Блок-схема газового хроматографа

Блок-схема газового хроматографа представлена на рис. 6.2. Хроматограф состоит из следующих блоков и устройств:

- хроматографической колонки;

- системы подачи газа-носителя;

- детектора;

- регистратора;

- системы ввода пробы – дозатора.

-

-

-

Рис. 6.2. Схема газового хроматографа

Хроматографическая колонка, заполненная сорбентом, устанавливается в термостате. Термостат обеспечивает постоянную температуру в колонке от 20 до 300⁰С, предусмотрена система программирования температуры колонки в процессе проведения анализа.

Через колонку с постоянной скоростью проходит газ-носитель. Для проведения анализа проба газа объемом 1-10 см³ вводится шприцом через дозатор в поток газа-носителя. Схема ручного дозатора представлена на рис. 6.3.

Через резиновую прокладку (рис.6.3. «2»), протыкая ее, шприцом вводится проба в поток газа-гносителя. Кроме того, в системе хроматографа установлены специальные дозаторы с постоянным объемом, куда предварительно вводится проба. Скорость потока газа-носителя контролируется расходомерами (рис. 6.4.).

Исследуемое вещество с помощью шприца или дозатора вводится в поток газа-носителя и поступает в хроматографическую колонку. В хроматографической колонке исследуемое вещество разделяется на отдельные компоненты, которые последовательно выходят из колонки. Колонка располагается в термостате. Термостат обеспечивает постоянство температуры колонки от 20 до 300⁰С, кроме того, имеется система программирования температуры колонки в процессе анализа.

Выводящие из колонки компоненты попадают в детектор и затем в систему регистрации, где регистрируется хроматограмма исследуемой пробы. На рис. 6.5, 6.6 и 6.7 приводятся примеры хроматограмм различных исследуемых веществ.

Детекторы

В газовой хроматографии используются различные типы детекторов: катарометр, пламенно-ионизационный, электронного захвата, фотометрический, ионизационный, термохимический и др. Наиболее распространенные - катарометр, термохимический и пламенно-ионизационный.

Катарометрили детектор по теплопроводности (рис.6.8) основан на изменение электрического сопротивления проводника в зависимости от теплопроводности окружающей среды. На сопротивление (платиновые, никелиевые, вольфрамовые нити) подается постоянное напряжение 6-12 вольт. В детекторе установлены две ячейки с одинаковыми сопротивлениями. Через одну подается чистый газ-носитель, через другую - газ-носитель с анализируемым веществом. Используется мостовая схема измерения - если через ячейки проходит лишь газ-носитель, то мост в уравновешенном состоянии и показывает фоновые значения (нулевая линия). Если в одну из ячеек из колонки вместе с газом-носителем поступает исследуемый газ, то баланс моста нарушается, т.к. теплопроводность среды изменяется (за счет поступления исследуемого компонента), что приводит к изменению температуры нити и ее сопротивления. Нарушение баланса моста фиксируется в виде пика, причем, чем больше компонента, тем величина пика больше. Диапазон измерений катарометрометром - СН₄, О₂, азот, СО₂ от сотых долей % до 100%, водород от 10^-4 до 100 %.

Катарометр реагирует на изменение теплопроводности газа, омываемого нить катарометра. Катарометр реагирует на все газы, которые по теплопроводности отличаются от газа-носителя. Если через катарометр протекает чистый газ-носитель, то на хроматограмме фиксируется фоновая нулевая линия. При введении в поток газа-носителя исследуемой пробы изменяется теплопроводность смеси и детектор фиксирует такое изменение в виде пика на хроматограмме. Чем значительнее различие теплопроводности газа-носителя и исследуемой пробы, тем выше чувствительность определения.

Катарометр не идентифицирует, какой исследуемый газ вводится в поток газа-носителя. Перед проведением анализов производится калибровка прибора индивидуальными газами. Делается это таким образом.

В дозатор вводится, например метан и включается секундомер. Проходя через колонку метан выходит из нее отдельной порцией, которая фиксируется на хроматограмме в виде пика и фиксируют время между вводом метана в прибор и временем выхода середины пика. Это время называется временем удерживания, которое индивидуально для каждого компонента исследуемого газа. Например, для метана время удерживания оказалось равным 45 сек. Затем в прибор вводят пропан и фиксируют время от ввода и середины пика – время удерживания, которое оказалось равным 1 мин 30 сек. Измеряют времена удерживания и других компонентов, которые могут присутствовать в исследуемом газе. Поученные хроматограммы расшифровывают по временам удерживания для каждого компонента. Если в исследуемом газа на время удерживания метана (45 сек) зафиксирован пик, то метан присутствует в исследуемом газе, если пика нет – метан отсутствует. То же самое относится и к другим компонентам.

Количество исследуемого компонента определяется путем калибровки хроматографа стандартными смесями, в которых точно известно содержание каждого компонента. Например, стандартной смеси были следующие концентрации метана - 3,5 об. %. Высота пика метана на хроматограмме - 50 мм. Затем исследуется проба, и высота пика метана оказалась равной 25 мм. Для определения содержания метана в пробе решается следующая пропорция:

В стандартном газа СН₄ 3,5 % ----- высота пика 50 мм

В исследуемом газа СН₄ – Х ------ высота пика 25 мм

Х= 3,5*25/50 = 1,75 % метана в исследуемом газе.

Аналогичные процедуры выполняют для каждого компонента калибровочной смеси.

Детектор по теплопроводности катарометр позволяет определять содержание всех газов, которые по теплопроводности отличаются от газа носителя. Чувствительность определений от сотых долей % до 100 %.