Техника, аппаратура, используемые в газовой хроматографии

Колонки. Используются U-, W-образные колонки, спиральные трубки из стекла, нержавеющей стали и меди. Особенно эффективны капилляры из кварцевого стекла.

На рис. 4.7 показаны поперечные сечения самых распространенных в ГХ типов колонок.

Термостат. В газовой хроматографии широко используются воздушные термостаты с принудительной циркуляцией воздуха, температуру которых поддерживают с точностью до 0,05-0,5°С.

Детектор. Представляет собой прибор, позволяющий фиксировать какое-либо физико-химическое свойство бинарной смеси, определяемое ее составом.

Наиболее широко в газовой хроматографии используется пламенно-ионизационный детектор. Как известно, газы при обычных условиях не проводят ток. Если же под действием пламени или радиоактивного излучения в газе образуются ионы, радикалы или свободные электроны, то даже при очень небольшой концентрации этих частиц газы становятся проводниками электрического тока. Принцип работы пламенно-ионизационного детектора основан на ионизации, происходящей при сгорании за счет энергии окисления углерода.

Термоионный детектор (модификация пламенно-ионизационного детектора) характеризуется повышенной чувствительностью к соединениям, содержащим фосфор, азот, мышьяк, олово, серу.

Принцип действия этого детектора основан на повышении ионизации солей щелочных металлов в пламени при попадании в него элементоорганических соединений. Обычно на конце горелки располагают наконечник из соли с минеральным связующим.

Ионизационные детекторы отличаются от пламенно-ионизационных тем, что ионы в них образуются не в результате сжигания смеси, а под воздействием радиоактивного излучения, источниками которого служат Н³ и N_r⁶³, S_r⁹⁰, P_r¹⁴⁷,

K_r⁸⁵, RaD В-излучение) и Ra²²⁶ (а-излучение). Для безопасности источники помещают в специальные контейнеры.

Пламенно-фотометрический детектор используют для селективного детектирования соединений фосфора и серы. Принцип действия основан на измерении эмиссии (хемилю-минесценции) водородного пламени.

Хроматографы "Цвет". Первые хроматографы "Цвет-1", выпущенные в 1964 г., были оснащены катарометрами и пламенно-ионизационными детекторами.

В настоящее время основу выпуска составляют приборы серии "Цвет-500" — лабораторные хроматографы для решения разнообразных задач аналитического контроля в промышленности и научных исследованиях. Их универсальность определяется в первую очередь набором детектирующих устройств, среди которых детекторы: пламенно-ионизационный, по теплопроводности, электронного захвата, термоионный и пламенно-фотометрический. Анализ ведут на стальных и стеклянных насадочных колонках в изотермическом режиме или при программировании температуры в диапазоне от —99 до +399°С. Анализируемые пробы вводят микрошприцем или проточными газовым и жидкостным дозаторами. Все хроматографы снабжены микропроцессорной системой обработки сигнала детектора, позволяющей автоматически проводить измерение параметров пиков, расчет градуировочных коэффициентов и концентраций анализируемых компонентов с использованием методов абсолютной градуировки, внутреннего стандарта и нормализации.

Серия включает 4 модели (530, 550, 560 и 570), отличающиеся набором типов детекторов, дозаторов, колонок и дополнительных аналитических устройств. Наиболее полная модель серии — "Цвет-570" — имеет, кроме того, две независимые системы обработки информации, что обеспечивает одновременную работу с двумя детекторами. Отдельная специальная модель "Цвет-580" — лабораторный автоматический хроматограф с антикоррозионной защитой аналитического тракта, она ориентирована, в частности, на анализ галоген-содержащих продуктов.

Портативный хроматограф ХПМ-4, пригодный для автономной эксплуатации в полевых условиях, предназначен главным образом для анализа постоянных газов и легких углеводородов. В него входит пламенно-ионизационный детектор или детектор по теплопроводности вместе с компактной микропроцессорной системой обработки.

В Дзержинском ОКВА завершена обработка новых серий универсальных лабораторных хроматографов "Цвет-600" и "Цвет-6000" с управлением от ЭВМ, перевозного варианта хроматографа ХПМ-5 экологического назначения, специализированного лабораторного хроматографа для анализа микропримесей "Луч-3".

Хроматографы ЛХМ. Выпускают различные модели хроматографов ЛХМ. Они также имеют блочную конструкцию и включают катарометр, пламенно-ионизационный, электронозахватный, термоионный (аэрозольного типа), пламенно-фотометрический детекторы, блок программирования температуры (с максимальной скоростью 25°С/мин) и блок автоматического управления дозатором. При работе в изотермическом режиме (до 300°С) точность поддержания температуры составляет ±0,1С. Нижние пределы обнаружения составляют: для катарометра (по пропану) 10-^30% (об.), для пламенно-ионизационного детектора (по пропану) 10-11 г/с, для термоионного (по фосфору) 3,5 х 10-¹⁴ г/с и (по азоту) 6 х 10-¹³ г/с, для пламенно-фотометрического (по сере) 2 х 10-¹¹ г/с и для электронозахватного (по линдану) 3 х 10-¹³ г/с.

Хроматографы " Биохром-1" предназначены для применения в химии, биологии и медицине. Они укомплектованы такими же детекторами, как и хроматографы ЛХМ-80 (пламенно-ионизационный детектор дифференциального типа). Особенностями приборов являются: возможность работать со стеклянными капиллярными колонками, наличие системы программирования температуры, планшетного регистратора, эффузионной камеры для определения молекулярной массы сорбатов, пиролитических приставок различных типов.

Хроматограф "Газохром-3101" переносного типа предназначен для анализа газов и работает с катарометрами и термохимическими детекторами. Предел обнаружения Н₂ составляет 5 х 10-⁴%, СО и СН₄ — 10-³%, 0₂ и С0₂ — 2 х 10-²%.

Отечественная промышленность выпускает также хроматографы "Газохром-3700", "Агат", "Кристал-2000" и др.

Из большого числа хроматографов, выпускаемых зарубежными фирмами, могут быть выделены следующие.

Хроматографы "Хром" чехословацкой фирмы "Laboratorni Pristroje" имеют термостат, работающий при температурах до 400°С, поддерживающий температуру с точностью до ±0,2°С. В термостате расположены две параллельно работающие колонки, соединенные с камерами дифференциального пламенно-ионизационного детектора или катарометра, закрепленные на съемных крышках. Пламенно-ионизационный детектор можно преобразовать в термоионный, надев на горелку наконечник из соли натрия, калия, рубидия или цезия. Это позволяет получить повышенную чувствительность к соединениям, содержащим фосфор, азот, галогены и серу (в зависимости от материала наконечника). В настоящее время распространенной является модель "Хром-5".

Хроматографы фирмы "Varian" (США) выпускаются в различных модификациях. Модель "Varian-3700" имеет термостат, работающий при температуре до 400 С (точность поддержания температуры ±0,13°С), градиент температуры 0,67°С. Имеется также возможность работы при пониженных температурах. Наряду с катарометром (предел обнаружения по пропану 2 х 10-⁵% (об.) и пламенно-ионизационным детектором (2,7 х 10~¹³ г/с) имеются термоионный (предел обнаружения фосфора по метафосу 5 х 10"¹⁴ г/с и азота по азобензолу 1 х 10~¹³ г/с), пламенно-фотометрический (предел обнаружения серы 1 х 10~¹⁴ г/с) и электронозахватный (по линдану 1 х 10~¹⁴ г/с) детекторы. Максимальная скорость программирования температуры колонки 20°С/мин.

Фирма выпускает также модели 6000 и 6500 с контролем и регулированием режима с помощью микропроцессоров и системы автоматической обработки данных.

Хроматограф "Сигма 4В" — одна из последних моделей, выпускаемых американской фирмой "Perkin-Elmer". Прибор обеспечивает работу при изотермическом режиме (до 399°С) и оснащен катарометром (с термисторами), пламенно-ионизационным, пламенно-фотометрическим, термоионным и электронозахватным детекторами.

Модель "Сигма-2" позволяет работать при температурах до 450°С с точностью поддержания до 1,63% и возможностью программирования температуры со скоростью до 20°С/мин.

Прибор SEC-3000 итальянской фирмы "Carlo Erba" работает с элюентами, находящимися в состоянии сверхкритического флюида. Он включает плунжерный насос производительностью 1-4000 мкл/мин при рабочем давлении до 50 МПа. Обеспечиваются изотермический процесс, а также программирование температуры колонки до 450°С. Детекторы — пламенно-ионизационный, термоионный (чувствительный к азоту и фосфору), электронозахватный, пламенно-фотометрический. Прибор полностью автоматизирован, снабжен микропроцессором и системой обработки данных.