Общая блок-схема хроматографа

Современный хроматограф, общая блок-схема которого приведена на рис.9, может включать несколько колонок и различные детекторы, а также автоматическое устройство для подготовки и вывода пробы. Подсоединенной к хроматографу компьютер, имеющий запоминающее устройство и банк хроматографических данных, обеспечивает аналитика богатой информацией.

Быстрое внедрение запоминающих устройств и мощных процессоров в хроматографическую технику дает возможность значительно усовершенствовать идентификацию и количественную обработку хроматографических пиков. Для этого необходима строгая слаженность работы всей хроматографической схемы: от ввода пробы, правильного заполнения колонки, разумного выбора подвижное фазы и детектора. Кроме того, необходима автоматизация всего хроматографического процесса, которая устраняет субъективные ошибки, увеличивает скорость обработки результатов.

 

Рис.9. Блок-схема хромато­графа: 1 - система подачи подвиж­ной фазы (баллон с газом, на­сос для жидкой подвижной фазы); 2- дозатор; 3- колон­ка; 4- детектор; 5- регист­ратор (самописец, ЭВМ); б - микропроцессор, ЭВМ; Т - термостатируемые зоны

 

 

8.3 Сведения о детекторах

Выходящие из колонки компоненты можно с помощью системы кранов направлять в разные емкости и собирать индивидуально, на чем основана препаративная хроматография. Однако, для быстрого анализа сложных смесей, индивидуальные компоненты лучше детектировать, используя их персональные свойства по изменению теплопроводности, тепловому эффекту сгорания, или ионизации межэлектродного пространства, изменению оптической плотности и т.д. При этом изменение указанных свойств определяется концентрацией анализируемых компонентов и регистрируется после калибровки в необходимых единицах.

Детектор - прибор непрерывного действия, он должен давать отклик (аналитический сигнал) на соединения в элюате. Детекторы подразделяются на селективные (или специфические), которые чувствительны к химическим соединениям определенных классов, универсальные, которые регистрируют многие вещества, а также на деструктивные и недеструктивные по отноше­нию к анализируемой пробе. При использовании недеструктивных детекто­ров можно собирать и использовать элюат, как это делается в препаративной хроматографии.

Одним из наиболее используемых детекторов является катарометр, принцип действия, которого основан на измерении теплоемкости разных тел. На рис.8. показана схема катарометра. В цилиндрическую полость помещена металлическая спираль (нить сопротивления), нагревающаяся в результате прохождения через нее постоянного электрического тока строго определенной величины.. При протекании через нее газа-носителя c постоянной скоростью температура спирали остается постоянной и мостовая схема сопротивлений не разбалансируется. Однако если состав газа меняется при появлении элюируемого вещества, то меняется теплопроводность ячейки детектора и температура спирали меняется, что вызывает возникновение потенциала в диагонали моста, пропорциональное концентрации вошедшего в детектор компонента, регистрируемого электронным потенциометром..

 

Рис. 8. Схема катарометра: 1– ввод газа из хроматографической колонки; 2 – вывод продуктов в атмосферу; 3–нить сопротивления; 4–изолятор; 5 – металлический блок катарометра

Другой распространенный детектор – пламенно-ионизационный. Он гораздо более чувствителен, чем катарометр, но требует подачи не только газа-носителя, но и водорода. Выходящий из колонки газ-носитель, содержащий элюент, смешивается с водородом и проходит в форсунку горелки детектора. Пламя ионизирует молекулы элюента, в результате чего электрическое сопротивление между электродами уменьшается, а ток увеличивается.

Основные характеристики детектора:

1) чувствительность, как отношение сигнала детектора к количеству вещества;

2) предел детектирования (обнаружения), за минимально определяемое количество вещества принимают такое количество, которому соответствует удвоенный (иногда утроенный) сигнал шумов детектора;

3) линейность (сигнал детектора считается линейным, если отношение сиг­налов детектора, соответствующих двум пробам, пропорционально отношению количеств вещества в этих пробах;

4) линейность в определенном диапазоне и границах количеств веществ;

5) воспроизводимость, количественной мерой которой служит стандарт­ное отклонение серии сигналов детектора при вводе в хроматограф одинаковых проб;

7) стабильность работы (низкая чувствительность к колебаниям темпе­ратуры и скорости потока жидкости).

 

8.4. Способы детектирования

 

Работа детекторов основана на из­мерении таких физических и физико-химическюс свойств подвижной фазы и определяемых веществ, которые зависят от количества и природы вещества. Сигнал детектора А_i на вещество i описывается выражением

где k- коэффициент пропорциональности; a_io(с) - функция, описываю­щая зависимость аналитического сигнала элюата a_io от концентрации дан­ного вещества с в подвижной фазе; а_о - аналитический сигнал подвижной фазы. Величину сигнала А_i можно использовать в количественном анализе лишь в том случае, если А_i = kc, практически эта зависимость может иметь вид А_i = kc^x, где х - число, характеризующее степень отклонения данной зависимости от линейной (рис.10.).

Существует три способа детектирования; прямой, непрямой (косвенное детектирование) и с послеколоночной реакцией. Прямое детектирование проводят по увеличению сигнала детектора А_i (оптической плот­ности, электропроводности, теплопроводно­сти, тока ионизаци и и др.) при прохождении через детектор зоны определяемого вещества. Непрямое детектирование проводят по уменьшению сигнала детектора А_i при про­хождении через него зоны определяемого вещества.

Рис.10. Линейность выходного сигнала детектора

В газовой и жидкост­ной хроматографии применяется общий подход к выбору детектора, который зависит от числа определяемых соединений, их концентрации в смеси и желаемого времени анализа. Для определения большого числа соединений в одном образце используют универсаль­ный детектор. Если нужно определять несколько соединений, близких по своим свойствам, зада­чу решают с помощью селективного детекто­ра. В ряде случаев для повышения селектив­ности и уменьшения времени анализа ис­пользуют комбинации универсальных и селек­тивных детекторов. Однако, учитывая, что хроматография является многокомпонентным методом анализа, ис­пользование универсальных детекторов в этом методе предпочтительно.