotto tramite un circuito di campionamento e una valvola analitica, che sono in linea con il flusso di trasporto. I gas di trasporto tipici includono azoto, elio, argon e, in alcuni casi, idrogeno o aria. In generale, migliore è la qualità del gas di trasporto, migliori sono i risultati analitici. Negli strumenti automatizzati, il gas di trasporto viene commutato in linea con il circuito del campione per un periodo di tempo preciso e predeterminato, iniettando il campione nella colonna (Immagine 2). Questo ciclo viene in genere ripetuto continuamente nell'analisi GC di processo.
Separazione del campione - La parte principale del GC, la colonna, è lo strumento che separa il campione nei suoi componenti costitutivi. Le colonne sono montate in un forno con controllo preciso della temperatura e del flusso del gas di trasporto. In queste condizioni strettamente controllate, l'analisi può essere ripetuta; lo stesso componente del gas uscirà dalla colonna (eluirà) con la stessa tempistica rispetto all'analisi precedente.
Ad esempio, una delle colonne più comuni, utilizzando una fase di setaccio molecolare o un materiale di imballaggio, separa il campione in base alle dimensioni delle singole molecole che lo compone. Per un campione costituito da idrogeno, ossigeno e azoto viene fatto passare attraverso questa colonna, le piccole dimensioni delle molecole di idrogeno consentono loro di attraversare la fase molto rapidamente rispetto all'ossigeno e all'azoto (Immagine 3). Le molecole di azoto, essendo le più grandi, impiegano più tempo per attraversare la fase. Su scala macro, questo fenomeno potrebbe essere paragonato all'utilizzo di vari setacci per rimuovere sabbia fine e pietre di grandi dimensioni da un carico di ghiaia mista.
Varie fasi, che separano i gas in base a punto di ebollizione, polarità, peso molecolare e dimensione molecolare sono facilmente disponibili sul mercato. Aggiungere varie densità di fase, fori dei tubi e lunghezze delle colonne all'ampia varietà di fasi e mettere a disposizione una selezione praticamente infinita di opzioni di colonne.
Rilevamento del campione - Una volta che i gas separati lasciano (o eluiscono) dalla colonna(dalle colonne), passano attraverso un rilevatore che, a sua volta, risponde generando un segnale di uscita. Questo segnale fa quindi generare i picchi GC caratteristici in un cromatogramma (Immagine 4). I picchi sono proporzionali in area alla concentrazione dei gas di interesse. In precedenza, la dimensione del picco era difficile da quantificare, ma un software di integrazione potente l’ha trasformata in un compito facile. Il software e l'hardware GC possono anche incorporare un'ampia varietà di funzionalità di diagnostica, report e output. I GC sono progettati con vari rivelatori in base ai requisiti analitici; la composizione del gas ed i limiti di rilevamento richiesti aiutano a determinare il rivelatore utilizzato. I rilevatori a ionizzazione di fiamma (FID) sono utilizzati per la maggior parte degli idrocarburi, i rilevatori di fotoionizzazione (PID) per sostanze organiche volatili e il rilevatore di conduttività termica (TCD) per uso generale, mentre altri rilevatori speciali sono disponibili sul mercato. I GC di processo in genere utilizzano FID, PID o TCD, grazie ai loro design semplici e affidabili.