En metanator är utrustning som används i en gaskromatograf för att detektera låga koncentrationer av koldioxid och kolmonoxid . Metanatorn består av en flamjoniseringsdetektor och en katalytisk reaktor installerad framför den, fylld med finnickel , där koloxider hydreras till metan . Metanet detekteras sedan på FID .
On-line katalytisk reduktion av kolmonoxid till metan för detektion av den senare på FID beskrevs av Porter och Volman [1] , som föreslog att både koldioxid och väte också kunde omvandlas till metan på samma nickelkatalysator. Detta bekräftades av Jones och Thompson [2] som bestämde de optimala driftsparametrarna för varje gas.
CO 2 + 2H 2 ↔ CH 4 + O 2
2CO + 4H2 ↔ 2CH4 + O2
Katalysatorn består av en 2% nickelbeläggning i form av Ni-nitrat avsatt på ett kromatografiskt underlag såsom Chromosorb G. En 1½" bädd är packad i böjningen av ett 8"×1/8" U-rör av rostfritt stål. så att dess ändar skjuter ut nedåt i kolonnugnen, för att underlätta anslutning till kolonnutloppet eller till FID och basen av FID eller genom användning av väte som bärgas.
Omvandlingen av både CO och CO 2 till CH 4 börjar vid en katalysatortemperatur under 300°C, men slutförs inte och toppen har en väl markerad plym. Vid cirka 340°C blir omvandlingen fullständig, vilket indikeras av ytmätningar, men det finns en del plym som begränsar toppens höjd. Vid 360°C–380°C elimineras plymen, och topphöjden ändras praktiskt taget inte upp till 400°C. Även om det har rapporterats att CO vid temperaturer över 350° börjar sönderdelas för att bilda kol [3] , är detta ett ganska sällsynt fenomen.
Omvandlingseffektiviteten är nästan 100 % från den lägsta detekterbara nivån upp till ett flöde av CO eller CO 2 på detektorn på cirka 5×10 -5 g/s. Detta motsvarar en minsta detekterbar koncentration på cirka 200 ppb och en maximal koncentration av cirka 10 % i ett 0,5 ml prov. Båda dessa värden beror på toppens bredd.
Vissa grundämnen och föreningar kan deaktivera katalysatorn. Följande har testats i vårt laboratorium:
Eftersom katalysatorn, innan den reduceras, består av buren nickeloxid , skulle man förvänta sig att kunna regenerera den med ren O 2 . Varken behandling med ren O 2 vid normal driftstemperatur eller exponering för en ström av ren H 2 är vanligtvis framgångsrik. Det är möjligt att behandling av O 2 vid en högre temperatur skulle ha varit framgångsrik, men eftersom detta innebär att man tar bort katalysatorn från röret är det lättare att packa om den senare eller byta ut hela röret. Det är känt att vissa katalysatorer har förbättrat sin prestanda genom att vända flödesriktningen för H2 i katalysatorkolonnen.
Vanligtvis fungerar katalysatorn perfekt, om inte någon komponent i provet förstör den, såsom spår (och odetekterbara) mängder svavelhaltiga gaser. Effekten av katalysatorförgiftning är alltid densamma - topparna av CO och CO 2 börjar ge spår. Om bara CO ger en plym är det möjligt att orsaken måste sökas i kolonnen, till exempel orsakar 13X molekylsilar alltid en liten plym i CO. Om plymen är minimal kan en höjning av temperaturen på katalysatorn ge tillräcklig förbättring för vidare användning.
När det gäller en nypackad katalysator indikerar plymen vanligtvis att en del av katalysatorbädden inte är tillräckligt varm. Detta kan bero på att lagret sträcker sig för långt in i U-rörets ben. Det är möjligt att ett längre lager förbättrar den övre omvandlingsgränsen, men om det är målet bör paketet ändå inte sträcka sig utanför värmeblocket.