Детекторы
Вторым важнейшим элементом хроматографа является детектор, то есть устройство, способное реагировать на изменение концентрации определяемого вещества. Детекторы условно делятся на универсальные и селективные.
Детектор по теплопроводности (ДТП)
К универсальным относится детектор по теплопроводности (ДТП, устаревшее и нерекомендованное название — катарометр). Принцип его действия заключается в изменении температуры нагретой нити при обдувании её газом (пробой) с разной теплопроводностью.
Что касается селективных детекторов, то их спектр весьма велик.
Пламенно-ионизационный детектор (ПИД)
Этот детектор селективно определяет углеводороды. Принцип его действия заключается в изменении силы тока в плазме водородно-кислородного пламени при попадании в неё горючих соединений углерода.
Пламенно-фотометрический детектор (ПФД)
Данный детектор определяет излучение молекул или атомов вещества при их попадании в плазму водородно-кислородного пламени. Теоретически ПФД может определять очень широкий спектр веществ, однако на практике он чаще всего используется при анализе соединений серы, азота и фосфора, а также иногда ртути.
Разновидность ПФД является пульсирующий пламенно-фотометрический детектор (ППФД), отличающийся тем, что в нём горение пламени происходит не постоянно, а импульсами, то есть вспышками, обычно с частотой 2-4 Гц. Периодический характер пламени позволяет проводить временно́е разделение фронтов свечения разных веществ, например, серы на фоне углерода, то есть селективность ППФД значительно выше, чем у ПФД.
Термоионный детектор (ТИД)
В этом детекторе используется небольшой керамический шарик с таблеткой из соли щелочного металла (сульфат рубидия или бромид цезия), нагреваемый до высокой температуры. Этот детектор используется для селективного определения азота и фосфора.
Электронозахватный детектор (ЭЗД)
В данном виде детектора используется источник бета-частиц (электронов), как правило, 63Ni, или альфа-частиц (269Pu). Если в газе, проходящем мимо такого радиоактивного источника, оказываются молекулы, склонные к ионизации, возникает пропорциональный их концентрации ток, который можно измерить.
Своеобразной разновидностью электронозахватного детектора является детектор дифференциальной ионной подвижности (ДДИП), весьма компактный и поэтому доступный для использования в портативных хроматографах. Данный детектор может селективно определять сернистые компоненты и непредельные углеводороды в концентрациях до 0,1 ppm.
Хемилюминесцентный детектор (ХЛД)
Данный детектор является одним из самых сложных, однако обладает непревзойдённо высокой чувствительностью для определённых групп компонентов (в частности, серосодержащих — до 0,1 ppb). Перед ХЛД устанавливается ПИД, а в самом ХЛД используется озонатор.
Газовая хроматография
Газовая хроматография — разновидность хроматографии, метод разделения летучих компонентов, при котором подвижной фазой служит инертный газ (газ-носитель), протекающий через неподвижную фазу с большой поверхностью. В качестве подвижной фазы используют водород, гелий, азот, аргон, углекислый газ. Газ-носитель не реагирует с неподвижной фазой и разделяемыми веществами.
Различают газо-твёрдофазную и газо-жидкостную хроматографию. В первом случае неподвижной фазой является твёрдый носитель (силикагель, уголь, оксид алюминия), во втором — жидкость, нанесённая на поверхность инертного носителя.
Разделение основано на различиях в летучести и растворимости (или адсорбируемости) компонентов разделяемой смеси.
Этот метод можно использовать для анализа газообразных, жидких и твёрдых веществ с молекулярной массой меньше 400, которые должны удовлетворять определённым требованиям, главные из которых — летучесть, термостабильность, инертность, лёгкость получения. Этим требованиям в полной мере удовлетворяют, как правило, органические вещества, поэтому газовую хроматографию широко используют как серийный метод анализа органических соединений.
Оборудование для газовой хроматографии
Главным прибором для этого метода исследований является газовый хроматограф:
Схема газового хроматографа |
1 — источник газа-носителя (подвижной фазы) 2 — регулятор расхода газа носителя 3 — устройство ввода пробы 4 — хроматографическая колонка в термостате 5 — детектор 6 — электронный усилитель 7 — регистрирующий прибор (самописец, компьютер) 8 — расходомер |
Источник газа-носителя
Чаще всего это — баллон со сжатым или сжиженным газом, который обычно находится под большим давлением (до 120 атмосфер). Чаще всего при хроматографии используют гелий, реже азот, ещё реже водород и другие газы.
В России принята цветовая маркировка баллонов, содержащих различные газы.
Газ |
Окраска баллона |
Цвет надписи с названием газа |
Азот |
Чёрный |
Жёлтый |
Водород |
Тёмно-зелёный |
Красный |
Гелий |
Коричневый |
Белый |
Аргон (техн.) |
Чёрный |
Синий |
Аргон (чист.) |
Серый |
Зелёный |
Кислород |
Голубой |
Чёрный |
Горючие газы |
Красный |
Белый |
Регулятор расхода газа
Предназначение этого компонента газового хроматографа — контроль расхода газа в системе, а также поддержка необходимого давления газа на входе в систему. Обычно в качестве регулятора расхода газа используются редуктор или дроссель.
Устройство ввода пробы
Предназначено для подачи пробы анализируемой смеси в хроматографическую колонку.
В том случае, если хроматограф предназначен для анализа жидких проб, устройство ввода проб совмещается с испарителем.
Проба вводится в испаритель при помощи микрошприца путём прокалывания эластичной прокладки. Испаритель обычно нагрет до температуры, превышающей температуру самой колонки на 50 °C. Объём вводимой пробы — несколько микролитров
Хроматографические колонки
Под колонкой подразумевается сосуд, длина которого значительно больше диаметра. Для газовой хроматографии обычно используют U-образные или спиральные колонки. Внутренний диаметр колонок — 2-15 мм, а длина — 1-20 м. Материалом для изготовления колонок служит стекло, нержавеющая сталь, медь, иногда фторопласт. В последнее время наибольшее распространение получили капиллярные колонки изготовленные из плавленного кварца, с нанесенной внутри неподвижной фазой. Длина подобных колонок может достигать сотен и даже тысяч метров, хотя чаще используются колонки длиной 30-50 м.
Крайне важно плотное наполнение колонок неподвижной фазой, а также обеспечение постоянства температуры колонки в течение всего процесса хроматографирования. Точность поддержания температуры должна составлять 0,05-1 °C. Для точного регулирования и поддержания температуры используют термостаты.
Детекторы
Детекторы предназначены для непрерывного измерения концентрации веществ на выходе из хроматографической колонки. Принцип действия детектора должен быть основан на измерении такого свойства аналитического компонента, которым не обладает подвижная фаза.
В газовой хроматографии используют следующие виды детекторов:
- пламенно-ионизационный детектор
- детектор по теплопроводности (катарометр)
- детектор электронного захвата
- пламенно-фотометрический детектор
- термоионный детектор
- фотоионизационный детектор
- масс-спектрометр
- ИК-фурье спектрометр
Московский Государственный Университет Пищевых Производств
Кафедра: Стандартизация и метрология в системе ПП и СП
Реферат на тему: Хроматография
Выполнили студентки
Группы 10-ИУК-10
Княжева Н.
Дородина Д.
Филатова Ю.
Преподаватель: Тыгер Л. М.
Москва
2012