вход пробы вход газа-носителя ввыход пробы ввыход газа-носителя ддозируемый объем
На рис. 4 приведена схема дозирующего устройства с движущимся штоком.
Основным недостатком обеих конструкций является невозможность изменения величины дозирующего объема.
Этого недостатка лишен кран-дозатор со сменными дозирующими газовыми петлями. Схема крана-дозатора приведена на рис. 5.
Ввод пробы Вход газа-носителя
выход газа-носителя
резиновый
уплотнитель
выход пробы
вход пробы
дозирующая петля
Отбор пробы
вход газа-носителя
отбор пробы ввод пробы
Рис. 5. Устройство газовой петли
Ввод жидких проб. В первых газохроматографических приборах жидкая проба вводилась в колонку с помощью микропипетки. При этом поток газа-носителя прерывался. В 1954 году Рэй предложил метод ввода пробы в непрерывно движущийся поток газа-носителя с помощью шприца через самоуплотняющуюся резиновую мембрану (септу).
Устройство для ввода жидких проб должно быть обязательно снабжено испарителем, в котором образец мгновенно испаряется, смешивается с газом-носителем и поступает в хроматографическую колонку.
К испарителям проб предъявляются следующие требования:
обеспечение равномерного обогрева в интервале температур 50500 оС с точностью  5 оС;
минимальный объем зоны испарения;
отсутствие непродуваемых газом-носителем полостей;
самоуплотняющаяся прокладка (септа) из специального материала должна поддерживаться при более низкой температуре, чем испаритель, за счет постоянного обдува;
проба должна вводиться в горячую зону испарителя достаточно длинной иглой;
поток газа-носителя должен формироваться таким образом, чтобы свести к минимуму обратную диффузию паров образца в холодную зону возле прокладки и в подводящие линии;
газ-носитель до контакта с парами вещества должен нагреваться до температуры испарителя;
внутренняя поверхность испарителя должна быть доступна для чистки;
химические превращения разделяемых соединений в испарителе проб должны отсутствовать.
В современных хроматографах используются несколько типов испарителей или способов введения пробы при различных режимах работы испарителя:
1. Ввод пробы с делителем потока (split injection).
2. Ввод пробы без делителя потока (splitless injection).
3. Ввод пробы в колонку (on-column injection).
4. Прямой ввод пробы (direct injection).
5. Ввод пробы с программированием температуры испарителя (programmed temperature vaporizing injection).
Поскольку объем анализируемых проб при использовании капиллярных хроматографических колонок должен составлять 0.01 0.001 мкл, обычными способами осуществить введение таких объемов непосредственно в испаритель невозможно. Обычное устройство ввода пробы с делением потока представляет собой испаритель. Проба жидкости мгновенно испаряется и небольшая часть парообразной пробы поступает в колонку. Основная же часть пробы выводится из системы. Использование делителя потока гарантирует получение узких зон пробы на входе в колонку.
Если гомогенизация введенной в испаритель пробы полная, то образец будет делиться в отношении, определяемом отношением скоростей двух указанных потоков. Численное значение величины отношения этих потоков называется отношением деления. На практике используются делители потока с отношением деления от 1:10 до 1:1000.
Для достижения эффективного теплопереноса и тщательного смешения газа-носителя с испаренной пробой были предложены различные виды стеклянных вкладышей (лайнеры): незаполненные трубки; короткие трубки, заполненные стекловатой и помещаемые в месте деления потока или в области ввода пробы; длинные и узкие трубки со стекловатой; трубки, заполненные носителем или стеклянными шариками; трубки, переменного диаметра; трубки Дженнингса и т. д. 
Использование таких вкладышей в некоторых случаях помогает уменьшить дискриминацию компонентов пробы, но иногда может привести к еще большей дискриминации других компонентов.
Еще одно преимущество ввода пробы с делением потока при анализе сложных смесей, содержащих компоненты с близкими температурами кипения, состоит в том, что можно подсоединить две колонки к одному отверстию ввода пробы. В этом случае, однократно введя пробу, можно одновременно провести разделение смеси на двух различных неподвижных фазах. При вводе пробы с делением потока получают очень высокую воспроизводимость величин удерживания. Можно легко рассчитать индексы удерживания на обеих колонках и сравнить их с табличными данными.
Рекомендации по вводу проб с делением потока:
• При проведении количественного анализа предпочтение отдается методам стандартной добавки или внутреннего стандарта. Использование метода внешнего стандарта, при котором сравнивают абсолютные площади пиков, допустимо в сочетании с вводом пробы охлажденной иглой, программированием температуры испарителя или быстрым автоматическим вводом пробы.
•Воспроизводимость результатов улучшается, если объем вводимой пробы неизменен. Обычно вводят от 0,5 до 2,0
мкл пробы.
•Необходимо подбирать температуру устройства ввода пробы с учетом поставленной задачи. Следует избегать чрезмерно высоких температур испарителя.
•При ручном вводе предпочтение отдается быстрому вводу пробы горячей иглой.
•По возможности следует избегать легколетучих растворителей.
•Если использование вкладышей без насадки неэффективно, можно заменить их вкладышами, неплотно упакованными стекловатой или стеклянными шариками. Однако следует помнить о возможности адсорбции и разложения компонентов пробы на этих насадках.
•Одной из основных проблем, связанных с вводом пробы с делением потока, является работа со шприцем. Эту При вводе пробы без делителя потока вентиль делителя поток» закрыт. Введенная проба мгновенно испаряется в камере испарителя. Отсюда потоком газа-носителя пары пробы переносят в колонку. Перенос пробы продолжается несколько сотен миллисекунд, поэтому можно предположить, что исходные зоны буду довольно широкими. Однако размывание исходной зоны можно подавить, если использовать эффекты фокусирования: эффект растворителя, термическое фокусирование и фокусирование неподвижной жидкой фазой.
Основным преимуществом ввода пробы без делителя потока является то, что вся введенная проба попадает в колонку и в результате этого чувствительность существенно выше, чем при пользовании делителя. В течение долгого времени ввод проб деления потока был единственным методом, применяемым в капиллярных ГХ при определении следовых концентраций.
Ввод жидких проб чаще всего осуществляется с помощью микрошприца. Микрошприц состоит из стеклянного цилиндра с калиброванным внутренним каналом, металлического поршня и иглы (рис. 6).
Шприцы для малых дозировок имеют рабочий объем, заключенный лишь во внутреннем объеме иглы (рис. 6 б).
а
б
в
Рис. 6. Микрошприцы для ввода жидких (а), (б) и твердых образцов (в)
 Поршень – проволочка, диаметром около 0.2 мм доходит до самого конца иглы, поэтому мертвый объем отсутствует.
Точность дозировки – 1 мкл 2 %.
Современные газовые хроматографы оснащаются системами автоматического ввода анализируемых проб, позволяющими существенно повысить точность и воспроизводимость вводимых объемов.
Ввод твердых образцов проб осуществляется в тех случаях, когда нет возможности перевести анализируемый образец в растворенное состояние, но имеется возможность перевода твердого образца сразу в парообразное без его разрушения.
Образец помещают в микрокапсулах из стекла или легкоплавкого металла или сплава (сплав Вуда, Тпл = 60.5оС) в испаритель. В испарителе капсула разбивается или расплавляется, проба испаряется и переносится газом-носителем в колонку.
В специальных шприцах для ввода твердых образцов проба помещается в тонко измельченном виде на язычок, которым заканчивается поршень. Затем язычок с пробой втягивается во внутренний объем иглы, иглой прокалывается мембрана пробоотборника, язычок выталкивается из иглы, и образец испаряется с язычка (рис. 6 в).
1.3.5. Детекторы.
Детектор это специальный блок хроматографической системы, реагирующий на различие в составе подвижной фазы, не содержащей компонентов разделяемой смеси, и подвижной фазы с разделенными компонентами, выходящими из колонки. Сигнал детектора после необходимого усиления подается на регистрирующее устройство.
Результаты детектирования, а следовательно, и результаты всего анализа в значительной степени зависят от правильного выбора типа детектора, его конструкции. Принятая классификация детекторов позволяет правильно установить возможности и оптимальные варианты использования каждого из них.
Хроматографический детектор предназначен для обнаружения и измерения количеств компонентов в потоке подвижной фазы на выходе из хроматографической колонки.
В основе работы хроматографических детекторов лежит то положение, что при попадании в газ-носитель компонентов анализируемой смеси образовавшаяся бинарная смесь компонент – газ-носитель отличается по физико-химическим свойствам от чистого газа-носителя. Эти изменения регистрируются во времени и представляются в форме, удобной для дальнейшей обработки.
Основные требования, предъявляемые к хроматографическим детекторам следующие:
детектор должен обладать высокой чувствительностью – регистрировать даже малые изменения физико-химических свойств подвижной фазы;
величина сигнала детектора должна изменяться пропорционально изменению концентрации определяемого компонента в подвижной фазе;
детектор должен регистрировать определяемые компоненты по возможности мгновенно (иметь достаточное быстродействие);
рабочий объем детектора должен быть, по возможности, наименьшим, чтобы исключить дополнительное размывание пиков в детекторе;
желательно, чтобы показания детектора отражали изменения физико-химических свойств подвижной фазы только от ее состава.
По возможности следует исключить влияние температуры, давления, других параметров хроматографического процесса на функционирование детектора. Если этого не удается достичь, необходимо поддерживать эти параметры во время всего процесса разделения строго постоянными.
Среди многообразия хроматографических детекторов следует различать детекторы интегральные и детекторы дифференциальные.
Интегральные детекторы регистрируют суммарное количество всех разделяемых веществ, выходящих из хроматографической колонки. Хроматограмма смеси, при условии полного разделения компонентов, состоит из ряда ступеней, отделенных друг от друга участками, параллельными нулевой линии. Число ступеней на хроматограмме соответствует числу компонентов в анализируемой смеси, а высота каждой ступени характеризует количество данного компонента в смеси.
Интегральные детекторы не требуют специальной калибровки.
Типичным примером интегрального детектора является обычная бюретка, заполненная раствором щелочи и погруженная открытым концом в стакан с этим раствором. В качестве газа-носителя используется углекислый газ, который, попадая в бюретку, реагирует со щелочью с образованием гидрокарбоната. При этом изменение положения верхнего уровня жидкости в бюретке наблюдается лишь при попадании в нее компонентов разделяемой смеси, не реагирующих со щелочью.
Устройство детектора приведено на рис. 26, а вид хроматограммы приведен на рис. 27.
CO2
сигнал
время
Рис. 26. Схема устройства
Рис. 27. Вид хроматограммы итегрального детектора при использовании интегрального детектора
Дифференциальный детектор дает отклик на приращение концентрации каждого из разделяемых компонентов в зависимости от времени (т.е. С/t от t). В этом случае хроматографический пик является дифференциальной кривой количества компонента, выходящего из колонки (рис. 28) по времени.
Сигнал дифференциального детектора может быть пропорционален или концентрации определяемого компонента в газе-носителе, или потоку этого компонента, т.е. количеству компонента, попадающему в камеру детектора в единицу времени (рис. 29).
Для концентрационного детектора существует прямая пропорциональность между величиной сигнала детектора Ес и концентрацией компонента в газеносителе - С:
Ес = АсС , (52)
где Ас коэффициент пропорциональности, характеризующий чувствительность концентрационного детектора.
Для концентрационного детектора площадь регистрируемого пика обратно пропорциональна скорости потока газа-носителя и прямо пропорциональна количеству (массе) компонента. Поэтому при увеличении скорости потока газа-носителя площадь пика уменьшается, а высота пика остается постоянной. Концентрация компонента рассчитывается по величине площади пика.
![http://www.chromatogramma.ru/system/files/upload_2009_06_11__18-45-55_270c9_.jpg]()
h – высота пика
b – ширина пика у основания
время
сигнал
Ec
Ei
C,q
Рис. 28. Форма сигнала Рис. 29. Характер зависимости
дифференциального детектора сигнала детектора от концентрации вещества
В потоковом детекторе сигнал определяется количеством вещества, попадающим в детектор в единицу времени, т.е. потоком вещества q:
Ei = Ai q, (53)
где Аi коэффициент пропорциональности, характеризующий чувствительность потокового детектора.
Для потокового детектора с увеличением скорости потока газаносителя величина площади регистрируемого на хроматограмме пика не меняется, а высота пика увеличивается, поскольку при этом увеличивается поток анализируемого компонента.
Площадь пика определяемого компонента в этом случае прямо пропорциональна количеству вещества и скорости потока газа-носителя. Количество определяемого компонента рассчитывается по величине площади пика.
lg u
1
2
lg S
Для того, чтобы определить к какому типу детектора относится данный детектор, следует установить характер зависимости показаний детектора от скорости потока газа-носителя. В билогарифмических координатах (логарифм площади пика – логарифм скорости потока газа-носителя) идеальный концентрационный детектор характеризуется линейной зависимостью с углом наклона к оси абсцисс равном 45 о, а идеальный потоковый – зависимостью, параллельной оси абсцисс (рис. 30).
Рис. 30. Характер зависимости lg S – lg u для концентрационного (1) и потокового (2) детекторов
Некоторые типы детекторов нельзя отнести к идеальным концентрационным или идеальным потоковым. Для таких детекторов угол наклона билогарифмической зависимости принимает промежуточные значения.
Для решения вопроса о применимости данного детектора необходимо знать его следующие основные характеристики:
предельную чувствительность (предел обнаружения);
диапазон концентраций, для которого сохраняется линейность градуировочной характеристики;
специфическую чувствительность к различным компонентам анализируемой смеси;
размеры камеры, в которой происходят физические процессы, определяющие сигнал детектора (чувствительный объем).
Рис. 2. Зависимость показаний детектора от расхода подвижной фазы: а) — концентрационного; h1=h2=h3=h; S1 > S2 > S3; б — потокового; h3>h2>h1; S1 = S2 = S3; W1 > W2 > W3 — расходы подвижной фазы.
Сигнал потокового детектора определяется количеством вещества, попадающего в детектор в единицу времени, т. е. потоком вещества, j=dG/dt. Для потокового детектора сигнал aj = Ajj, где Aj — коэффициент пропорциональности, постоянный в линейной области детектора. Для потокового детектора с увеличением расхода ПФ площадь пика не изменяется, а его высота увеличивается, так как при этом увеличивается поток компонента (рис. 2, б).
Можно также выделить массовые детекторы, сигнал которых прямо пропорционален массе поступающего в них вещества. К массовым детекторам относятся все ИД, в которых происходит накопление вещества и, следовательно, сигнала. Следует отметить, что если для концентрационного детектора расход ПФ не остается постоянным, то его нельзя отнести ни к одному из указанных выше типов детекторов. На практике, чтобы установить, является детектор концентрационным или потоковым, строят зависимость показаний детектора от расхода ПФ. Существуют статический и динамический методы определения типа детекторов. При статическом методе обычно при различных расходах ПФ вводят пробы и измеряются площади полученных пиков. Строят зависимости площади пика от расхода (рис. 3, а) или логарифма площади от логарифма расхода ПФ (ряс. 3, б).
Рис 3. Зависимость площади пика от расхода ПФ детекторов: 1— потокового; 2 — концентрационного; 3 — промежуточного.
В логарифмических координатах идеальный концентрационный детектор имеет характеристику в виде прямой с наклоном 45° к оси расходов, а идеальный потоковый детектор — в виде прямой, параллельной оси расходов. Некоторые типы детекторов не всегда можно отнести к потоковому или концентрационному. Для них зависимости площади от расхода имеют промежуточное вначение (рис. 3, б).И потоковые, и концентрационные детекторы широко используются в хроматографии. Так как высота хроматографических пиков для концентрационного детектора не зависит от расхода, можно применять метод измерения высот пиков при постоянной температуре колонки. Для потоковых детекторов проводить анализ хроматограмм по высотам пиков можно только в случае постоянного расхода ПФ. Однако их показания мало зависят от температуры анализа и не зависят от давления, что является их определенным преимуществом по сравнению с концентрационными детекторами. В то же время с помощью концентрационных детекторов можно более точно измерить время удерживания, так как их показания зависят от расхода газа (при ГХ).
9.2. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ДЕТЕКТОРА. ПРЕДЕЛ ОБНАРУЖЕНИЯ
Чувствительностью детектора обычно называют отношение величины выходного сигнала детектора к входному сигналу, который определяется количеством вещества, поступающего в детектор вместе с газом-носителем.
Другими словами – чувствительность детектора определяется как коэффициент преобразования детектором величины изменения физико-химического свойства чистого газа-носителя к такому же физико-химическому свойству бинарной смеси компонент – газ-носитель в регистрируемый сигнал.
На рис. 31 представлена зависимость величины сигнала детектора Е от количества введенного в него вещества Q.
Q
Q
E
E
Рис. 31. К расчету чувствительности детектора
В этих координатах чувствительность детектора Ас выражается следующим образом:
 . (54)
На практике значения величины чувствительности детектора могут быть определены на основании значений параметров процесса разделения и полученных результатов.
Сигнал детектора, а следовательно, и его чувствительность можно увеличить с помощью электронной схемы. Следовательно, чувствительность детектора не является исчерпывающей характеристикой для оценки того минимального количества вещества, которое детектор может надежно регистрировать с хорошей воспроизводимостью, причем, увеличение чувствительности не всегда приводит к снижению этого минимального количества вещества.
Поэтому вводится еще одна величина, характеризующая чувствительность детектора, которая обычно называется порогом чувствительности, пределом детектирования или минимально детектируемым количеством. При этом исходят из того, что порогом чувствительности Qmin называется такое количество определяемого вещества в газе-носителе, которое обуславливает появление сигнала, равного удвоенной величине шумов.
Emin = 2 . (58)
Таким образом, на практике минимальным сигналом Еmin считается сигнал, амплитуда которого вдвое превышает уровень шумов “ “, фиксируемых регистратором (рис. 32).
Концентрация анализируемого вещества, вызывающая этот сигнал, для концентрационного детектора определяется соотношением:
 . (59)
Для потокового детектора минимально определяемое количество вещества определяется соотношением:
 . (60)
Учитывая, что
Imin = Cmin F, (61)
где F скорость потока газа-носителя; получаем выражение для расчета минимально определяемой потоковым детектором концентрации:
 . (62)
Величина Сmin также называется порогом чувствительности и позволяет оценить предельные возможности детектора.
t
E
2
Рис. 32. Определение величины минимального
сигнала детектора
Таким образом, следует различить понятия чувствительность и порог чувствительности. Чувствительность характеризуется наклоном зависимости: сигнал детектора – концентрация вещества, а порог чувствительности – величиной отрезка на оси абсцисс, соответствующего точке пересечения градуировки с ординатой, равной удвоенному уровню шума (2) (рис. 33).
Далее необходимо учитывать, что порог чувствительности детектора соответствует концентрации вещества в газе-носителе, создаваемой в детекторе, а не концентрации анализируемых веществ в пробе при введении в хроматографическую колонку. Учитывая процесс размывания пробы в ходе разделения, для анализа следует брать вещества в концентрациях, в 510 раз превышающих порог чувствительности детектора.
C
2
Cmin1
Cmin2
|
Скачать 6.82 Mb.