1.3. Хроматографические детектора
Общие требования, предъявляемые к детекторам: достаточная чувствительность для решения конкретной задачи; малая инерционность; малая зависимость показаний от параметров опыта (температуры, давления, скорости потока и т.д.); линейная связь между показаниями и концентрацией в широком интервале ее измерения; легкость записи показаний и передачи их на расстояние; простота, дешевизна изготовления; стабильность нулевого показания.
Различают интегральные и дифференциальные детекторы. Интегральный детектор регистрирует общее количество анализируемого вещества, вышедшее к данному моменту времени из колонки, высота каждой ступени пропорциональна количеству анализируемого компонента. В дифференциальном детекторе сигнал пропорционален концентрации или массовому потоку анализируемого вещества в газе- носителе. В настоящее время интегральные детекторы не используются. Деструктивные или недеструктивные детекторы.
В случае использования нескольких последовательно расположенных детекторов важно учитывать, что в деструктивных детекторах компоненты смеси теряют свою индивидуальность полностью или частично, поскольку претерпевают химические превращения (ДИП). В недеструктивном детекторе вещества, выходящие из колонки, не претерпевает изменений. Применение таких детекторов позволяет проводить повторное детектирование компонентов в последующем детекторе, например, катарометр.
Детекторы, в которых возможна многократная регистрация молекул, называются концентрационными, т.к. их сигнал пропорционален концентрации вещества в газе-носителе, например, детектор по теплопроводности (ДТП), в котором процесс отвода теплоты от чувствительных элементов не разрушает молекул анализируемых веществ.
2 Экспериментальная часть
Этапы проведения работы:
Ознакомление с газовой схемой хроматографа — изучение принципиального устройства всех компонентов системы
Запуск оборудования — включение компьютера, программы «Хроматэк Аналитик 2.6», подключение баллонов с газом-носителем и вспомогательными газами
Вывод на режим — прогрев хроматографа (25–30 минут), проверка герметичности, установка параметров анализа
Подготовка пробы — подключение баллона с ИПГ-14, продувка системы в течение 15 минут для выхода на режим
Ввод пробы — нажатие кнопки «Старт», регистрация хроматограммы
Переключение каналов — анализ сигналов каждого детектора отдельно для контроля разделения
Формирование отчета — сохранение режима анализа, фиксирование параметров
Повторный анализ — повторное измерение для сравнения результатов с аттестованными значениями
Охлаждение и отключение — охлаждение хроматографа ниже 50°C перед выключением
Аппаратно-программный комплекс: Хроматограф Кристалл 5000.2 — многоканальный газовый хроматограф производства ООО «Хроматэк», предназначенный для разделения и анализа газовых смесей.
Характеристика оборудования:
Газовая схема хроматографа Кристалл 5000.2:
Баллон с газом-носителем — хранилище гелия высокой чистоты (марка «А», чистота не менее 99,995%)
Редуктор — понижает давление газа до 0,15–0,5 МПа
Блок подготовки газов — система очистки (фильтры и адсорбенты для удаления пыли, воды и масла) и регуляторы расхода
Система ввода проб с испарителем — используется микрошприц объемом 1–10 мкл для ввода пробы в испаритель
Делитель потока — предусмотрен для работы с капиллярными колонками, где часть потока сбрасывается в атмосферу
Хроматографические колонки (3 параллельные): ДТП-1 (цеолит NaX, 2 м), ДТП-2 (цеолит NaX, 3 м), и ПИД-1 (кварцевая капиллярная колонка, полярность по оксиду алюминия)
Детекторы: ДТП (детектор по теплопроводности) для определения O₂, CO, N₂; ПИД (пламенно-ионизационный детектор) для определения углеводородов; ДТП-3 для тяжелых компонентов (C₅–C₆)
Термостат колонок — программируемый, позволяет проводить анализ с регулированием температуры
Режим анализа:
Температурные режимы:
Испаритель: 200°C (для полного испарения всех компонентов газовой смеси)
Термостат колонок: начальная температура 50°C, программируемое повышение до 350°C со скоростью 5–10°C/мин (в зависимости от времени анализа)
Детекторы: ДТП-1 и ДТП-2 работают при 200°C; ДТП-3 при 250–280°C
Параметры газов:
Газ-носитель: гелий, расход 0,5–2 мл/мин (в зависимости от типа колонки и детектора)
Для ПИД: водород расход 40–60 мл/мин, воздух расход 400–600 мл/мин
Для ДТП: газ-носитель гелий или азот
Режимы разделения компонентов:
Канал 1 (ДТП-1): определение водорода (использует аргон как газ-носитель, колонка NaX 2 м, до 350°C)
Канал 2 (ДТП-2): определение O₂, CO и N₂ (использует гелий, колонка NaX 3 м, до 350°C)
Канал 3 (ПИД-1): определение углеводородов C₁–C₆ и CO₂ (капиллярные колонки специальной подготовки)
Описание колонок:
1. Колонка ДТП-1 (для определения H₂):
Тип: насадочная
Неподвижная фаза: цеолит NaX (нанесен на силикагель)
Длина: 2 м, внутренний диаметр: стандартный для насадочной колонки
Максимальная рабочая температура: 350°C
Газ-носитель: аргон (из-за близости теплопроводности водорода к гелию)
Применение: разделение и определение водорода в смеси
2. Колонка ДТП-2 (для определения неуглеводородных газов):
Тип: насадочная
Неподвижная фаза: цеолит NaX
Длина: 3 м
Максимальная рабочая температура: 350°C
Газ-носитель: гелий (высокая теплопроводность обеспечивает чувствительность для определения O₂, CO, N₂)
Применение: разделение O₂, CO и N₂
3. Капиллярная колонка ПИД-1 (для определения углеводородов и CO₂):
Тип: кварцевая капиллярная колонка в полиимидной оплетке
Неподвижная фаза: оксид алюминия со средней полярностью (для C₁–C₅)
Параметры: длина 25 м, внешний диаметр 0,32 мм, толщина пористого слоя 8 мкм
Температурный диапазон: −60 до +200°C
Применение: высокоэффективное разделение легких углеводородов (метан, этан, пропан, бутаны, пентаны)
Дополнительная предколонка:
Для более четкого разделения установлена предколонка с краном, открываемым после прохождения легкоадсорбирующихся компонентов (позволяет отделить легкие от тяжелых компонентов)
Стационарная фаза: PoraBOND Q
Максимальная рабочая температура: 150°C (для колонки), 250°C (для детектора)
Размеры: 25×0,53×0,7 мм