Газовая хроматография. Аппаратура для газовой хроматографии

04 Января в 9:40 1729 0


Функциональная схема газового хроматографа. В аналитических хроматографах используют проявительный вариант хроматографии, в этом случае газ-носитель непрерывно продувается через хроматографическую колонку. Расход газа-носителя создается за счет перепада давления на входе и выходе колонки.

Для создания перепада давления через колонку хроматограф подсоединяют к источнику со сжатым газом (баллонная или лабораторная линия со сжатым газом). Через колонку поток газа-носителя должен проходить с постоянной и определенной скоростью, поэтому на входе в колонку на линии газа-носителя устанавливают регулятор и стабилизатор расхода газа-носителя и измеритель расхода газа. Если газ-носитель загрязнен нежелательными примесями, то в этом случае устанавливается еще фильтр.

Таким образом, на входе в колонку подключается ряд устройств, часто объединяемых в один блок (блок подготовки газа), назначение которого установка, стабилизация, измерение и очистка потока газа-носителя. В современных хроматографах используются БПГ с электронным заданием и управлением расходов газов. Перед входом в колонку устанавливается устройство для ввода анализируемой пробы в колонку - дозатор -испаритель. Обычно анализируемую пробу вводят микрошприцем через самозатекающее термостойкое резиновое уплотнение в дозаторе, газовые пробы вводят дозирующим шестиходовым краном.

Анализируемая проба, введенная в дозатор, захватывается потоком газа-носителя (если анализируемая проба- жидкость, то она предварительно переходит в дозаторе-испарителе в парообразное состояние) и направляется в хроматографическую колонку. За счет различной сорбируемости компоненты смеси будут с разной скоростью продвигаться по колонке. Вещества, которые сорбируются слабо, будут продвигаться по колонке с большей скоростью и выходить первыми.

Сильносорбируемые вещества будут продвигаться по колонке медленнее. Если выбран достаточно селективный сорбент и подобраны оптимальные условия, то на выходе колонки компоненты смеси будут полностью разделены. Детектор регистрирует присутствие разделенных компонентов в газе-носителе. Эти сигналы в случае необходимости усиливаются (усилитель) и регистрируются на шкале вторичного самопишущего прибора или дисплея ПЭВМ в виде выходных кривых (или пиков).

Для обеспечения стабильного режима работы детектора используется блок питания детектора. Сорбируемость веществ зависит от температуры. Для исключения влияния колебания температуры на результаты разделения, колонку помещают в специальную камеру-термостат, температура которой устанавливается и поддерживается терморегулятором.

В случае необходимости температура колонки в процессе разделения может изменяться по определенной программе с помощью блока программирования температуры. Высота или площадь пика пропорциональны количеству или концентрации компонента в смеси. Площадь пика может быть измерена с помощью электронного интегратора или ПЭВМ. Значения площадей пиков могут быть отпечатаны на бумажном носителе.

Таким образом, перед хроматографическим анализом необходимо провести следующие операции на приборе:
- открыть вентиль баллона со сжатым газом и установить по манометру или специальному измерителю определенный расход газа-носителя;
- включить питание детектора;
- установить необходимую температуру в термостате колонок;
- включить самопишущий прибор, интегратор или ПЭВМ, после выхода прибора на устойчивый режим микрошприцем отобрать и ввести в дозатор-испаритель анализируемую пробу.

Все дальнейшие операции проходят без участия оператора: компоненты пробы разделяются на колонке, регистрируются в детекторе, записываются на диаграммной ленте вторичного прибора, интегратор или ПЭВМ определяет площадь пика, а в случае применения ПЭВМ с принтером можно сразу получить полный протокол- хроматограмму с рас печатанной рядом таблицей концентраций разделенных компонентов.

Детекторы для газовой хроматографии. Всего для газовой хроматографии предложено более 60 типов детектирующих систем. По общепринятой классификации детекторы подразделяются на дифференциальные и интегральные по форме зарегистрированного сигнала. Дифференциальные детекторы измеряют мгновенное различие в концентрации вещества в потоке газа-носителя. Хроматограмма, зарегистрированная таким детектором, представляет собой ряд пиков, площадь которых пропорциональна количеству разделенных соединений. Интегральные детекторы измеряют суммарные количества соединений, выходящих из колонки. Хроматограмма в этом случае ступенчатая, высота ступеней пропорциональна количеству соответствующих соединений.



В зависимости от однократной или многократной регистрации молекул анализируемых соединений, выделяют концентрационные и потоковые детекторы. В концентрационных детекторах сигнал пропорционален концентрации соединения в подвижной фазе (элюенте). Здесь имеет место многократная регистрация молекул анализируемых соединений. В потоковых (или массовых) детекторах сигнал пропорционален количеству пробы компонента, достигаемому ячейки детектора в единицу времени. В этом случае происходит только однократная регистрация.

По селективности детекторы классифицируются на универсальные, селективные и специфические. В универсальных детекторах регистрируются все компоненты смеси, выходящие из колонки, за исключением подвижной фазы.

Селективные детекторы регистрируют определенные группы соединений на выходе из колонки. Специфические детекторы регистрируют только один компонент или ограниченное число компонентов с подобными химическими характеристиками.

Основные технические характеристики детекторов:
- чувствительность или предел детектирования;
- линейность (динамический диапазон);
- инерционность (постоянная времени, быстродействие);
- стабильность (уровень шума и дрейфа);
- величина эффективного объема чувствительной ячейки.

Чувствительность концентрационных детекторов Ак определяется следующим выражением:
Ак= Sп V Fr / qF, (6.27)
где Su - площадь пика, см2; V - шкала самописца, мВсм-1; Fr - скорость газа-носителя, мл с-1; q - масса соединения, мг; F - скорость движения ленты самописца, см с-1. Размерность чувствительности в этом случае - мВ-мгмл -1.

Чувствительность потоковых детекторов (мВ-мгс-1)
Ак = Sп V / Fq. (6.28)
В последние годы чаще всего определяют предел детектирования. Для оценки минимально обнаруживаемой концентрации необходимо, кроме чувствительности, знать уровень флуктуаций (шума) нулевой линии. Минимальным сигналом, поддающимся измерению, обычно принято считать сигнал, высота которого в несколько раз (2-5) превышает уровень шумов d:
сmin = 25 / Ак. (6.29)
Величина стmin - предел детектирования - определяет предельные возможности прибора.

Под линейностью детекторов понимают диапазон концентраций, в пределах которых наблюдается линейность зависимости сигнал - концентрация. Для определения величины линейности строят соответствующий график. Обычно диапазон линейности расположен от предела детектирования до концентраций, в которых уже наблюдается отклонение от линейности на 5-10 %.

Под инерционностью (быстродействием, постоянной времени) подразумевается скорость реагирования детектора на быстрое изменение концентрации на выходе из колонки. Детектор должен иметь такое быстродействие, чтобы при регистрации не искажать формы полосы соединения, выходящего из колонки. В современных, особенно ионизационных детекторах постоянная времени - менее 0,1 -0,01 с. В некоторых катарометрах, чаще всего устаревших конструкций, постоянная времени может составлять около 1 с и даже выше.

Быстродействие сильно зависит от величины эффективного объема ячейки.

Уровень шума нулевого сигнала детектора определяется кратковременными флуктуациями. Дрейф - это монотонное смещение нулевой линии. Величину смещения оценивают в течение 1 часа. Обычно требования к этим показателям таковы: шум 0,5 % рабочей шкалы и дрейф не более 3 % в час.

Н.А. Воинов, Т.Г. Волова
Похожие статьи
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы