1 / 35

Gaasikromatograafia aparatuur

Gaasikromatograafia aparatuur. Vaatleme gaasikromatograafia sõlmesid, mis ei ole seotud statsionaarse faasiga: Gaasisüsteemid Sisestussüsteemid Detektorid. Gaasikromatograafia aparatuur. Tüüpiline gaasikromatograaf koosneb järgmistest osadest: G aasi süsteem

verda
Télécharger la présentation

Gaasikromatograafia aparatuur

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Gaasikromatograafiaaparatuur • Vaatleme gaasikromatograafia sõlmesid, mis ei ole seotud statsionaarse faasiga: • Gaasisüsteemid • Sisestussüsteemid • Detektorid

  2. Gaasikromatograafia aparatuur Tüüpiline gaasikromatograaf koosneb järgmistest osadest: • Gaasisüsteem Siia kuuluvad peale gaasiballoonide ja gaasitrasside ka veel gaasiphastid ja ning gaasi voolukiiruse regulaatorid ning mõõtjad • Proovisisestussüsteem Selle kaudu sisestatakse proov kromatograafi • Kolonn Siin toimub analüüsitava segu lahutamine komponentideks • Kolonni termostaat Vajalik kolonni temperatuuri reguleerimiseks • Detektor Siin toimub lahutatud ainete detekteerimine • Võimendi ja registraator (andmetöötlus)

  3. Kandegaas Kandegaasina on kasutusel põhiliselt järgmised gaasid - He, N2 võiH2 • Kandegaasi ja uuritavate molekulide vahel peab vastasmõju puuduma • Kandegaas • peab olema inertne, et tohi reageerida ei proovi ega ka statsionaarse faasiga • peab olema väga puhas • peab sobima detektoriga

  4. Gaaside puhtus • Kõigist kasutatavatest “kemikaalidest” on gaasid ühed puhtaimad • Tehnilised: 99.0% .. 99.9% (2.0 .. 3.0) • Erigaasid: 99.9% .. 99.99999% (3.0 .. 7.0) • Kandegaasiks võiks kasutada vähemalt 5.0 gaasi, kusjuures seda oleks tark veel täiendavalt puhastada

  5. Detektoriga sobivus • FID: N2 ja He • MS: He • TCD: He, H2 (N2) • ECD: He, N2 • TID (NPD): He

  6. “Kraanid”gaasiballoonidel Madalrõhu-sektsiooni manomeeter(rõhk madalrõhu-sektsioonis) Kulu/voolukiiruse regulaator (võib puududa)lahti: vastupäeva Kõrgrõhusektsiooni manomeeter (rõhk balloonis) Peakraan e. peaventiil- Töötab kinni-lahti sulgurina, mitte regulaatorina- lahti: vastupäeva Membraanreduktor Gaasi väljund Reduktori regulaator - reguleerib rõhku madalsurvesektsioonis- “lahti”: päripäeva

  7. Membraanreduktor • Töötab rõhkude tasakaalustamise põhimõttel • Membraanile vedru poolt avaldatav rõhk on tasakaalus gaasi rõhuga madalsurvesektsioonis • Kui gaasi on liiga vähe, surub vedru membraani ülesse ja avab ventiili, kust gaasi tuleb juurde

  8. Gaasipuhastuspadrunid • Veeauru ärastamine • Eeskätt molekulaarsõelad • Sageli segatud mõne värvust muutva agendiga, näiteks koobaltsoolaga värvitud silikageel • Sinine: kuivatil on veel ressurssi • Punane: kuivati on ammendunud • Hapniku ärastamine • Suure eripinnaga, vesinikuga redutseeritud metallid ja madala oksüdatsiooniastmega oksiidid: Cu, CrO, Fe, Mn, ...

  9. Sisestussüsteemid • Gaasikromatograafias on kasutusel järgmised proovisisestusviisid: • Täidiskolonnide puhul süstitakse proov aurustisse ja KOGU proov läheb edasi kolonni • Kapillaarkolonni puhul reeglina vaid osa • Split-sisestus • Splitless-sisestus • Programmtemperatuurne sisestus (PTV) • Purge-and-trap-sisestus • (Silmusega sisestus)

  10. “Split/splitless” sisestussüsteem • Split-sisestuse ja splitless-sisestuse korral on kasutatav üks ja sama proovi sissesüstimis-kamber (e. aurusti) • Võib sisaldada klaas/kvarts-vatti ja/või helmeid • Pinnad peavad olema silaniseeritud

  11. “Split/splitless” sisestussüsteem • Split-sisestus • Kasutusel selliste proovide korral, kus analüüdi kontsentratsioon on suurem kui 0.1% • Vaid 0.2-10% sisestatud proovist jõuab kolonni • Sissesüstimiskambri temperatuur on reeglina suhteliselt kõrge (mõnikümmend kraadi üle kõrgeima keemistemperatuuriga aine keemistemperatuuri)

  12. “Split/splitless” sisestussüsteem • Split-sisestus • Proov süstitakse kiirelt läbi septumi aurustuskambrisse, kus siis kõrge temperatuuri tõttu proov aurustub kiiresti. • Kandegaasi vooluga kantakse proovi edasi ning lõpptulemusena siseneb kolonni vaid väike osa sisestatud proovist • Ülejäänu juhitakse sisestuskambrist välja vastava trassi kaudu. Split-ratio (ehk siis see osa proovist, mis kolonni ei jõua) on tavaliselt vahemikus 20:1 kuni 600:1

  13. “Split/splitless” sisestussüsteem Split-sisestus • Eelised: • Kitsad analüüdi piigid • Sobib nii kvalitatiivse kui ka kvantitatiivse analüüsi läbiviimiseks • Solvendi mõjud vähenevad • Puudused: • Analüüdi kontsentratsioon peab olema suhteliselt kõrge • Ei sobi termolabiilsete analüütide jaoks

  14. “Split/splitless” sisestussüsteem • Splitless-sisestus • Kasutusel jälgede analüüsi korral - analüüdi kontsentratsioon on väiksem kui 0.01% • Sissesüstitavad proovikogused on suurusjärgus 2ul ning süstimine toimub ca 2 sekundi jooksul (aeglane sisestamine) • Sissesüstimiskambri temperatuur on reeglina 200°C • Eelised: • Sobiv madalate sisalduste jaoks • Puudused: • Solvendipiik on lai • Retentsiooniajad sõltuvad solvendi aurustumise kiirusest • Solvent mõjutab piikide kuju

  15. On-Column Injection • Süstimine otse kolonni, kuuma sissesüstimiskambrit läbimata • Kolonni temperatuur on alguses madal ning proovi komponendid kondenseeruvad alguses • Temperatuuriprogrammi käivitamisega proov aurustatakse ning algab lahutamine.

  16. On-Column Injection • Eelised: • Küllalt kitsad piigid • Sobiv kvantitatiivse analüüsi teostamiseks • Proov ei lagune temperatuuri toimel – saab analüüsida ebastabiilseid aineid • Puudused: • Mittelenduvad komponendid võivad kolonni kahjustada • Piikide kuju sõltub solvendist • Mõnevõrra kapriisne

  17. Programmtemperatuurne aurustamine (PTV) • Programmed-temperature vaporization • Proov süstitakse aurustisse allpool solvendi keemistemperatuuri • Seejärel käivitatakse temperatuuriprogramm, et esmalt solvent aurustuks • Seejärel muudetakse aurusti temperatuuri nii, et ka muud proovi koostisosad liiguksid aurustist edasi ja algab lahutamine. • Proovisisestussüsteem on ümbritsetud jahutus- ja kuumutamissüsteemiga temperatuuri kiireks muutmiseks ning temperatuurijuhtimissüsteemiga • Jahutamist teostatakse õhu, vedela lämmastiku, CO2 või siis ka elektriliste meetodite abil

  18. Programmtemperatuurne aurustamine (PTV) Eelised: • Saab sisestada suuri proovi ruumalasid • Võimalik takistada mittelenduvate komponentide kolonni jõudmist • Võimalik on analüütide kontsentreerimine (nii orgaanilistest kui ka vesilahustest ja ka gaasiliste proovide puhul) Puudused: • Meetod nõuab päris põhjalikku uurimistööd vajalike parameetrite paikasaamiseks • Nõuab spetsiaalset sisestussüsteemi • Ei sobi, kui analüüdid on lenduvamad kui solvent

  19. “Purge and trap” sisestus • Dynamic Headspace • Inertgaasi (He, N2) juhitakse läbi uuritava lahuse • põhiliselt vesilahused • Selle tulemusena lähevad lenduvad ühendid lahusest gaasifaasi ning edasi juhitakse gaasisegu adsorbenti sisaldavasse või madala temperatuurini jahutatud “lõksu” • Järgneb lõksu kuumutamine selles sisalduvate ainete desorbeerimiseks ning nende juhtimine kolonni kandegaasi abil

  20. “Purge and trap” sisestus • Kasutusel lenduvate orgaaniliste ühendite eraldamiseks ning kontsentreerimiseks • Eriti kasulik selliste ühendite korral, mis • vees ei lahustu (või lahustuvad halvasti) • mille keemistemperatuur on allpool 200°C • Saab analüüsida ka vees lahustuvaid aineid, kuid sel juhul on kvantiseerimispiirid oluliselt kõrgemad halvema eraldatavuse tõttu

  21. Detektorid • Ideaalne detektor võiks: • olla piisavalt tundlik • olla stabiilne • detekteerida uuritavaid aineid laiades kontsentratsioonivahemikes • omada lineaarset karakteristikut • omada töötemperatuuri vahemikus toatemperatuurist kuni mõnesaja kraadini • “reageerima” detektorisse jõudnud ainetele kiiresti • olla lihtne kasutada • Mitte karta “solvendipiiki”

  22. Detektorid • Leekionisatsioondetektor (flame-ionization detector,FID) • Massispektromeetriline detektor (mass-spectrometer, MS) • Soojusjuhtivusdetektor (thermal conductivity detector, TCD) • Elektronhaardedetektor (electron-capture detector, ECD) • Lämmastiku-fosfori detektor (nitrogen-phosphorus detector, NPD), tuntud ka kui termoionisatioon-detektor (thermoionic detector, TID) • Fotoionisatsioondetektor (photoionization detector, PID)

  23. Leek-ionisatsioondetektor • Kõige enam kasutatav detektor gaasikromatograafias • Tööpõhimõte: Kolonnist tulev gaasisegu segatakse vesiniku ja õhuga ning süüdatakse elektriliselt. Leegis enamik orgaanilisi molekule pürolüüsub ning tekkivad osakesed laetakse polarisatsioonielektroodiga ning kogutakse seejärel leegi kohal olevale kollektorelektroodile. • On massitundlik detektor • On tundlik kõigile ühenditele, mis sisaldavad C-H (ka C-C) sidemeid Mida rohkem neid sidemeid ühendis on, seda tugevama signaali saame. Seega edukalt kasutatav orgaaniliste ühendite määramiseks • Ei ole tundlik vee ning õhu (ja CO,CO2, O2, N2, NOx...) suhtes Seega väga hästi kasutatav igasuguste (orgaaniliste) lisandite määramisel õhus ning vees

  24. Leek-ionisatsioondetektor Skeem:

  25. Leek-ionisatsioondetektor • Tundlikkus on üsna kõrge (~ 10-12 g/ml kandegaasi kohta) • Funktsionaalrühmad (karbonüül, alkohol, halogeenid...) signaali ei anna ning seetõttu näiteks asendatud alkaanide korral signaal väheneb asendamata alkaanidega võrreldes • Lineaarne ala lai: kuus kuni seitse suurusjärku • Maksimaalne töötemperatuur 400°C • Sobivad kandegaasid N2 või He • Lihtne ja töökindel seade

  26. Massispektromeetriline detektor • Annab struktuurialast infot kolonnis lahutatud piikidele vastavate ainete kohta • On muutunud standard-detektoriks • levimuselt järgneb FID-le • Gaasikromatograafias on kasutusel põhiliselt järgmist tüüpi massispektromeetrid: • Ioonlõks-massispektromeeter • Kvadrupool-massispektromeeter • (Sektor-massispektromeeter) • (FT-massispektromeeter)

  27. Soojusjuhtivusdetektor • Põhimõte • Detektori põhikomponendiks on elektriliselt kuumutatav element (reeglina Au, Pt, W traat) • Selle temperatuur ja seega takistus sõltub ümbritseva gaasi soojusjuhtivusest • See on ühendatud võrdluselemendiga silda • Mõõdetakse väikeste takistuse muutuste poolt põhjustatud madalaid voolusid • Kandegaasina kasutatakse He või H2 – kõrgeima soojusjuhtivusega gaasid • Signaalid negatiivsed

  28. Soojusjuhtivusdetektor

  29. Soojusjuhtivusdetektor • Lihtne ja odav detektor • Kõlbab peaaegu kõikide ühendite (nii orgaanilised kui ka anorgaanilised) detekteerimiseks • Eriti kasutatakse gaaside ja lihtsate anorgaaniliste ühendite analüüsil • Tundlikkus suhteliselt madal (~10-8g/ml kandegaasi kohta) • Lineaarne ala 5 suurusjärku

  30. Elektronhaardedetektor • Kandegaas koos prooviga voolab läbi detektorikambri, milles on b-radioaktiivne (st elektrone kiirgav) allikas (enamasti 63Ni) • Kandegaas (N2 v He) haarab elektrone, tekivad ioonid • Detektoris on elektroodid, milledele on rakendatud vahelduvpinge • Mõõdetakse voolu, st sisuliselt kambris asuva gaasi juhtivust

  31. Elektronhaardedetektor • Kandegaasi molekulidest tekkinud ioonid N2- ja He- on kõrge liikuvusega • st juhtivus kõrge • Kui proovis on elektronegatiivseid aatomeid sisaldavad ained, siis need haaravad eelistatult elektrone • polühalogenoühendid, nitro- ja tsüanoühendid • Proovimolekulid on suured, nendest tekkinud ioonide liikuvus on madal • Esineb juhtivuse langus • Detekteeritakse signaali langust

  32. Elektronhaardedetektor: rakendused • Pestitsiidid, Lõhkeained, Polüfluoroühendid • Tundlikkus sõltub elektronegatiivsete rühmade arvust, mida rohkem, seda tundlikum • Ka avastamispiir on sellega otseselt seotud • Polühalogenoühendite jaoks madalaima avastamispiiriga detektor, pikogrammi suurusjärgus • Rakendusala mõnevõrra piiratud

  33. Lämmastiku-fosfori detektor (Termoioondetektor, TID)

  34. Lämmastiku-fosfori detektor • Tööpõhimõte: • Kolonnist tulev gaasisegu segatakse vesinikuga • P jaoks süüdatakse, N jaoks ei • Tekkinud kuum gaasisegu juhitakse üle elektriliselt kuumutatava rubiidium- või tseesiumhelme • Osaliselt põlenud produktid sadestuvad • Alaneb elektronide väljumistöö metallist ja selle tulemusena eraldab metall rohkem elektrone • Need kogutakse ning tekkiv voolu kasv registreeritakse • Tööpõhimõtet ei mõisteta lõpuni

  35. Lämmastiku-fosfori detektor • Avastamispiir madal (P: ~10-12g/ml kandegaasi kohta, N ca 10x kõrgem) • Lineaarne ala 5 suurusjärku • Helmes vajab regulaarset vahetamist • Kasutusvaldkond: • P-orgaanilised pestitsiidid • Farmatseutilised ühendid

More Related