气相色谱高碳与低碳分离原理

能源化工领域，一直是气相色谱应用的大本营。纵观历史可以发现，气相色谱技术的兴起和发展与以石油、煤炭等为主的能源化工研究和工业发展需求息息相关。据调研显示，当下，每年仍有近三分之一的气相色谱仪应用在该领域。当前，全球正在经历新一轮的科技革命与产业变革，发达国家和地区都在积极布局绿色能源、低碳产业、清洁技术，碳达峰、碳中和（简称“双碳”）成为全球科技创新的新赛道。与发达国家相比，我国实现“双碳”目标时间更紧、难度更大，围绕低碳发展转型目标，当下能源化工领域正在进行全方位的转型升级。而在这个过程中，气相色谱分析技术又能发挥怎样的作用？基于此，仪器信息网特别发起“助力双碳 气相色谱在能源领域的应用”主题约稿活动，欢迎业内相关专家学者、一线用户、厂商积极投稿。一、厂商约稿提纲（1）长久以来，能源化工都是气相色谱最大的应用领域，那在传统能源领域，气相色谱的应用情况如何？都有哪些主要应用场景？在其中起到了怎样的作用?（2）目前贵公司在能源领域应用情况如何？有哪些典型的用户？针对上述应用场景，贵公司都有哪些典型的技术和应用解决方案？（3）在助力双碳的大目标下，当下能源行业正在进入转型发展的关键时期，那么衍生出了哪些新的细分领域？其中，对气相色谱的需求有哪些新的变化？（4）您认为当下的气相色谱技术或应用解决方案是否能够满足行业的新要求？还需要在哪些方面进行提升及创新？（5） 针对新需求，贵公司的气相色谱在技术和应用上是否有新的发展布局？若技术及方案已完成，请举例说明；若进一步计划，也请谈谈后续的目标及规划。二、专家约稿主题聚焦气相色谱在能源化工领域的技术及应用进展，可选择以下主题（但不限于）其中之一：（1）气相色谱、在线气相色谱，以及热解析等配套设备，乃至于气质联用等相关仪器或技术的研究进展（包括国内外研究现状、存在的问题、发展趋势等）；（2） 上述仪器技术在能源化工及其细分领域最新应用研究成果（研究背景、研究过程、取得成果等）；（3）相关标准/法规概况及解读；（4）国产与进口的差别、亟待解决的问题、未来发展的建议；（5）其它相关经验之谈。三、回稿要求² 约稿主题：助力双碳 气相色谱在能源领域应用进展² 您可以根据上述问题，也可由此展开相关话题，进行稿件撰写；² 稿件字符数不少于1200字，如有图片，图片像素应不低于300DPI；² 稿件无抄袭、署名排序无争议，文责自负，请勿一稿多投；² 投稿须为Word文档，本网编辑有权对文稿进行修改，如不同意请注明；² 请提供撰稿人姓名、职务等信息；² 所有回稿将在仪器信息网发布并推送，收录至活动专题。² 回稿截止时间：2022年6月30日² 投稿邮箱：zhaoy@instrument.com.cn四、展示规则：1、编辑会将回稿单独整理成文，通过仪器信息网全网渠道进行推送。2、仪器信息网将制作“助力双碳 气相色谱在能源领域的应用”专题，所有回稿将收录至该专题中。

单体稳定碳同位素分析(C-CSIA)技术是示踪温室气体与环境有机污染物来源和过程的有力工具。目前，气相色谱-同位素比值质谱仪(GC-IRMS)是C-SIA的主流技术。近年来，光谱同位素分析技术进步飞速，且具有高效、便携、可现场布控、分析成本低等特点，在现场实时测量温室气体和二氧化碳地质封存场地逸散气体的同位素指纹方面优势明显。但是，该项技术目前主要应用于甲烷、乙烷、丙烷等小分子气体的碳同位素分析。适用于不同环境介质样品中各类化合物的碳同位素光谱分析技术仍缺乏方法优化和系统验证，主要技术难点是衔接混合样品的高效色谱分离和光谱同位素的同步分析。近期，中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室博士研究生张霁云及导师金彪、张干研究员、王强工程师与苏州冠德能源科技有限公司史哲工程师及齐鲁工业大学朱地教授联合攻关，采用气相色谱-中红外同位素光谱联用技术，在水中苯系物的单体碳同位素组成分析方面取得了突破。这项工作聚焦水中挥发性有机污染物的C-CSIA分析测试需求，联用气相色谱和中红外光谱，通过调节、优化气路设计以及光谱参数，采用固相微萃取(SPME)和预热顶空两种进样方式，实现了微克每升浓度级别水溶液样品中的苯、甲苯、乙苯、三甲基苯等物质的色谱分离与单体δ13C高精度分析。通过与GC-IRMS技术的分析结果对比表明此方法对于各目标单体的分析误差均在0.5‰以内。另外，我们应用这个方法观测到了页岩气水平钻井过程钻井液中三甲基苯的稳定碳同位素分馏。该方法稳定性强、精度高、并以氮气为载气降低了污染物C-CSIA的分析成本，更利于污染场地现场布控和现场测试(图1)。图1. 气相色谱-中红外同位素光谱联用方法建立、优化与页岩气开发场地应用图2. 测量系统构成与原理(左)及JAAS期刊封面(右)该项成果近期以主封面(Front Cover)文章发表在Journal of Analytical Atomic Spectrometry (JAAS) 杂志(图2)，该研究获得国家重点研发计划“页岩气开采场地特征污染物筛查和污染防控”(2019YFC1805500)和中国科学院仪器研发攻关预研项目(282021000003)资助。

“实现碳达峰、碳中和是我国向世界作出的庄严承诺”。“十四五”时期，我国生态文明建设进入以降碳为重点的战略方向、推动减污降碳协同增效、促进经济社会发展全面绿色转型、实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期。围绕低碳发展转型目标，当下能源化工领域正在进行全方位的转型升级，气相色谱分析技术将在此次转型中起到非常重要的作用。北分瑞利气相色谱仪产品凭着六十多年的研发经验，在双碳这条全球科技创新的新赛道上厚积薄发。针对能源化工领域，北分瑞利的气相色谱仪在各个化工工艺环节都能够提供成熟的产品和服务，无论是生产过程控制还是生产工艺优化，又或者是产品出厂质量控制，都具备全方位的解决方案。经过多年的合作，积累了诸多典型用户，如中国石油化工股份有限公司、中国石油化工集团公司、中国石油大学、延长石油以及国家能源集团等行业标杆单位。北分瑞利与中国石油天然气股份有限公司新疆克拉玛依石化公司合作，针对炼油化工厂制定整体解决方案，炼厂气是炼油生产装置平稳操作的重要依据之一，通过“三阀四柱”的切换以及TCD与FID的互相配合，进行包括C5在内的炼厂气全分析方案；通过高灵敏度的FPD进行炼油厂酸性气体处理前与处理后的硫化物分析；通过FID与镍触媒转化炉的配合结合TCD检测炼油厂用于催化加氢工艺的氢气纯度；使用中心切割技术对于汽油产品中醇醚氧化物与汽油中苯、甲苯进行分析；联合石科院对汽油中族组成进行分析；以及对于气分装置与其他工艺上对于永久性气体的检测，为克拉玛依石化公司针对不同工艺流程提供30台以上的气相色谱仪。 实现煤碳清洁高效转化，才能够保障能源安全，促进生态文明，推动煤炭从燃料属性向原料属性转化。提高煤化工产业升级，采用新工艺进行煤制甲醇、煤制烯烃以及煤制乙二醇等现代煤化工项目，将碳元素固定在产品中，实现固碳率30-45%，北分瑞利同时配合众多厂家进行转型后的工艺组分监测，借助于平台化的SP-3500系列气相色谱仪，极大的拓展了更多乙二醇原料及成品的测定范围，同样也可以将煤炭作为原料合成包括合成气直接制α-烯烃、甲醇与尿素间接法制碳酸二甲酯等煤基特种燃料及高端化学品；沥青基碳纤维制备、煤基针状焦以及高功率石墨电极制备等煤基高附加值碳基新材料等，北分瑞利也希望在提高检测效率的同时，能为企业解决生产过程中遇到的难点痛点。实现双碳目标的工业转型期，对于气相色谱仪而言，分析的准确度、可靠性、分析周期以及仪器的小型化、智能化是未来发展的方向，北分瑞利最新研制的SP-5200系列气相色谱仪针对目前能源化工行业的产业升级，将可靠性、准确性、智能化、小型化作为仪器的重点进行研发，将复杂样品机制使用二维调制技术进行解析，将简单样品使用多通道检测进行快速分析，极力降低用户使用成本，提高用户使用效率。基于碳基新材料的成分与物性参数分析，借助全新的SP-5200系列气相色谱仪平台进行拓展，北分瑞利正着手于将气相色谱与质谱联用技术用于特殊材料的定性分析、联合红外光谱进行特殊化合物的分子结构分析、结合液相色谱与气相色谱联用组合多维色谱对于重质石油中含氮化合物的分布形态等应用进行分析，同时进行更多新材料的定性与定量分析。北分瑞利的全新气相色谱仪，围绕新能源行业为主的应用平台，并随着应用方法的拓展进行仪器平台新技术的迭代，同时突破国外高端分析仪器的围堵，推动实现国产替代，续写北分瑞利新的发展篇章，也为国家在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和做出贡献。供稿：北京北分瑞利分析仪器（集团）有限责任公司能源化工领域，一直是气相色谱应用的大本营。纵观历史可以发现，气相色谱技术的兴起和发展与以石油、煤炭等为主的能源化工研究和工业发展需求息息相关。据调研显示，当下，每年仍有近三分之一的气相色谱仪应用在该领域。当前，全球正在经历新一轮的科技革命与产业变革，发达国家和地区都在积极布局绿色能源、低碳产业、清洁技术，碳达峰、碳中和（简称“双碳”）成为全球科技创新的新赛道。与发达国家相比，我国实现“双碳”目标时间更紧、难度更大，围绕低碳发展转型目标，当下能源化工领域正在进行全方位的转型升级。近期，仪器信息网特别发起“助力双碳 气相色谱在能源领域的应用”专题，并广泛向相关专家学者、技术人员及企业代表约稿，聚焦气相色谱分析技术及其在能源化工领域重要作用，展示气相色谱技术在“双碳”目标的大背景下，新的技术解决方案。