Фотоколориметрические газоанализаторы.

Газ предварительно пропускают через жидкость, которая вступает с анализируемым компонентом в химическую реакцию и меняет свою окраску. Интенсивность окраски будет определятся количеством анализируемого компонента, скоростью и временем пропускания.

Д – дозатор в виде насоса

СФ – светофильтр

СК – сравнительная камера

ФС – фотосопротивление

В СК сохраняется чистый раствор, чтобы обеспечить ноль.

Газовая хроматография.

Физико-химический метод разделения компонентов смеси, при ее движени вдоль слоя сорбента.

Адсорбция – поглощение поверхностью.

Абсорбция – поглощение объемом.

Хемосорбция – сопровождается химическими процессами.

В хроматографии используются первые два.

Классификация хроматографических методов.

По способу перемещения разделяемой смеси вдоль слоя сорбента:

- фронтальный

- вытеснительный

- проявительный

- вакантохроматографический

- сорбционно-спектральный

Фронтальный метод. Анализируемую смесь непрерывно пропускают вдоль слоя сорбента.

А, В, С расположены в порядке возрастания сорбируемости. Недостатки – в чистом виде выделяется только первый компонент, наиболее плохо сорбирующийся, после проведения анализа сорбент требует регенерации.

Этот метод используется в препаративной хроматографии.

Вытеснительный метод заключается в том, что проба анализируемой газовой смеси перемещается вдоль слоя сорбента потоком вещества, сорбирующегося лучше, чем любой из компонентов смеси. Это вещество называют вытеснителем.

Недостатки – отсутствие четких границ между компонентами, сорбент требует регенерации.

Проявительный метод. Проба анализируемой газовой смеси перемещается вдоль слоя сорбента потоком вещества, сорбирующегося хуже любого из компонентов смеси или вообще не сорбирующимся. Это вещество – газ-носитель. Компоненты А, В, С будут разделены участками газа-носителя, смесь проявляется.

Достоинства – такой хроматограф легко расшифровать, сорбент остается чистым. Этот метод получил широкое распространение.

Вакантохроматографический метод является комбинацией фронтального и вытеснительного. В непрерывно пропускаемый поток газов смеси вводят пробу несорбирующегося газа.

Достоинства – в проявочном методе десорбционный элемент идет сзади сорбционного и поэтому получается, что пик длится долго, а здесь все наоборот, т.е. газ толкает пробку, пики симметричные и четкие.

Сорбционно-спектральный метод. Основан на анализе пробы газа носителя и температурного поля, меняющегося во времени и пространстве. Этот метод еще называют хромотермографией. Он позволяет уменьшить время проведения анализа и сжать пики.

В зависимости от агрегатного состояния подвижной и неподвижной фазы различают:

- газо-адсорбционный

- газо-жидкостный

В первом методе подвижная фаза – газ, а неподвижная фаза – сорбент, либо жидкость, нанесенная тонким слоем на твердый пористый носитель.

Требования к газу-носителю:

1. Он должен быть инертен и по отношению к компонентам и по отношению к сорбенту.

2. Обладать малой вязкостью.

3. Быть дешевым и доступным.

В качестве газов-носителей могут использоваться воздух, азот, аргон, углекислый газ, водород, гелий.

Требования к твердым сорбентам:

1. Селективность по отношению к компонентам, т.е. он должен по разному их сортировать.

2. Химическая инертность.

3. Механическая прочность.

4. Способность к заполнению хроматографической колонки.

Плотность набивки – количество сорбента в граммах на мл объема насадочной колонки.

Адсорбенты: активированный уголь, окись алюминия, силикогели.

В газо-жидкостном методе в качестве неподвижной фазы используется жидкость. Требования к ней такие же, что и к сорбенту, но она наносится на твердый пористый носитель.

Требования к твердому носителю:

1. Химически и сорбционно инертен.

2. Большая удельная поверхность.

3. Способность к заполнению колонки.

4. Температурная стабильность.

5. Механическая прочность.

Используются огнеупорный кирпич, карборунд, диатомовая глина.

Аппаратурное оформление процесса хроматографии.

Процесс происходит в приборе – хроматографе.

1 – дозатор

2 – хроматографическая колонка

3 – хроматографический детектор

4 – регистратор

Дозатор предназначен для ввода в 2 газообразной или жидкой пробы. Если используется жидкая проба, то дозатор должен содержать испаритель.

Требования: воспроизводимость объема вводимой пробы, химическая и сорбционная инертность.

Дозатор в виде кольцеобразного объема.

При повороте газ-носитель захватывает пробу и поступает в колонну.

Запорное устройство.

В режиме подготовки пробы нечетные открыты, а четные закрыты. При введении пробы – наоборот.

Хроматографическая колонка.

В ней происходит весь процесс разделения. Это основной узел.

Колонки бывают насадочные и капиллярные.

Насадочные представляют собой трубку с внутренним диаметром 4 – 8мм и длиной 0,5 – 10м. Трубка изготовлена из нержавеющей стали и содержит сорбент. Колонки помещаются в термостат, где температура поддерживается с точностью 0,5 – 0,1°С.

Капиллярные выполнены в виде трубок с внутренним диаметром 0,2 – 1мм и длиной 15 – 100м. Используются в газо-жидкостных хроматографах и жидкость в них распределяется тонкой пленкой по стенкам. Достоинство – хорошая разделяющая способность (высокая эффективность).

Хроматографический детектор. Газоанализатор, фиксирующий какое-либо свойство выходящей из колонки бинарной газовой смеси.

Детекторы различаются чувствительностью, которая измеряется в единицах Нортера. Это величина выходного сигнала в мВ при изменении концентрации на 1мг на мл, т.е.:

чувствительность по Нортеру.

В хроматографии получили распространение следующие методы:

- термокондуктометрический

- пламенно-ионизационный

- термоионный

- пламенно-фотометрический

- электронно-захватный

Термокондуктометрический метод аналогичен термокондуктометрическому газоанализатору. Чувствительность 50 – 1000 единиц по Нортеру.

Пламенно-ионизационный детектор.

Принцип действия основан на ионизации анализируемого вещества в водородном пламени. Ионизирующийся участок находится между горелкой и коллектором. Чувствительность 10⁵ единиц по Нортеру – самая высокая.

Недостаток – применение лишь для анализа горючих компонентов газовой смеси. Если в качестве газа-носителя используется водород, то его дополнительно не подают.

Термоионный детектор.

По принципу действия аналогичен предыдущему и отличается тем, что в водородное пламя вводят пары щелочных металлов. Присутствие этих паров вызывает резкое повышение чувствительности к фосфоро- и азотосодержащим соединениям.

Плазменно-фотометрический детектор.

Предназначен для анализа фосфоро- и серосодержащих соединений.

Серосодержащие соединения, попадая в водородное пламя преобразуются в радикалы. Режим работы датчика подбирают таким образом, чтобы создать условия для образования в алюминии частиц S₂. В пламени возникают световые вспышки, которые регистрируются фотоумножителем.

Электронно-захватный датчик.

Основан на способности молекул некоторых веществ захватывать электроны и превращать их в ионы.

В качестве источника используется Ni⁶³_, ионизирующийся потоком -частиц. Этот детектор наиболее чувствителен к хлорсодержащим соединениям.