En methanator er udstyr, der bruges i en gaskromatograf til at detektere lave koncentrationer af kuldioxid og kulilte . Methanatoren består af en flammeioniseringsdetektor og en katalytisk reaktor installeret foran den, fyldt med fint nikkel , hvor carbonoxider hydrogeneres til metan . Metanen detekteres derefter på FID'en .
On-line katalytisk reduktion af carbonmonoxid til methan til påvisning af sidstnævnte på FID blev beskrevet af Porter og Volman [1] , som foreslog, at både carbondioxid og brint også kunne omdannes til methan på den samme nikkelkatalysator. Dette blev bekræftet af Jones og Thompson [2] , som bestemte de optimale driftsparametre for hver gas.
CO 2 + 2H 2 ↔ CH 4 + O 2
2CO + 4H2 ↔ 2CH4 + O2
Katalysatoren består af en 2% nikkelbelægning i form af Ni-nitrat afsat på en kromatografisk understøtning såsom Chromosorb G. Et 1½" leje er pakket ind i bøjningen af et 8"×1/8" rustfrit stål U-rør. blok. således at dens ender rager nedad i kolonneovnen, for at lette forbindelsen til kolonneudløbet eller til FID'en og bunden af FID'en eller ved brug af brint som bæregas.
Omdannelsen af både CO og CO 2 til CH 4 starter ved en katalysatortemperatur under 300°C, men afsluttes ikke, og toppen har en godt markeret fane. Ved omkring 340°C bliver omdannelsen fuldstændig, som angivet ved arealmålinger, men der er en del fane, som begrænser toppens højde. Ved 360°C–380°C fjernes fanen, og tophøjden ændres praktisk talt ikke op til 400°C. Selvom det er blevet rapporteret, at ved temperaturer over 350° begynder CO at nedbrydes og danne kulstof [3] , er dette et ret sjældent fænomen.
Konverteringseffektiviteten er næsten 100 % fra det mindste detekterbare niveau op til et flow af CO eller CO 2 på detektoren på omkring 5×10 -5 g/s. Dette svarer til en minimum påviselig koncentration på ca. 200 ppb og en maksimal koncentration på ca. 10% i en 0,5 ml prøve. Begge disse værdier afhænger af toppens bredde.
Visse grundstoffer og forbindelser kan deaktivere katalysatoren. Følgende er blevet testet i vores laboratorium:
Da katalysatoren, før den reduceres, består af understøttet nikkeloxid , ville man forvente at kunne regenerere den med ren O 2 . Hverken behandling med ren O 2 ved normal driftstemperatur eller eksponering for en strøm af ren H 2 er normalt vellykket. Det er muligt, at behandling af O 2 ved en højere temperatur ville have været vellykket, men da dette betyder at fjerne katalysatoren fra røret, er det lettere at pakke det om senere eller udskifte hele røret. Det er kendt, at nogle katalysatorer har forbedret deres ydeevne ved at vende strømningsretningen af H2 i katalysatorsøjlen.
Normalt fungerer katalysatoren perfekt, medmindre en komponent af prøven ødelægger den, såsom spor (og uopdagelige) mængder af svovlholdige gasser. Effekten af katalysatorforgiftning er altid den samme - toppene af CO og CO 2 begynder at give spor. Hvis kun CO giver en fane, er det muligt, at årsagen skal søges i kolonnen, fx giver 13X molekylsigter altid en lille fane i CO. Hvis fanen er minimal, kan en hævning af temperaturen af katalysatoren give tilstrækkelig forbedring til yderligere brug.
Hvis der er tale om en nypakket katalysator, indikerer fanen normalt, at en del af katalysatorlejet ikke er varmt nok. Dette kan skyldes, at laget strækker sig for langt ind i U-rørets ben. Det er muligt, at et længere lag vil forbedre den øvre konverteringsgrænse, men hvis det er målet, bør pakken stadig ikke række ud over varmeblokken.