Gaschromatographie Методи моніторингу повітря німецькою мовою, 1976 - Основні довідкові роботи - Wiley
Газова хроматографія [Методи моніторингу повітря німецькою мовою, 1976]
Анотація
Опубліковано в серії Аналітичні методи випробування небезпечних речовин: аналіз повітря, 1-а доставка, видання 1976 р
7-газова хроматографія (ГХ)
7.1 Область застосування газової хроматографії
GC є дуже корисним методом визначення для аналізів біологічного матеріалу та для аналізів клінічної хімії, а також для аналізу повітря.
Використання передбачає загальне знання цієї процедури. У зв'язку з цим робиться посилання на вступну та відповідну літературу [1-8]. При газохроматографічному визначенні зразок дозується в газовий потік-носій, який транспортує його в газоподібній формі до наступної сепараційної колони. Тут компоненти розділяються так, що вони залишають колону через відтворювані часи (часи утримання). Детектор у кінці колони посилає сигнал на реєстратор або інтегратор. Якісна інформація отримується з часу утримання, а кількісна - із сили сигналу.
Часто вимірювальну складову доводиться збагачувати перед визначенням. Для цього використовується сорбція в рідині (розчиняється) або на твердій фазі. Якщо чутливість дисплея все ще недостатня, використання спеціального детектора може призвести до мети. Часто використовуваний прийом полягає у хімічному перетворенні компонента зразка у більш летке або більш стабільне похідне (наприклад, етерифікація кислот). Такі міркування наведені у вигляді блок-схеми на рис. 7-1.
Блок-схема для визначення основної застосовності ГХ для визначення вимірювальної складової i.
7.2 Газохроматографічний апарат
Пневматична частина (регулювання тиску та витрати носія, палива та допоміжних газів),
7.2.1 Зразок вхідної частини
Зразок може бути присутнім у збірній пробірці в газоподібній формі або розчинений у рідині або адсорбований або конденсований на твердій фазі. Для вимірювання компонента, що підлягає вимірюванню, зразок необхідно обробити залежно від типу кількісної оцінки, а чітко визначену частину обробленого зразка подати на газовий хроматограф.
Газоподібні зразки (під нормальним тиском) вводяться або за допомогою вхідної частини зразка газу, або за допомогою газонепроникних ін’єкційних шприців. Вхідна частина зразка газу доцільно працює за принципом вимірювання тиску в зоні негативного тиску, тобто H. від приблизно 10 до 700 торр (рис. 7–2).
Також можна дозувати за обсягом за допомогою змінних дозуючих петель. B. наповнюється зразком бар’єрною рідиною. Витрушуючи з відповідною рідиною, вимірювальний компонент, що міститься в газозбірній трубці, може бути розчинений і газовий хроматограф у вигляді зразка рідини.
Зразки рідини вводяться за допомогою шприців для ін’єкцій з мікролітрами. Для цього ін’єкційний блок забезпечений гумовою мембраною, нагрівач забезпечує швидке випаровування зразка. На цей момент газоподібні зразки також можна вводити за допомогою газонепроникних ін’єкційних шприців.
Адсорбати або конденсати на твердих фазах можуть потрапляти в потік газу-носія нагріванням. Передача вимірювального компонента в сепараційну колону повинна відбуватися за такий короткий час, щоб не було пікового розширення порівняно зі звичайним впорскуванням. Мертвий об'єм між адсорбентом та входом у сепараційну колону повинен бути якомога меншим, і на шляху до колони не повинно відбуватися конденсації, поглинання або зміни зразка. Спеціальні умови повинні бути адаптовані до відповідної проблеми.
Компоненти, зв’язані з твердими адсорбентами, також можна екстрагувати та вводити розчин у газовий хроматограф.
7.2.2 Гази-носії, паливо та допоміжні гази
Газом-носієм для приладів з детекторами теплопровідності (TCD) є переважно гелій, який забезпечується чистотою понад 99,98%. Щоб видалити домішки та вологу, труба, заповнена молекулярним ситом, завжди повинна розташовуватися в лінії подачі безпосередньо перед пристроєм. Молекулярне сито регенерується за необхідності, але принаймні кожні 3-6 місяців роботи, випікаючи його при температурі приблизно 350 ° C у вакуумі.
Прилади з детекторами іонізації полум'я (FID) зазвичай працюють з азотом (чистота не менше 99,9%) як газ-носій. Тут горючі забруднення мають особливо руйнівну дію. Чутливість дисплея значно знижується, базовий рівень знаходиться далеко за межами звичайного нульового значення. Те саме стосується водню, який використовується як паливний газ. Зверніть особливу увагу на відсутність метану. Чистим киснем, синтетичним повітрям або звичайним повітрям може бути використаний другий паливний газ за умови, що він очищений за допомогою спеціальних фільтрів (наприклад, фільтрів Шумахера), активованого вугілля та молекулярних сит.
Детектор електронного захоплення (ECD) експлуатується із сумішшю гелію, азоту або аргон-метану, залежно від його конструкції. Ці гази не повинні містити домішок з більшим спорідненістю до електронів, таких як Б. містять галогенові сполуки.
Мідні труби або тефлонові шланги використовуються як стійкий до тиску матеріал для подачі газів, шланги під тиском, що містять гуму, непридатні. З'єднувачі в лінійці краще паяти разом. Регулярно перевіряйте гвинтові з'єднання на герметичність, промазуючи їх мильним розчином або детектором витоків.
7.2.3 Розділювальні колони
Завданням сепараційної колони є розділення суміші газоподібних речовин на окремі її компоненти. За їх будовою спочатку розрізняють набиті колони та капілярні колони.
(Метил та феніл) силікони (SE-52, SE-30, OV-1, OV-17 та багато інших типів)
Бензол, толуол, CHCl3, ацетон
різні висококиплячі сполуки
Полярні силікони (нітрил, вініл, фторосилікони тощо)
усього та ін. кВт., аромат. Галоген HC., Ефір, ефір
Алкани, алкени, ароматичні KW. (до С8)
Диноніл (дидецил -) -О- фталат
Resoflex, Desmophene, Reo plex та інші поліефіри
Поліалкіленгліколі (Ucon, Carbowax та багато інших типів)
Спирти, альдегіди та інші полярні речовини, аміни (носії з КОН)
сильний фурункул. стовп. Речовини, аміни (носій з КОН)
Адсорбенти, напр. B. активоване вугілля, силікагель, молекулярні сита, сепаруючий ефект яких заснований на процесах адсорбції та десорбції на твердій поверхні.
Значно неактивні носії, просочені нелеткою рідиною (нерухома фаза). Для цього використовують переважно попередньо оброблену діатомову землю, яка пропонується під різними торговими назвами (наприклад, Chromosorb, Celite, Diatoport, Gas - Chrom, Anakrom та ін.), Іноді також цегляне борошно, скляний порошок або тефлоновий порошок. Ефект розділення в цій групі заснований на специфічних процесах розподілу між газовою фазою та нерухомою фазою.
Деякі високополімерні речовини, що складаються зі стиролу, дивінілбензолу та подібних мономерів і продаються під різними назвами (наприклад, Porapak, Levapol, Chromosorb 102 тощо). Полімери зазвичай не завантажені стаціонарними фазами.
Капілярні колони - це трубки з чіткою шириною приблизно 0,2-0,5 мм і довжиною приблизно 100 м, внутрішня стінка яких покрита плівкою нерухомої фази (тонкоплівкові капілярні колони) або матеріалом-носієм, покритим стаціонарна фаза завантажена (тонкошарові капілярні колони).
Тип нерухомої фази (сепараційна рідина) найбільше впливає на ефективність сепараційної колони. Невеликий вибір часто використовуваних розділювальних рідин із деталями відповідних розчинників для приготування, областю їх застосування та максимальними робочими температурами наведено в табл. 7–1.
Кількість стаціонарної фази на опорі Кізельгура зазвичай становить від 2 до 20%. Існує верхня межа поглинаючої здатності для кожного типу носія. Це вказано виробником і становить від приблизно 0,1% (склопорошок) до приблизно 30% (кізельгур).
Температура розділової колони повинна бути приблизно на 30-40 ° C нижче середньої температури кипіння суміші речовин. Для аналізу сумішей парів розчинників, наприклад Довели температуру Б. від 90 до 100 ° С і швидкість потоку газу-носія від 50 до 70 мл/хв. Час утримання компонентів розчинника на двох типах колон, які часто використовуються на практиці, наведено в табл. 7–2.
Температура кипіння в ° C при 1013 мбар
Валовий час утримання в хвилинах
1, 1, 1 - трихлортрифторетан
Оцтова кислота-iПропіловий ефір
Оцтова кислота-Пропіловий ефір
Оцтова кислота-i-Бутиловий ефір
Оцтова кислота--Бутиловий ефір
Рідини, що розділяють, за своїм впливом поділяються на полярні та неполярні. Неполярні фази розділяють компоненти за температурою кипіння, майже незалежно від їх хімічної природи. Приклади: Силікони, жир Апіезон, парафінові олії, сквален. Полярні фази розділяють компоненти залежно від їх функціональних груп, більш-менш незалежно від температур кипіння. Приклади: поліефіри, поліаміди, полігліколі, нітрили, емульгатори. Перехід від неполярного до полярного є плинним. Ступінь полярності розділяючої рідини може, наприклад, Б. може характеризуватися так званими константами Роршнайдера. У зв'язку з цим робиться посилання на літературу [1, 9, 10] .
Проблему розділення можна вважати оптимально вирішеною, якщо піки розглянутих компонентів повністю відокремлені один від одного з найкоротшим часом збереження. Якщо розведений розчин вимірювального компонента присутній в абсорбуючій рідині, слід перевірити, чи містить він домішку, час утримання якої відповідає часу вимірювання.
Час утримання вимірювального компонента повинен бути коротшим, ніж у поглинаючої рідини, оскільки малі піки на падінні борту великого важко виявити.
Якщо підлягають дослідженню термічно нестійкі або агресивні речовини, матеріал труби, з якої виготовлена сепараційна колона, також може бути важливим. Найменш активним є скло.
Щоб зробити упаковану колону розділення:
Найпростіший спосіб приготування колонного пакувального матеріалу полягає в наступному: зважену кількість розділюючої рідини (наприклад, 5 г) розчиняють у летючому інертному розчиннику, наприклад B. метиленхлорид, ацетон, бензол, гексан і перемішують цей розчин із зваженою кількістю типу кизельгуру (z. B. 40-50 г). Розчинника повинно бути стільки, щоб маса була повністю і рівномірно зволожена. Потім розчинник випаровують при постійному обережному перемішуванні, поки матеріал не стане абсолютно сухим і сипучим. (Розчинник також можна видалити у роторному випарнику.) Потім матеріал наповнювача просівають через два сита відповідного розміру вічка, відкидаючи пилоподібну стираність і злежують більші конгломерати. Потім матеріал готовий до заповнення. Виготовлений таким чином наповнювальний матеріал відповідає більшості практичних вимог. Більш складні процеси описані в літературі для більш високих вимог [1, 2] .
Колону найкраще заповнювати після згинання труби. Об'єм наповнення спочатку розраховується з чистої ширини та довжини труби. Відповідна кількість наповнювального матеріалу вимірюється у мірному циліндрі, щільність упаковки повинна бути приблизно такою ж, як і в колонці, яку потрібно заповнити. Це дає вам приблизну суму, яку потрібно помістити в колону, і таким чином можна уникнути залишення частин стовпця порожніми. Один кінець труби закритий невеликою, вільною пробкою зі скла або кварцової вати, і кілька см 3 наповнювального матеріалу просочилося крізь відповідну лійку, обережно постукуючи. Потім закритий кінець труби підключають до вакууму з низькою всмоктуючою потужністю, і наповнювальному матеріалу дозволяють надходити в трубу при постійному відбиванні (або за допомогою вібратора). Коли наповнення завершено, інший кінець колони також закривається пробкою зі скловата.
Перед використанням свіжозаповнену колону потрібно випікати. Якщо для цього немає спеціального пристрою, нагрівання здійснюється в газовому хроматографі, завдяки чому кінець колонки ще не підключений до входу детектора. Коли газ-носій тече, температуру колонки повільно підвищують до гранично допустимого значення і дають їй охолонути, не вимикаючи газ-носій. Потім колонка готова до використання, і її вихід можна прикрутити до входу детектора. Заповнені колони повинні бути добре закриті, коли вони зберігаються поза приладом; те саме стосується матеріалу для наповнення. Ефективність розділення колони зменшується із часом використання. Це стає помітним через розширення піків та зменшення часу утримання. Для контролю якості потрібно мати під рукою відповідну випробувальну суміш, яку вводять через рівні проміжки часу і хроматограму якої порівнюють з попередньою.
7.2.4 Детектори
На додаток до деяких дуже чутливих і високоспецифічних детекторів, в основному використовується детектор іонізації полум'я (FID), а також детектор теплопровідності (TLD) і дедалі частіше детектор захоплення електронів (ECD). Короткий зміст найважливіших параметрів цих трьох типів детекторів наведено в табл. 7–3.