Инструментальные методы анализа
Хроматографическая колонка
В газовой хроматографии применяют колонки двух типов:
ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ КОЛОНКИ
|
|
|
|
|
|
|
насадочные |
капиллярные |
|
|
(набивные) |
|
|
|
|
|
|
Изогнутые трубки, изготовленные |
Изогнутые стальные, |
|
|
из стекла, металла или полимера, |
стеклянные или кварцевые |
|
|
диаметром 2-6 мм и длиной до 20 м. |
трубки с внутренним диаметром |
|
|
|
0,1-1,0 мм и длиной от 10 до 100 м. |
|
|
|
Сорбент расположен только на внутренних |
|
Сорбент помещают внутрь |
|
колонки |
стенках, а центральнаячасть по сечению |
|
|
|
остаётсянезаполненной |
|
плёнка |
слой |
плёнка жидкости |
на твёрдом |
жидкости |
сорбента |
носителе |
Капиллярные колонки обеспечивают более высокую эффективность хроматографического разделения, чем насадочные. Вариант газовой хроматографии, в котором используются капиллярные колонки,
называется капиллярной газовой хроматографией.
Детекторы
Детектор представляет собой устройство, предназначенное для обнаружения и количественного определения компонентов анализируемой смеси, выходящих из колонки в потоке газа-носителя. Работа детектора основана на преобразовании в электрический сигнал изменений физических, химических или физико-химических свойств газового потока, выходящего из колонки.
Основными характеристиками хроматографических детекторов являются:
чувствительность,
предел обнаружения,
величина линейного динамического диапазона,
быстродействие,
селективность.
Для газовой хроматографии предложено более 50 различных детекторов. Однако обычно комплект современного универсального хроматографа включает в себя не более 4 - 6 детекторов. Основные
Раздел 3
характеристики некоторых детекторов, применяемых в газовой хроматографии, приведены в табл. 23.1.
Табл. 23.1
Характеристика некоторых газохроматографических детекторов
|
Детектор |
ПрО, г |
Линей- |
|
Область применения |
|
|
|
ность |
|
|
|
|
|
катарометр |
10-7 |
104 |
|
универсальный - любые вещества, отли- |
|
|
|
|
|
чающиеся по теплопроводности от газа- |
|
|
|
|
|
носителя |
|
|
|
|
|
|
|
|
пламенно- |
10-12 |
107 |
|
селективный – вещества (органические), |
|
ионизационный |
|
|
|
способные ионизироваться в водородном |
|
|
|
|
|
пламени |
|
|
электронного |
5 10-14 |
102 |
|
селективный - вещества электрофильные |
|
захвата |
|
|
|
в газовой среде: полигалогеносодержа- |
|
|
|
|
|
щие, полиароматические, серусодержа- |
|
|
|
|
|
щие, нитрилы и т.д. |
|
|
|
|
|
|
|
|
термоионный |
10-13 – |
105 |
|
селективный - P-, N-содержащие и неко- |
|
|
10-14 |
|
|
торые другие соединения |
|
|
масс- |
10-12 |
105 -106 |
универсальный - исследование сложных |
|
спектрометр |
|
|
|
смесей неизвестного состава; в режиме |
|
|
|
|
|
масс-фрагментографии - специфический |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Детектор по теплопроводности |
|
|
|
|
(катарометр) представляет собой ме- |
|
|
|
|
таллический блок, в полости которого |
|
|
|
|
находится тонкая спираль, изготов- |
|
|
|
|
ленная из материала (W, Pt), электри- |
|
|
|
|
ческое |
сопротивление |
которого |
Рис. 23.2. Схема катарометра |
сильно зависит от температуры. |
Обычно катарометр имеет две ячейки. |
|
|
|
|
Через |
ячейку сравнения |
пропускают |
газ-носитель, а через ячейку измерения - элюат.
Если через обе ячейки катарометра протекает чистый газноситель, теплопроводность среды в них одинакова. Обе спирали имеют одинаковую температуру и одинаковое сопротивление. Если из хроматографической колонки выходит вещество, теплопроводность которого отличается от теплопроводности газа-носителя, то температура и сопротивление спирали, находящейся в измерительной ячейке, изменяются. Различие сопротивлений спиралей определяется с помощью моста Уитстона (рис. 23.3).
Рис. 23.4. Схема пламенно-ионизацион- ного детектора
1 - собирающий электрод; 2 - горелка
Инструментальные методы анализа
При использовании катарометра в хроматографе должны быть две колонки, через одну пропускают газовую смесь, содержащую разделяемые вещества, а через вторую - чистый газ-носитель
газ-носитель и вещество A |
чистый газ-носитель |
R1 |
R2 |
постоянное напряжение (или постоянный ток)
Рис. 23.3. Мост Уитстона для катарометра
При использовании катарометра газом-носителем должен быть гелий или водород, обладающие большой теплоёмкостью. Этим достигается высокая чувствительность определения, так как разность между теплопроводностью газаносителя и любого другого соединения всегда оказывается большой.
Пламенно-ионизационный детектор представляет собой металлическую камеру, в корпус которой снизу введена горелка (рис. 23.4). Для работы данного детектора необходимы водород, который смешивается с элюатом и сгорает при выходе из горелки, и воздух - для обеспечения горения водорода. В детекторе имеются два электрода. Одним из них является сама горелка, второй электрод расположен над ней.
Пламя чистого водорода практически не содержит ионов, поэтому фоновое сопротивление пространства между электродами очень велико, а сила тока очень мала. Если в пламя из колонки попадает органическое вещество, то оно ионизируется. Поскольку в пламени появляются носители электрического заряда, сопротивление межэлектродного пространства резко уменьшается, а сила тока возрастает.
Термоионный детектор внешне похож на пламенноионизационный. Он имеет кварцевую горелку, на конце которой находится таблетка из соли щелочного металла (например, CsBr). При
