dockolumny detektory [tryb zgodności]
download 
Reklamacja Transkrypt
kolumny detektory [tryb zgodności]
2012-10-01 SCHEMAT BUDOWY CHROMATOGRAFU GAZOWEGO Inżektory i detektory w chromatografii gazowej Komora Regulator nastrzykowa przepływu gazu Oczyszczalnik gazu nośnego Detektor Wzmacniacz sygnału detektora Kolumna Termostat Prof. dr hab. Erwin Wąsowicz Zbiornik gazu nośnego TYPY DOZOWNIKÓW Dozowniki w kapilarnej chromatografii gazowej: Inżektory • Z dzieleniem strumienia gazu SPLIT • Bez dzielenia strumienia gazu SPLITLESS • Bezpośrednie typu Megabore • Dozujące bezpośrednio na kolumnę 1 2012-10-01 DOZOWNIK WYKORZYSTUJĄCY ODPAROWYWANIE – źródła dyskryminacji substancji PROFIL TEMPERATURY DOZOWNIKA WYKORZYSTUJĄCEGO ODPAROWYWANIE W FUNKCJI TEMPARATURY TERMOSTATU Dyskryminacji związków dozowanych sprzyjają: niska temperatura wrzenia, związki o dużej lotności DOZOWNIK TYPU SPLIT/SPLITLESS DOZOWNIK TYPU SPLIT - Próba odparowuje w komorze nastrzykowej z której większa część jest wydmuchiwana poza kolumnę (spli ratio 1:5 – 1:100) - Zastosowanie do związków stanowiących od 0,1-10% mieszaniny - Zastosowanie do analizy aromatu żywności, olejków eterycznych, benzyny i nafty oraz analizy wieloskładnikowych mieszanin - Zalety: szerokie zastosowanie, łatwość uzyskania dobrych rezultatów, temperatura wrzenia rozpuszczalnika nie wpływa na wybór temperatury kolumny 2 2012-10-01 PODZIAŁ STRUMIENIA TOTAL FLOW CONTROL LOOP 205 80 PSI ML/MIN FLOW SENSOR INPUT PRESSURE SEPTUM PURGE REGULATOR FIXED @ 3ML/MIN PRESSURE SENSOR 10 PSI BACK PRESSURE CONTROL LOOP SPLIT VENT PROPORTIONAL VALVE 1 200 ML/MIN SPLIT VENT TRAP GOLD SEAL PURGE VALVE OPEN PROPORTIONAL VALVE 2 PODZIAŁ STRUMIENIA = Split Ratio - 100:1 Przepływ przez dzielnik strumienia Przepływ przez kolumnę COLUMN FLOW 2 ML/MIN DOZOWNIK TYPU SPLITLESS DOZOWANIE SPLITLESS – efekt rozpuszczalnika - Rozpuszczalnik zostaje odparowany zanim próba dotrze do kolumny - Zastosowanie do śladowych ilości związków 10ppb-100ppm ze względu na dużą czułość - Wykorzystanie do analiz środowiskowych, biomedycznych, oraz aromatów - Zalety: stosowanie z kolumnami kapilarnymi, niższe temperatury nastrzyku 3 2012-10-01 6890 Splitless status przed „pre run” 6890 Splitless – status po „pre-run” 6850/90 Splitless pojemność linera FORWARD PRESSURE CONTROL LOOP SEPTUM PURGE REGULATOR FIXED @ 3ML/MIN 10 5 80 PSI SPLIT PROPORTIONAL VALVE 1 0 ML/MIN GOLD SEAL 10 5 VENT SPLIT VENT TRAP SEPTUM PURGE REGULATOR FIXED @ 3ML/MIN 80 PSI PSI PRESSURE SENSOR ML/MIN FLOW SENSOR INPUT PRESSURE FORWARD PRESSURE CONTROL LOOP PSI PRESSURE SENSOR ML/MIN FLOW SENSOR INPUT PRESSURE VENT PROPORTIONAL VALVE 1 0 ML/MIN SPLIT VENT TRAP PURGE VALVE CLOSED SPLIT GOLD SEAL PURGE VALVE CLOSED PROPORTIONAL VALVE 2 PROPORTIONAL VALVE 2 Mniejszy kontakt ze złotą uszczelką COLUMN FLOW COLUMN FLOW 2 ML/MIN 2 ML/MIN 4 2012-10-01 80 PSI 2000 PSI ML/MIN FLOW SENSOR 1500 BACK PRESSURE CONTROL LOOP SPLIT VENT PROPORTIONAL VALVE 1 1000 50 ML/MIN SPLIT VENT TRAP PURGE VALVE OPEN GOLD SEAL FID1 A, (A:\FIDSPLS.D) Area: 1.41189e+007 5.937 pA 7.637 55 INPUT PRESSURE SEPTUM PURGE REGULATOR FIXED @ 3ML/MIN PRESSURE SENSOR 10 1.001 TOTAL FLOW CONTROL LOOP 6.795 Splitless – chromatogram testowy – purge valve on po 1 min. 500 0 0 1 2 3 4 5 6 PROPORTIONAL VALVE 2 7 8 9 min PRIMARY FLOW PATH REDUCED FLOW PATH COLUMN FLOW PRESSURIZED GAS 2 ML/MIN DOZOWNIK TYPU Megabore Split – chromatogram testowy przy włączonym zaworze - purge valve off 7.636 6.795 5.936 FID1 A, (A:\NOPURGE.D) pA 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 min 5 2012-10-01 LINERY DO DOZOWNIKÓW TYPU Megabore 6 2012-10-01 Detektory w GC • Substancje wymyte z kolumny wpływają do detektora, detektor reaguje na ich obecność i wytwarza sygnał elektroniczny wysyłany do systemu danych • Niektóre detektory dają odpowiedź na każdą substancję eluującą z kolumny, podczas gdy inne reagują tylko na anality o specyficznych strukturach, grupach funkcyjnych i atomach (detektory selektywne) 7 2012-10-01 Czułość detektora Zakres liniowości detektora • Mierzona jako stosunek sygnału do szumu (S/N) • Sygnał jest wysokością piku a szum amplitudą linii podstawowej • Wiarygodna identyfikacja wymaga aby stosunek S/N wynosił 8-10 • Zależy od badanej substancji i warunków analizy (temperatura przepływ gazu) • Liniowy zakres odpowiedzi detektora – zakres, w którym pole powierzchni piku jest wprost proporcjonalny do ilości substancji badanej • W celu otrzymania optymalnej czułości, selektywności i liniowego zakresu detektora zaleca się stosowanie określonego natężenia przepływu strumienia gazu nośnego Charakterystyka odpowiedzi detektora • Wykres zależności ilości analitu od stosunku powierzchni piku/ilość substancji (prosta linia – odpowiedź liniowa) Czułość detektorów • Czułość podawana jest jako stosunek odpowiedzi do ilości próbki, to jest, nachylenie krzywej odpowiedzi / ilość. Minimalna ilość na krzywej definiowana jest jako granica wykrywalności. Na wartość tą wpływa sposób pobierania i przygotowania próbek, rodzaj dozowania i kolumny, sposób integracji sygnału, oraz szum pochodzący z układu obwodów elektrycznych. Dlatego, wartość tą praktycznie definiuje się jako ilość próbki, dla której wysokość piku jest dwu lub trzykrotną wysokością szumu (stosunek sygnał/szum wynosi 2 - 3). • Selektywność jest miarą rodzaju związków, dla których otrzymuje się sygnał detektora. Niektóre z detektorów wykrywają prawie wszystkie składniki i należą do kategorii detektorów uniwersalnych. Inne reagują tylko na poszczególne związki i są bardzo użyteczne gdy badane składniki zawarte są w kompleksowej matrycy na którą detektor nie reaguje. • Zakres dynamiczny jest zakresem stężenia próbki, w którym detektor może gwarantować dokładną analizę ilościową. Dla niektórych detektorów zakres ten jest całkiem szeroki, (tak jak dla detektora płomieniowojonizacyjnego). Dla innych, takich jak detektor płomieniowo-fotometryczny, zakres jest niski z powodu takich czynników jak „nasycenie” sygnału przy wyższych stężeniach. 8 2012-10-01 Detektory uniwersalne a selektywne UNIWERSALNE • Reagują na wszystkie substancje wymywane z kolumny • Odpowiedź na wszystkie związki może wpływać na rozdział substancji • Detektory te reagują na upływ fazy z kolumny oraz na zmiany temperatury i ciśnienia gazu nośnego SELEKTYWNE • Są czułe na poszczególne pierwiastki, strukturę/grupę funkcyjną lub inne właściwości analizowanych związków Rodzaje detektorów Detektory uniwersalne a selektywne • Detektory uniwersalne: - przewodności cieplnej (TCD) - płomieniowo-jonizacyjny (FID) • Detektory selektywne: - azotowo-fosforowy (NPD) – azot i fosfor - wychwytu elektronów (ECD) – chlorowcozwiązki - fotometryczny (FPD) – fosfor i siarka - przewodności Halla - masowy (pracujący w trybie SIM) Detektor TCD – cieplno-przewodnościowy Zasada działania: • Komora detektora zawiera ogrzewany prądem element oporowy (żarnik) • Zmiana prądu żarnika następuje na skutek pojawienia się analitu • Zmiana prądu porównywana jest do prądu w komorze odniesienia a miernikiem różnicy jest wytworzony sygnał • Selektywność: wszystkie związki poza gazem nośnym • Czułość 5-20 ng • Zakres liniowy: 105 – 106 • Gazy: pomocniczy (make up) – taki sam jak gaz nośny • Temperatura: 150-250ºC 9 2012-10-01 Detektor TCD – cieplno-przewodnościowy Czułość detektora TCD w funkcji temperatury Detektor TCD – cieplno-przewodnościowy Detektor FID – płomieniowo-jonizacyjny Zasada działania: • Związki spalane są w płomieniu wodoru i powietrza • Związki zawierające węgiel wytwarzają jony, które zbierane są na kolektorze (elektrodzie kolektorowej) • Sygnał – zarejestrowane jony zebrane przez elektrodę • Selektywność: związki zawierające wiązanie C-H, słaba odpowiedź na związki organiczne pozbawione wodoru (np. heksachlorobenzen) • Czułość: 0.1-10 ng • Zakres liniowy: 105 – 107 • Gazy: wodór i powietrze, gaz uzupełniający hel lub azot • Temperatura 250-300ºC 10 2012-10-01 Związki dające słabe odpowiedzi przez detektor FID Detektor FID – płomieniowo-jonizacyjny Detektor FID – płomieniowo-jonizacyjny Detektor FID – płomieniowo-jonizacyjny Odpowiedź detektora FID podczas przepływu gazu nośnego wodoru i powietrza 11 2012-10-01 Detektor FID – płomieniowo-jonizacyjny Względne wartości czynników odpowiedzi dla FID i TCD (% wag) • FID jest detektorem destrukcyjnym, masowym • Liczba jonów powstających w płomieniu jest policzona, jony wytwarzają sygnał detektora • Anality o największej liczbie węgli o niskim stopniu utlenienia wytwarzają najsilniejszy sygnał Analiza śladowych ilości CO i CO2 za pomocą układu metanizer - FID Detektor ECD – wychwytu elektronów Zasada działania: • Elektrony dostarczane są z promieniotwórczego 63Ni umieszczonego w celce detektora, w której generowany jest prąd • Elektroujemne związki wychwytują elektrony powodując zmniejszenie prądu • Mierzony pośrednio spadek prądu jest sygnałem tła • Selektywność: chlorowce, azotany i skoniugowane grupy karbonylowe • Czułość: 0.1-10 pg (chlorowce), 1-100 pg (azotany), 0.1-2 ng (związki karbonylowe) • Zakres równości: 103 – 104 • Gazy: azot lub argon/metan 12 2012-10-01 Detektor ECD – wychwytu elektronów Detektor NPD – azotowo-fosforowy Odpowiedź detektora ECD na różne związki Detektor NPD – azotowo-fosforowy Wylot dyszy detektora NPD • Termojonowy, bezpłomieniowy detektor • Czułość wywołana obecnością metalu alkalicznego • Jony powstają w plazmie wodorowo-powietrznej z wodoru w podwyższonej temperaturze i katalizatorów alkalicznych umieszczonych w źródle ceramicznym • Selektywność: związki azotu i fosforu • Czułość: 1-10 pg • Zakres liniowy: 104 – 106 • Gazy: wodór i powietrze, make-up hel • Temperatura: 250 – 300ºC 13 2012-10-01 Detektor NPD – azotowo-fosforowy Detektor NPD – azotowo-fosforowy Detektor NPD – azotowo-fosforowy Detektor FPD – płomieniowo-fotometryczny Zasada działania: • Związki spalane są w bogatym płomieniu wodór – powietrze • Związki zawierające siarkę i fosfor wytwarzają indywidua emitujące światło (siarka 394 nm, fosfor 526 nm) • Filtr monochromatyczny umożliwia przejście tylko jednej z fal o określonej długości • Kolumna fotopowielacza stosowana jest do pomiaru ilości światła i wytworzonego sygnału • Dla każdego pierwiastka stosowane są odmienne filtry • Selektywność: związki siarki i fosforu • Czułość: 10-100 pg (siarka), 1-10 pg (fosfor) • Zakres liniowości: nieliniowy (siarka), 103 – 105 (fosfor) • Gazy: wodór i powietrze, make-up azot • Temperatura: 250-300ºC 14 2012-10-01 Detektor FPD – płomieniowo-fotometryczny Detektor FPD – płomieniowo-fotometryczny Detektor FPD – płomieniowo-fotometryczny Detektor PFPD – pulsacyjny detektor płomieniowo-fotometryczny • Selektywność: siarka > 106 S/C, fosfor > 106 • Liniowość: siarka – zależność kwadratowa, fosfor – liniowość w zakresie pięciu rzędów wielkości • Gaz nośny: maksymalne natężenie przepływu (He, N2): 5mL/min, większe natężenie przepływu, do 15 mL/min, przy H2 • Temperatura: minimalna 180ºC, maksymalna 420ºC 15 2012-10-01 Detektor PFPD – pulsacyjny detektor płomieniowo-fotometryczny Detektor PID - fotojonizacyjny Zasada działania: • eluaty wypływające z kolumny bombardowane są w detektorze fotonami o wysokiej energii emitowanymi przez lampę UV • Jonizowane są związki o potencjale jonizacyjnym nie przekraczającym energii fotonów • Powstające jony przyciągane są przez elektrodę, mierzone a następnie wytwarzany jest sygnał Detektor PID - fotojonizacyjny • Selektywność: zależy od energii lampy, detektor stosowany zazwyczaj dla związków aromatycznych i olefin (lampa 10eV) • Czułość: 25-50 pg (związki aromatyczne), 50-200 pg (olefiny) • Zakres liniowy: 105 – 106 • Gazy: hel (99.999%) • Temperatura: 200ºC Spektrometr masowy - MS Zasada działania: • W detektorze panuje próżnia • Związki bombardowane są elektronami (EI) lub cząsteczkami gazu (CI) a następnie fragmentowane na jony o charakterystycznych ładunkach • Powstające jony są ogniskowane i przyspieszane w filtrze mas • Selektywność filtra pozwala na przejście wszystkich jonów o określonej masie do powielacza • Selektywność: wszystkie związki dające fragmenty o wyselekcjonowanym zakresie mas, całkowity zakres mas SCAN, wybrane jony SIM • Czułość: 1-10 ng (SCAN), 1-10 pg (SIM) • Zakres liniowy: 105 – 106 • Gazy: hel • Temperatura: 250 – 300ºC (linia transferowa), 150 - 250 300ºC (źródło) 16 2012-10-01 Spektrometr masowy - MS Spektrometr masowy – MS, magnetyczny separator mas Spektrometr masowy – MS, kwadrupol Spektrometr masowy – MS, spektrometr czasu przelotu - TOF 17 2012-10-01 Spektrometr masowy – MS, pułapka jonowa Spektrometr masowy – MS, spektrometr mas z transformacją Fourier’a (FTMS) Spektrometr masowy – MS, chromatogram całkowitego prądu jonowego Spektrometr masowy – MS, widmo masowe 18
