Детекторы

История развития газовой хроматографии - это история появления и развития детекторов для хроматографии. Применяется несколько типов детекторов.

Детектор регистрирует присутствие каждого компонента и позволяет измерять его количество в потоке, выходящем из хроматографической колонки.

Наиболее распространенным детектором является детектор по теплопроводности (ДТП) и пламенно - ионизационный (ПИД)

В детекторе по теплопроводности в качестве чувствительного элемента исполь­зуется вольфрамовая нить, нагреваемая при помощи постоянного тока. Газ - носитель, непрерывно протекая над ней, отводит тепло с постоянной скоростью. Если в смеси с газом - носителем над нагретой нитью находятся молекулы анализируемого вещества, то скорость отвода тепла изменяется, что вызывает изменение сопротивления нити. Это изменения регистрируется при помощи моста Уинстона и сигнал поступает на са­мописец, где регистрируется в виде пика.

В ПИД измеряется проводимость пламени. При сжигании водорода в смеси с воздухом проводимость мала. В случае появления и сжигания пламени органических соединений проводимость возрастает, ток усиливается, и усиленный сигнал подается на самописец.

Электронно - захватный детектор (ЭЗД) или детектор по захвату электронов измеряет не увеличение тока, а его уменьшение. ЭЗД как и ПИД основан на зависимости электропроводности промежутка между электродами и числом ионов, находя­щихся в этом промежутке. Число ионов связано с числом молекул, поступающих в де­тектор. Однако механизм и способ образования ионов принципиально отличается от такого в случае ПИД - ионы образуются в результате взаимодействия молекул анали­зируемого вещества и потока электронов в камере детектора в результате β - раствора радиоактивного вещества.

Под действием тритиевого источника образуются медленные электроны, которые перемещаются к аноду. Возникает постоянный ток, который усиливается в элек­трометрическом усилителе. При вводе пробы, содержащей соединения, способные за­хватывать электроны (галоид-, нитро-, и др.) происходит уменьшение этого токаю Уменьшение тока служит мерой количества и сродства к электрону для данного вещества. Детектор ЭЗД является чрезвычайно чувствительным к определенным соедине­ниям. Он особенно пригоден для анализа на содержание пестицидов.

Детектор термоионный (ДТИ) по принципу действия аналогичен ПИД. Однако в нем дополнительно в водородное пламя непрерывно поступает поток ионов ще­лочных металлов (калий, натрий, цезий). В их присутствии резко возрастает эффективность ионизации соединений, содержащих азот, фосфор, хлор и др. Поэтому ДТИ применяют для определения фосфор- и азотсодержащих соединений.

Пламенно - фотометрический детектор (ПФД) селективен и обладает повышенной чувствительностью по отношению к соединениям, содержащим серу.

Детектор по плотности - был одним из первых хроматографических детекторов. В настоящее время был значительно усовершенствован. Замечательной особенно­стью этого детектора является то, что анализ может проводится без калибровки.

Аппаратура

Газовый хроматограф (рис.) состоит из следующих основных частей:

1. баллон с газом - носителем;

2. регулятор расхода газа;

3. испаритель (место ввода пробы);

4. колонка (термостатированная);

5. детектор (с соответствующим электронным устройством);

6. самописец;

7. термостаты для испарителя, колонки и детектора.

рисунок

Содержание метода.

В ГЖХ компоненты разделяемой смеси перемещаются по колонке с потоком инертного газа (газа - носителя). Разделяемая смесь распределяется между газом - носителем и нелетучим растворителем (неподвижной жидкой фазой), нанесенной на инертный твердый материал (твердый носитель) определенного зернения. Компонент смеси в соответствии со своими коэффициентами распределения селективно удерживаются неподвижной фазой до тех пор, пока не образуют отдельных полос (т.е. зон) в газе - носителе. Эти полосы соответствующие отдельным компонентам, выносятся из колонки с потоком газа - носителя и регистрируются детектором в виде сигналов, за­висящих от времени.

Преимущества такого метода:

1) колонка непрерывно регенерируется инертные газом;

2) обычно компоненты смесей разделяются полностью и смешиваются только с инертным газом - носителем, что облегчает их выделение и количественное опре­деление;

3) время анализа невелико.

В том случае, когда компоненты, сильно удерживаемые на данной колонке выходят из нее слишком медленно, но или не выходят совсем применяют программиро­ванное изменение температуры колонки, т. е. Повышение температуры колонки во время анализа с целью ускорения и обеспечения большей гибкости анализа. Газовая хроматография позволяет разделить соединения с практически одинаковыми темпера­турами кипения.

Количественный анализ состоит в сравнении периодов времени удержания данного вещества на хроматограмме от момента ввода пробы в испаритель до момен­та, соответствующего максимальному значению сигнала для данного компонента.

рисунок

Типичная хроматограмма сложной смеси. На рисунке указано исправленное время удержания.

Время удержания - это время от момента ввода пробы до выхода максимума пика. При данной температуре эта величина является характеристикой системы вещества пробы - жидкая фаза. Каждое вещество (соединение) имеет только одно опреде­ленное время удержания, которое не зависит от присутствия других компонентов. В связи с этим время удержания соединения используется для качественного анализа.

Количественный анализ

Количественный анализ основан на прямо пропорциональной зависимости содержания вещества в пробе от площади пика данного компонента на хроматограмм. Поэтому площадь каждого пика хроматограммы пропорциональна концентрации соответствующего компонента и может бьггь использована для точного определения этой концентрации. Расчет ведется в основном тремя методами.

1. Метод абсолютной калибровки заключается в построении графика зависимости вы­соты или площади пика х от содержания компонента в смеси. Расчет ведется по следующим формулам:

x=1000*a/v; мг/л

x=c*v/ ; мг/мл.

Где, а - содержание вещества определенного по графику, мг.;

v - объем пробы воздуха, вводимого в испаритель хроматографа, мл.;

с - концентрация вещества, рассчитанная по графику, мг/мл.;

- объем пробы воздуха, приведенный к стандартным условиям, мл.

2. Метод внутреннего стандарта основан на введении в анализируемую смесь извест­ного количества вещества, принимаемого за стандарт. Этот метод носит еще назва­ние относительной или косвенной калибровки.

Хроматографируют специально приготовленные смеси с известным весовым соотношением анализируемого вещества и стандарта.

рисунок

График относительной калибровки.

Для определения количества какого - либо компонента достаточно провести лишь небольшой расчет.

3. Метод нормализации площадей пиков. При этом сумму площадей всех пиков с уче­том поправочных коэффициентов принимают за 100%. Для вычисления концентра­ции (в объемных %) необходимо площадь пика вещества х 100 и разделить на сум­му всех площадей.

%А = площадь пика А, сумма площадей всех пиков *100

• поправочные коэффициенты рассчитывают для каждого вещества в зависимости от применяемого детектора, т. к. площади пиков компонентов в общем случае не прямопропорциональны %-ному содержанию, т.е. поправочные коэффициенты (f) для различных соединений различны, необходимо их определение. Для этого готовят искусственную смесь веществ А, В, С, Д и Е. Вес пробы каждого компонента W из­вестен. Измеряют площади пиков (А), рассчитывают отношение A/W. Коэффици­ент (f) для каждого вещества рассчитывают путем деления величины A/W на эту же величину для бензола. Т. о. поправочный коэффициент f для бензола принят рав­ным 1.

Таблица. Характеристика хроматографов некоторых марок, применяемых в РФ.

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) - метод, позволяющий разделить высококипящие жидкости и твердые вещества, которые затрудни­тельно или невозможно определять методом ГЖХ, например полициклические арома­тические углеводороды, лекарственные препараты, ПАВ и др.

Хроматограф состоит из:

■ колонок из нержавеющей стали, толстостенного стекла, тантала или меди, диаметр - 1-6 мм, длина от 10 см до 7 м.

■ пористых носителей: силикагель, хромосорб, биосил др.;

■ детектора (рефрактометрический или УФ - детектор);

■ подвижной фазы: ацетонитрил, метанол и др.

Применяют отечественные хроматографы: милихром - 4, милихром – 5 (г. Орел) с УФ - детектором; «Цвет-300» модели 304 и 305 (г. Дзержинск) с рефрактометриче­ским детектором.

Тонкослойная хроматография (ТСХ)

Разделение происходит на специальных пластинах для тонкослойной хроматографии. Неподвижная фаза в ТСХ - силикагель, оксид алюминия, ионообменные смо­лы с добавками крахмала и гипса.

Анализируемую смесь наносят на стартовую линию пластины микрошприцем или микропипеткой. Пластину или бумагу с нанесенной пробой помещают в закрытую камеру, содержащую растворитель, который перемещается по слою сорбента (или по бумаге) под давлением капиллярных сил. Компоненты смеси перемещаются вместе с растворителем с различными скоростями. По окончании разделения пластину вынимают из камеры, испаряют растворитель, обрабатывая струей теплого воздуха.

Определяемые вещества проявляются на хроматограмме в виде пятен в результате обработки специальным реактивом или методом флюоресценции. Содержание анализируемого компонента пропорционально площади пятна. Количественную оцен­ку проводят или непосредственно на пластинке с помощью планиметра или путем сня­тия окрашенного пятна с хроматограммы экстракцией вещества растворителем и оп­ределением его фотометрическим методом

ЗАО «Сорбполнмер» и ООО «Машиностроитель» выпускают материалы и обо­рудование для тонкослойной хроматографии. В комплект входят:

1. пластины марки Sorbfil. Пластины выпускаются на полимерной или алюминиевой подложке с нанесением рабочим слоем сорбента, закрепленным специальным связую­щим.

2. Трафарет, предназначенный для разметки пластин или для прямого нанесения проб через специальные отверстия.

3. Установочный столик для размещения хроматографических пластин при нанесении на них обнаруживающего раствора.

4. камера для опрыскивания. Предназначена для безопасного нанесения на хромато­графические пластины обнаруживающего реагента. При опрыскивании

5. пульверизатор для нанесения на х-е пластины обнаруживающего реагента;

6. нагревательное устройство У СП - 1 предназначенного для подогрева пластин на разных стадиях анализа.

7. микрошприцы МШ - 10 для дозированного нанесения на пластины стандартных растворов и проб анализируемых веществ;

8. пинетки капиллярные для дозирования жидкостей, емкостью н мл;

9. камеры хроматографические стеклянные для проведения пластин после нанесения на них проб анализируемых веществ и стандартных растворов.

10. апликатор механический Sorbfil для дозированного точечного нанесения проб.

11. облучатель хроматографический, предназначен для обнаружения нанесенных на специальные пластины химических веществ. Источником излучения служит ртутная разрядная лампа с длиной волны нм и с длиной волны нм.

12. денситометр Сорбфил, предназначенный для расчета параметров и количественной оценки в ТСХ. Его погрешность - %. Ориентирован на лаборатории любого уровня.

В состав денситометра входит:

■ осветительная камера;

■ видеокамера цветная;

■ блок ввода видеоизображения;

■ компьютер;

■ монитор;

■ принтер;

■ программа оценки и расчета параметров хроматографии.

Предназначенную для расчета хроматограмму на платине помещают в освети­тельную камеру. Изображение хроматограммы, экспонируемое видеокамерой, переда­ется на компьютер, записывается и затем обрабатывается по специальной программе. Результаты расчета сводятся в протокол, который хранится в компьютере и может быть отпечатан на принтере.

Адрес фирмы: 350072, г. Краснодар, ул. Тополиная Аллея,10.

Ионообменная хроматография.

Этот метод по своему механизму отличается от адсорбционной хроматографии. При ионообменной хроматографии на адсорбенте идет химическая реакция. При этом происходит обратимый объем ионов, содержащихся в растворе на ионы, входящие в состав ионообменика. В качестве элюента (вымывающего вещества применяют рас­творы электролитов). Промывные воды собирают и отфильтровывают.