Детекторы для газовой хроматографии

Для регистрации веществ, элюируемых из колонки, в комплект газового хроматографа входит несколько различных детекторов.

Детектор по теплопроводности (катарометр) относится к универсальным детекторам, он наиболее широко используется в газовой хроматографии.

В полость металлического блока катарометра (рис. 5) помещена спираль из металла с высоким термическим сопротивлением (например, из платины, вольфрама, их сплавов, никеля). Через спираль проходит постоянный ток, в результате чего она нагревается. Если спираль обмывает чистый газ-носитель, то спираль теряет постоянное количество теплоты и ее температура постоянна. Если состав газа-носителя изменяется, то меняется теплопроводность газа, следовательно, и температура спирали. Это приводит к изменению сопротивления нити, которое измеряют с помощью моста Уитстона.

Детектор электронного захвата (рис. 6) представляет собой ячейку с двумя электродами (ионизационная камера), один из которых изготовлен из материала, являющегося источником излучения (⁶³Ni, ³H, ²²⁶Ra). В камеру поступает газ-носитель, прошедший через хроматографическую колонку. Там он облучается постоянным потоком b-электронов. Наиболее удобным источником излучения является титановая фольга, содержащая адсорбированный тритий.

Рис. 5. Схема катарометра: 1 — ввод газа из колонки; 2 — изолятор; 3 — выход в атмосферу; 4 — металлический блок; 5 — нить сопротивления

Рис. 6. Схема электронно-захватного детектора: 1 — ввод газа; 2 — источник излучения; 3 — вывод в атмосферу; 4, 5 — электроды

В детекторе происходит реакция свободных электронов с молекулами определенных типов с образованием стабильных анионов:

.

(1)

Если через камеру протекает чистый газ-носитель, то в результате облучения из отрицательно заряженных частиц в камере присутствуют только электроны. Если из хроматографической колонки вместе с газом-носителем в камеру поступают соединения, которые могут захватывать электроны, то ионизационный ток детектора уменьшится. К таким соединениям, на которые дает отклик данный детектор, относятся соединения, содержащие галогены, фосфор, серу, свинец, кислород. На большинство углеводородов данный детектор не реагирует.

Пламенно-ионизационный детектор (ПИД) содержит два электрода (рис. 7). В отсутствии ионизованных частиц в межэлектродном пространстве сопротивление между ними высокое, ток незначительный. В детектор встроена горелка, в форсунку которой поступает выходящий из хроматографической колонки газ, смешанный с водородом. В пламени горелки образуются ионизованные частицы; они заполняют межэлектродное пространство, в результате чего сопротивление снижается, при этом резко усиливается ток.

Рис. 7. Схема пламенно-ионизационного детектора: 1 — ввод газа из колонки; 2 — ввод водорода; 3 — вывод в атмосферу; 4 — собирающий электрод; 5 — катод; 6 — ввод воздуха

ПИД реагирует на многие соединения, за исключением водорода, инертных газов, кислорода, азота, оксидов азота, серы, углерода, а также воды. Стабильность и чувствительности ПИД зависит от подходящего выбора скорости потока всех используемых газов (газа-носителя — примерно 30 – 50 мл/мин, водорода ~30 мл/мин, воздуха — 300 – 500 мл/мин).

ПИД имеет широкую область линейного отклика (6 –порядков), поэтому он наиболее пригоден при определении следов анализируемых соединений.