После разделения необходимо идентифицировать все компоненты и оценить их количественно. Такова общая схема хроматографии.

Следует отметить, что этот современный метод позволяет в течение нескольких минут определить содержание десятков и сотен различных соединений в смеси, причем даже в ничтожных, «следовых» количествах ~10–8%.

В качестве подвижной фазы используется газ или жидкость. В качестве неподвижной, или стационарной, фазы применяются твердые вещества или жидкости.

По расположению фаз хроматографические системы подразделяют на две группы: плоскостные и колоночные.

Взаимодействие между разделяемым веществом и фазами хроматографической системы может осуществляться или на поверхности фазы, или в объеме. В первом случае хроматография называется адсорбционной, во втором – распределительной.

Хроматография в настоящее время представлена сложнейшими инструментальными системами, основанными на современных точнейших, или прецизионных, принципах и оснащенными компьютерным обеспечением. Достаточно сказать, что одна из лучших компьютерных фирм «Хъюлетт-Паккард» одновременно выпускает и современные хроматографы.

Схема процесса хроматографирования, в сущности, очень проста и показана на рис.. Далее примерно в такой последовательности будет рассмотрен принцип работы хроматографа.

Газовая хроматография – хроматография (применяется для анализа масла), в которой подвижная фаза находится в состоянии газа или пара - инертный газ (газ-носитель). Неподвижной фазой (НЖФ) является высокомолекулярная жидкость, закрепленная на пористый носитель или на стенки длинной капиллярной трубки.

Газовая хроматография - универсальный метод разделения смесей разнообразных веществ, испаряющихся без разложения. При этом компоненты разделяемой смеси перемещаются по хроматографической колонке с потоком газа-носителя. По мере движения разделяемая смесь многократно распределяется между газом-носителем (подвижной фазой) и нелетучей неподвижной жидкой фазой, нанесенной на инертный материал (твердый носитель), которым заполнена колонка. Принцип разделения - неодинаковое сродство веществ к летучей подвижной фазе и стационарной фазе в колонке. Компоненты смеси селективно задерживаются последней, поскольку растворимость их в этой фазе различна, и таким образом разделяются (компонентам с большей растворимостью требуется большее время для выхода из жидкой фазы, чем компонентам с меньшей растворимостью). Затем вещества выходят из колонки и регистрируются детектором. Сигнал детектора записывается в виде хроматограммы автоматическим потенциометром (самописцем) или же регистрируется компьютером.

Работа хроматографа. Схема установки наиболее простого газового хроматографа приведена на рис. 8. Она состоит из газового баллона, содержащего подвижную инертную фазу (газ-носитель), чаще всего гелий, азот, аргон и др. С помощью редуктора, уменьшающего давление газа до необходимого, газ-носитель поступает в колонку, представляющую собой трубку, заполненную сорбентом или другим хроматографическим материалом, играющим роль неподвижной фазы.

Рис. 8. Схема работы газового хроматографа:
1 – баллон высокого давления с газом-носителем; 2 – стабилизатор потока; 3 и 3 ' – манометры; 4 – хроматографическая колонка; 5 – устройство для ввода пробы; 6 – термостат; 7 – детектор; 8 – самописец; 9 – расходомер

Хроматографическая колонка – это «сердце» хроматографа, поскольку именно в ней происходит разделение смесей. Колонки чаще всего изготавливают из стекла; бывают стальные, тефлоновые, а также капиллярные колонки. Вблизи от ввода газа в колонку устанавливают устройство для ввода пробы. Чаще всего вводят пробу с помощью шприца, протыкая резиновую мембрану. Анализируемая смесь разделяется в колонке и поступает в детектор – прибор, преобразующий результаты разделения в форму, удобную для регистрации.

Одним из наиболее используемых детекторов является катарометр, принцип действия которого основан на измерении теплоемкости разных тел.

На рис. 9 показана схема катарометра. В цилиндрическую полость помещена металлическая спираль (нить сопротивления), нагревающаяся в результате прохождения через нее постоянного электрического тока. При протекании через нее газа-носителя c постоянной скоростью температура спирали остается постоянной. Однако если состав газа меняется при появлении элюируемого вещества, то температура спирали меняется, что и регистрируется прибором.

Рис. 9. Схема катарометра: 1 – ввод газа из хроматографической колонки; 2 – вывод продуктов в атмосферу; 3 – нить сопротивления; 4-изолятор; 5-металлический блок катарометра

Другой распространенный детектор – пламенно-ионизационный. Он гораздо более чувствителен, чем катарометр, но требует подачи не только газа-носителя, но и водорода. Выходящий из колонки газ-носитель, содержащий элюент, смешивается с водородом и проходит в форсунку горелки детектора. Пламя ионизирует молекулы элюента, в результате чего электрическое сопротивление между электродами уменьшается, а ток увеличивается.

Рис. 10. Схема пламенно-ионизационного детектора: 1 – ввод водорода; 2 – ввод газа из хроматографической колонки; 3 – ввод воздуха; 4 – катод; 5 – горелка; 6 – собирающий электрод; 7 – вывод продуктов горения в атмосферу

Изоляционное масло

Изоляционное масло благодаря своей теплоемкости применяется как охлаждающая среда.

Тяжелые условия работы трансформаторного масла заключаются в следующем:

- высокая напряженность электрического поля (например, в масленом канале у обмоток ВН Е=7МВ/м);

- малые размеры изоляционных масленых промежутков в трансформаторе;

- высокая температура (верхние слои масла могут нагреваться до 95^оС).

В электрических аппаратах (ТТ, ТН) масло активно соприкасается с химическими элементами такими, как медь (Сu) и железо (Fe), что приводит к старению масла из-за попадания в него ионов данных металлов. В результате старения трансформаторного масла происходит накопление осадка на активных частях трансформатора (обмотках, магнитопроводе). Это затрудняет отвод теплоты с этих элементов, ускоряет старение целлюлозной изоляции, что так же ведет к ухудшению диэлектрических показателей изоляции в целом.

Взаимодействие молекулярного кислорода воздуха с частицами трансформаторного масла в условиях повышенной электрической напряженности ведет к ускоренному старению трансформаторного масла.

Опыт показывает, что существует связь между показателями старения твердой изоляции и физико-химическими характеристиками трансформаторного масла.

Наиболее важным фактором старения трансформаторного масла являются окислительные процессы, входящих в его состав углеводородов, смолистых и сернистых продуктов. Катализатором химических реакций, происходящих в трансформаторе являются, как алюминий (Al), так и медь (Cu).

В трансформаторном масле за счет теплового старения образуются газообразные, жидкие и твердые продукты реакции. Появление газообразных продуктов связано с тем, что в свободном виде появляются водород, метан, ацетилен. Появление же жидких продуктов связано с образованием серной кислоты и даже небольшая ее концентрация ведет к разрушению обмоток, окислению металлических частей.

Масло способно растворять в себе влагу, а при увеличении температуры это поглощение происходит интенсивнее, что ведет к старению изоляции. Влага увеличивает напряженность поля и, как только повышается концентрация влаги, в масле появляются коллоидные частицы, около этих частичек будет повышенная напряженность, что ведет к неравномерному электрическому полю.

Статические данные масла:

- во внутренней изоляции силовых трансформаторов длительно находящихся в эксплуатации содержание влаги может колебаться в пределах 1,6-10,6%;

- сухое масло может растворять в себе до 0,005% воды при t=20⁰С. Но электрическая прочность при этом снижается на 20%.Если масло загрязнено волокнистыми примесями, деревянной стружкой, то при увлажнении 0,005% электрическая прочность снижается на 90%. Следовательно, увлажненное масло стареет в 5-6 раз быстрее, чем сухое. Если влага составляет 0,02% от состава масла, то коллоидные частички начинают выпадать в осадок.

В масле может раствориться значительное количество воздуха (10-11% от объема масла на молекулярном уровне). Если растворяется @10% воздуха, то электрическая прочность снижается на 30%, т.е. идет увеличение окислительной реакции.