Детектор теплопровідності (катарометр)
Газова хроматографія
Температура колонок визначається головним чином леткістю проби і може змінюватися в межах від - 1960С (температура кипіння рідкого азоту) до 3500 С. Температуру колонки контролюють з точністю до кількох десятих градусів і підтримують постійною термостатом. Прилад дозволяє в процесі хроматографування підвищувати температуру з постійною швидкістю (лінійне програмування температури).
Для безперервного вимірювання концентрації речовин, що розділяються в газі-носії, в комплекс газового хроматографа входить кілька різних детекторів.
Детектор теплопровідності (катарометр).Універсальний детектор найбільш широко використовується в ГХ. У порожнину металевого блоку вміщено спіраль з металу з високим термічним опором (Pt, W, їх сплави, Ni) (рис. 6).
Через спіраль проходить постійний струм, внаслідок чого нагрівається. Якщо спіраль обмиває чистий газ-носій, спіраль втрачає постійну кількість теплоти та її температура постійна. Якщо склад газу-носія містить домішки, то змінюється теплопровідність газу та
відповідно температура спіралі. Це призводить до зміни опору нитки, який вимірюють за допомогою Уітстонського моста (рис. 7). Порівняльний потік газу-носія омиває нитки осередків R1 і R2, а газ, що надходить з/колонки, омиває нитки вимірювальних осередків С1 і С2. Якщо чотири нитки однакова температура (однаковий опір), міст перебуває у рівновазі. При зміні складу газу, що виходить із колонки, опір ниток осередків С1 та С2 змінюється, рівновага порушується та генерується вихідний сигнал.
На чутливість катарометра сильно впливає теплопровідність газу, тому потрібно використовуватигази-носії з максимально можливою теплопровідністю, наприклад, гелій або водень.
Детектор електронного захоплення є коміркою з двома електродами (іонізаційна камера), в яку надходить газ-носій, що пройшов через хроматографічну колонку (рис. 8). У камері він опромінюється постійним потоком b-електронів, оскільки один електродів виготовлений з матеріалу, що є джерелом випромінювання (63Ni, 3Н, 226Ra). Найзручніше джерело випромінювання - титанова фольга, що містить адсорбований тритій. У детекторі відбувається реакція вільних електронів з молекулами певних типів із заснуванням стабільних аніонів: АВ + е = АВ- ± енергія, АВ + е = А + В - ± енергія. В іонізованому газі-носії (N2, Не) як негативно заряджених частинок присутні тільки електрони. У присутності з'єднання, яке може захоплювати електрони, іонізаційний струм детектора зменшується. Цей детектор дає відгук на сполуки, що містять галогени, фосфор, сірку, нітрати, свинець, кисень; більшість вуглеводнів не реагує.
Полум'яно - іонізаційний детектор (ПІД). Схема ПІД наведено на рис. 9. Газ, що виходить з колонки, змішується з воднем і надходить у форсунку пальника детектора.
Іонізовані частинки, що утворюються в полум'ї, заповнюють міжелектродний простір, в результаті чого опір знижується, струм різко посилюється. Стабільність і чутливість ПІД залежить від відповідного вибору швидкості потоку всіх газів, що використовуються (газ-носій
30 мл/хв, повітря
300-500 мл/хв). ПІД реагує на всі сполуки, крім Н2, інертних газів, О2, N2, оксидів азоту, сірки, вуглецю, і навіть води. Цей детектор має широку область лінійного відгуку (6-7 порядків), тому він найбільшпридатний щодо слідів.
Області застосування газової хроматографії
Метод ГХ - один із найсучасніших методів багатокомпонентного аналізу, його відмінні риси - експресність, висока точність, чутливість, автоматизація. Метод дозволяє вирішити багато аналітичних проблем. Кількісний ГХ аналіз можна як самостійний аналітичний метод, ефективніший при поділі речовин, які стосуються одному й тому класу (вуглеводні, органічні кислоти, спирти тощо.). Цей метод незамінний у нафтохімії (бензини містять сотні сполук, а гаси та олії — тисячі), його використовують при визначенні пестицидів, добрив, лікарських препаратів, вітамінів, наркотиків та ін. При аналізі складних багатокомпонентних сумішей успішно застосовують метод капілярної хроматографії, оскільки кількість теоретичних тарілок для 100 м колонки досягає (2-3) * 105.
Можливості методу ГХ суттєво розширюються при використанні реакційної газової хроматографії (РГХ), внаслідок того, що багато нелетких, термонестійких або агресивних речовин безпосередньо перед введенням у хроматографічну колонку можуть бути переведені за допомогою хімічних реакцій в інші — більш леткі та стійкі. Хімічні перетворення здійснюють частіше на вході в хроматографічну колонку, іноді в самій колонці або виході з неї перед детектором. Значно зручніше проводити перетворення поза хроматографом. Недоліки методу РГХ пов'язані з появою нових джерел помилок та зростанням часу аналізу.
Реакційну хроматографію часто використовують при визначенні вмісту мікрокількості води. Вода реагує з гідридами металів, з карбідом кальцію або металевим натрієм та ін., продукти реакції (водень,ацетилен) детектуються з високою чутливістю полум'яно-іонізаційним детектором. До пар води цей детектор малочутливий. Широко застосовують хімічні перетворення на аналізі термічно нестійких біологічних сумішей. Зазвичай аналізують похідні амінокислот, жирних кислот С10-С20, цукрів, стероїдів. Для вивчення високомолекулярних сполук (олігомери, полімери, каучуки. смоли тощо) за продуктами їх розкладання використовують піролізну хроматографію. У цьому методі випаровування проби замінюють піролізом. Карбонати металів можна проаналізувати по діоксиду вуглецю, що виділяється при обробці їх кислотами.