Comparison of Gas Analyzers for Catalyst Reaction and Gas Emission Analysis

Význam tématu

Správná volba a optimalizace metod pro analýzu plynů je klíčová pro hodnocení katalytických systémů při syntéze plynů z CO₂ a pro monitorování emisí. Kvalitativní a kvantitativní informace o složení plynné fáze umožňují posoudit účinnost katalyzátorů, sledovat vedlejší reakce a podílet se na cílech uhlíkové neutrality.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnat tři analytické přístupy pro stanovení H₂, CO, CO₂ a CH₄ – plynovou chromatografii (GC), Fourierovu transformaci infračervené spektroskopie (FTIR) a transportovatelný analyzátor CGT – na standardních plynů v koncentracích 100 a 1000 ppm a vyhodnotit jejich možnosti z hlediska přesnosti, rychlosti a kontinuálního měření.

Použitá instrumentace

• Nexis GC-2030 s modulárním vzorkovačem MGS-2030 (objem smyčky 1 mL) a detektorem TCD (popř. BID, FID s konvertorem Jetanizer)
• FTIR spektrometr IRXross s plyn­nou kyvetou délky 10 cm, detektor DLATGS, rozlišení 1 cm⁻¹
• Transportovatelný plynový analyzátor CGT-7100 (low flow) s integrovaným čerpadlem, filtrem a chladičem

Použitá metodika

Pro GC byl jako nosný plyn použit He či H₂ pro CO, CH₄, CO₂ a N₂/Ar pro H₂. Separace probíhala na mikro­balených kolonkách a molekulárně síťových kolonkách s teplotním programem. FTIR měření se provádělo za dusíkové puráže optického systému, přičemž kvalita analýzy byla zajištěna porovnáním spekter s komerční knihovnou. CGT automaticky přivádí vzorek, odstraňuje prach a vlhkost a kontinuálně snímá CO, CO₂, CH₄ (volitelně O₂) v reálném čase.

Hlavní výsledky a diskuse

GC dosáhla nejvyšší kvantitativní přesnosti (RSD ~0,2–1,5 %) díky úplné separaci složek, avšak měření trvá několik minut a vyžaduje standardní plyny.

FTIR umožnila detekci ve spektrálním čase řádově jednotek sekund, kvalitativní identifikaci pomocí referenčních knihoven a kvantifikaci podle Beer–Lambertova zákona. Nižší citlivost vyžaduje purge a případně MCT detektor pro nízké koncentrace.

CGT-7100 nabídla nejjednodušší provoz s přednastavenou kalibrací a dlouhodobé sledování trendů s dosažením stabilních hodnot během minut. Je však limitována počtem sledovaných plynů a dynamickým rozsahem.

Přínosy a praktické využití metody

• GC: ideální pro vysoce přesné kvantifikace stopových i vyšších koncentrací, flexibilní výběr detektorů.
• FTIR: rychlá analýza kvality i množství bez nutnosti nosného plynu, vhodná pro dynamické procesy.
• CGT: snadná instalace, minimalizovaná příprava vzorku, kontinuální monitoring plynů v reálném čase.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další miniaturizace a integrace metod, vývoj pokročilých detektorů (např. MCT) pro vyšší citlivost FTIR, rozšíření knihoven pro automatickou identifikaci pomocí AI a kombinace GC-FTIR či GC-MS pro komplexní charakterizaci směsí. Důraz bude kladen na online monitoring procesů a bezobslužné systémy pro průmyslové nasazení.

Závěr

Porovnání tří přístupů ukázalo, že optimální volba analytické techniky závisí na požadavcích na přesnost, rychlost a typ měření. GC je vhodná pro nejvyšší přesnost, FTIR pro rychlou kvalifikaci a kvantifikaci v reálném čase, CGT pro dlouhodobé kontinuální sledování emisí.