Что такое чувствительность детектора
Что такое чувствительность детектора
Хроматографический детектор представляет собой устройство, предназначенное для обнаружения и количественного определения выходящих из колонки в потоке подвижной фазы компонентов анализируемой смеси. Регистрация вещества осуществляется за счет преобразования в электрический сигнал изменений химических или физико-химических свойств потока, выходящего из хроматографической колонки.
Основные требования, предъявляемые к хроматографическим детекторам:
Наибольшее распространение в силу универсальности, превосходных характеристик и высоких эксплуатационных качеств получили пламенно-ионизационный детектор и детектор по теплопроводности. Кроме того, широко используются селективные детекторы, позволяющие определять в сложных смесях только соединения определенного состава. К ним в первую очередь относятся электронозахватный, термоионный и пламенно-фотометрический детекторы, использование которых упрощает идентификацию компонентов, повышает чувствительность, значительно сокращает время анализа и объем пробы исследуемой смеси. Такие преимущества селективных детекторов являются основной причиной их широкого применения при анализе сложных смесей биологического или природного происхождения и загрязнений окружающей среды.
Пламенно-ионизационный детектор
Пламенно-ионизационный детектор (ПИД) обладает высокой чувствительностью к органическим соединениям, имеет широкий линейный диапазон и сравнительно малую зависимость рабочих параметров от конструкции и внешних условий.
Для работы детектора необходимо использовать дополнительные газы: воздух и водород. Они поддерживают горение горение пламени в детекторе. Устойчивость работы и максимальная чувствительность ПИД обеспечиваются правильным выбором расходов газа-носителя, водорода и воздуха. Оптимальные расходы газов и их соотношения несколько зависят от конструкции детекторов, однако для большинства конструкций наибольшая чувствительность и стабильность работы достигаются при соотношении расходов газа-носителя, водорода и воздуха, близком к 1:1:10.
Поскольку в пламени чистого водорода число ионов мало, сопротивление газового пространства очень велико и ток детектора весьма мал. Этот ток, возникающий за счет ионизации примесей, содержащихся в газе-носителе, водороде и воздухе, является постоянным фоновым током детектора. При внесении с газом-носителем из колонки анализируемых органических веществ число ионов в пламени резко увеличивается, сопротивление пламени падает и в детекторе регистрируется соответствующее возрастание ионного тока.
Очень слабая реакция ПИД на воду и отсутствие чувствительности к неорганическим соединениям, инертным газам и водороду делают его незаменимым при анализах примесей органических веществ в воздухе, сточных и природных водах, а также в биологических объектах.
Сравнительно слабая зависимость чувствительности детектора от изменения расходов газов и температуры и строгая пропорциональность сигнала детектора количеству вещества в широких пределах создали пламенно-ионизационному детектору репутацию лучшего универсального детектора.
Детектор по теплопроводности
Принцип действия детектора по теплопроводности (ДТП) основан на изменении температуры нагретых нитей (чувствительных элементов) в зависимости от теплопроводности газа, которая в свою очередь определяется его составом. ДТП измеряет различие в теплопроводности чистого газа-носителя и смеси газа-носителя с веществом, выходящим из хроматографической колонки. Поэтому наибольшая чувствительность может быть получена в том случае, когда теплопроводность анализируемого вещества сильнее отличается от теплопроводности газа-носителя. Большинство органических веществ имеют низкую теплопроводность, и для их анализа целесообразно использовать газы-носители с возможно более высокой теплопроводностью, например, гелий или водород.
Электронно-захватный детектор
Электронно-захватный детектор (ЭЗД) применяется для определения галоген-, кислород- и азотсодержащих веществ, некоторых металлоорганических соединений и других веществ, содержащих атомы с явно выраженным сродством к электрону.
Для устойчивой работы детектора необходимо прежде всего обеспечить постоянную скорость образования свободных электронов в ионизационной камере, что достигается помещением в нее радиоактивного источника. В качестве газа-носителя используются азот, аргон, гелий и другие электронодонорные газы, способные ионизироваться под воздействием радиации с освобождением электрона. При появлении в детекторе молекул анализируемых веществ, обладающих сродством к электрону, происходит захват ими свободных электронов. В результате этого процесса общее число заряженных частиц в ионизационной камере не меняется, что приводит к снижению фонового тока детектора. Таким образом, сигналом детектора является уменьшение начального тока, связанное с количеством анализируемого компонента.
Чувствительность детектора зависит от природы анализируемых веществ, вида и числа атомов, обладающих сродством к электрону, структуры веществ. Чувствительность ЭЗД возрастает с увеличением числа атомов галогенов в молекуле, а также в ряду фтор-, хлор-, бром- и иодсодержащих соединений.
Линейный динамический диапазон ЭЗД также зависит от природы вещества. Чем меньше чувствительность, тем шире линейная область концентраций. Это объясняется относительно меньшим числом свободных электронов, связываемых единицей массы вещества с малым сродством к электрону.
Пламенно-фотометрический детектор
Принцип действия пламенно-фотометрического детектора (ПФД) основан на измерении свечения водородного пламени при сгорании в нем фосфор- и серосодержащих соединений. Различие условий сжигания в пламенно-фотометрическом детекторе и пламенно-ионизационном состоит в том, что в ПФД пламя обогащено водородом, в то время как в ПИД оно обогащено кислородом.
Чувствительность ПФД к серо- или фосфорсодержащим веществам тем больше, чем выше содержание этих элементов в молекуле анализируемого соединения. Сигнал фосфорорганических соединений пропорционален концентрации их в потоке газа-носителя, а сигнал серосодержащих веществ пропорционален логарифму потока вещества.
Характерной особенностью ПФД является зависимость чувствительности к серо- и фосфорсодержащим соединениям от присутствия в пламени других веществ. Так, наличие в пламени углеводородов, выходящих из колонки одновременно с серо- и фосфорсодержащими веществами, может понизить или полностью подавить пики этих элементорганических веществ, хотя эмиссия от углеводородов сама по себе не детектируется.
Фотоионизационный детектор
Принцип действия фото-ионизационного детектора (ФИД) заключается в ионизации молекул определяемых веществ под действием УФ-излучения и измерении возникающего ионного тока.
Чувствительность ФИД зависит от химического строения молекулы: числа атомов углерода, природы и положения функциональных групп, двойных и сопряженных двойных связей. Так, чувствительность ФИД уменьшается в следующих рядах соединений: арены > алкены > алканы и кетоны > альдегиды > эфиры > спирты.
Сигнал ФИД пропорционален концентрации анализируемого вещества в ионизационной камере и интенсивности УФ-излучения.
Детекторы Хроматографа
28.07.2020
Сегодня хроматография остается самым используемым методом анализа окружающей среды. Приборы, которые работают на основании этой методики, используют в разных промышленных сферах, криминалистике. Они расщепляют смеси на моноэлементы, что гарантирует высокую точность исследования. Хроматографы применяются в комплексном анализе сложных масс, оценке всех компонентов их структуры.
Такие виды устройств состоят из резервуара для элюента (жидкость, газ), отсека для введения образцов, колонки, термостата, детектора, регистратора, преобразователя сигналов. Основными компонентами конструкции являются колонка хроматографа и детектор. Рассмотрим подробнее второй элемент, так как он важен для точности исследования.
Детекторы хроматографа
Перед покупкой хроматографа важно определить вид этого компонента. Тип детектора влияет на итоговую стоимость прибора. Он может быть селективным или универсальным. Сегодня используется шесть видов данных устройств для газовых хроматографов, на которых важно остановиться подробнее. Пламенно-ионизационные (ПИД) детекторы чаще применяют для определения присутствия в материале углеводорода. Принцип работы представлен изменением газовой проводимости в кислородно-водородном пламени. Такие процессы происходят в случае попадания в факел органических компонентов.
Принцип анализа детектора по теплопроводности (ДТП) характеризуется температурным реагированием нагретой стальной нити при воздействии исследуемой пробой. Для создания максимальной чувствительности рекомендуется использовать 2 металлические нити. В колонке хроматографа с электрохимическими компонентами представлены вещества, в состав которых входит сера. Вследствие реакции создаются электроны между измерительными электродами.
Термоионные (ТИД) устройства имеют структуру, где присутствует солевая таблетка щелочной стали, миниатюрный керамический шарик.
Принцип исследования пламенно-фотометрических детекторов базируется на определении вида излучения молекул, атомов при их взаимодействии с плазмой пламени. Используют ПФД для фосфорных, серных, азотных смесей, а также соединений ртути. Теоретически может определить другие элементы.
В структуре электрозахватного (ЭЗД) устройства присутствует источник электронов (бета-частиц). Молекулы, которые склонны к ионизации, при взаимодействии с таким источником провоцируют возникновение тока. Его характеристики зависят от концентрации молекул в исследуемом образце. Дополнительно выполняется измерение тока.
Распространены пламенно-ионизационные устройства, а также детекторы по теплопроводности. Их используют для определения большого количества органических компонентов. Селективный детектор ЭЗД предназначен для исследования галогенов, фосфора, кислорода.
Устройства, применяемые в жидкостной хроматографии:
Детектор для оборудования, которое работает согласно хроматографической методике, определяется индивидуально. Учитываются конкретные аналитические задачи, вид, состояние, объем вещества, которое будет изучаться. Прибор работает с жидкими, газообразными, твердыми материалами.
Чувствительность детектора хроматографа
Чувствительность таких компонентов играет важную роль в определении достоверных результатов анализа. Современные хроматографы способны работать с незначительным количеством материала, так как оснащены очень чувствительными детекторами. Это позволяет устройствам выявлять минимальный объем конкретных компонентов в составе вещества.
К примеру, на уровень чувствительности ПИД влияет число атомов углерода. При сочетании детектора с метанатором исследование проводится на уровне 0,1 pm. Аналогично определяется этот параметр для иных видов прибора. Выбор устройства выполняется с учетом конкретной задачи исследования.
Эффективность прибора зависит от условий, где будут проводить анализ. Хроматографы устанавливают в помещениях, где представлена современная система кондиционирования, отсутствуют резкие скачки температуры окружающей среды.
Для чего предназначен детектор?
Сертифицированные хроматографы используют для выполнения комплексного анализа разных веществ в промышленных масштабах. Оборудование предназначено для разделения, изучения состава смеси. Методику хроматографии применяют в лабораториях разного направления. Например, оборудование позволяет проанализировать качество продукции, которая производится на конкретном предприятии. Газовые или жидкостные хроматографы используют в компаниях, которые занимаются переработкой нефти.
Такое оборудование заказывают организации химической отрасли, научно-исследовательские университеты, институты для проведения разных исследований. Прибор незаменим в парфюмерии, так как производство туалетной воды, духов основано на проведении изучения содержания этанола в их составе. Обязательным условием является анализ парфюмерии на присутствие в ее составе вредных компонентов, примесей. Поэтому компании до массового производства духов выполняют проверку продукции на хроматографах.
Данные устройства используют для анализа состояния почвы, воздуха, воды. Газовые хроматографы определяют в их структуре наличие опасных примесей, вредных компонентов. Такую методику используют в фармацевтической сфере, так как оборудование работает с минимальными объемами элементов.
Ищете качественные и надежные детекторы для хроматографа? Необходимо продуктивное обслуживание на высоком уровне? Обращайтесь в «Хроматограф.ру». Менеджеры проконсультируют вас по интересующим позициям каталога. Мы обеспечиваем бесплатный выезд специалиста для диагностики оборудования, привлекательные условия покупки, оперативную доставку. Все приборы, представленные на сайте, прошли тщательное тестирование, подготовку к эксплуатации. Это гарантирует длительный период работы оборудования.
ГХ или ВЭЖХ? Что выбрать?
При появлении новой аналитической задачи…
16.11.2021
Хроматография. Простыми словами.
О хроматографии написано много. Мы…
10.11.2021
Как проводится хроматография
Хроматографический анализ представляет собой один…
18.03.2021
Абсорбционная спектрометрия уже больше века…
18.03.2021
Основные Параметры Хроматографических Пиков
Ключевую для хроматографии информацию получают…
21.01.2021
Результатом хроматографии является хроматограмма, дающая…
21.01.2021
Распространённые причины поломки хроматографов
Использование любых сложных видов оборудования…
02.10.2020
Как Хроматография Применяется в Парфюмерии?
Методику хроматографии активно используют в…
02.10.2020
Хроматография: история открытия и развития
Хроматография сегодня активно используется в…
06.09.2020
Как правильно выбрать хроматограф?
Хроматография – метод анализа жидкостных…
05.09.2020
Работа любого сложного устройства сопровождается…
28.07.2020
Сегодня хроматография остается самым используемым…
28.07.2020
Предшественником всех современных спектрометров считается…
06.07.2020
Разделение сложных смесей на единичные…
06.07.2020
Хроматографические методы в криминалистике
Криминалистические экспертизы играют важную роль…
06.07.2020
Хроматография в фармацевтической промышленности
В настоящее время можно выделить…
27.05.2020
Принципы работы спектрометра
Спектрометр – прибор, работающий на…
08.05.2020
Хромато-масс-спектрометры: принцип действия
Командой Хроматограф.ру в Печорской центральной…
08.05.2020
Порядок технического обслуживания оборудования производства «НПО СПЕКТРОН»
При поставке приборы снабжаются всем…
17.04.2020
Хроматография в контроле качества продовольственного сырья и пищевых продуктов
Безопасность и качество продуктов питания…
17.04.2020
Телемедицина для хроматографов
Что такое телемедицина? Это консультация…
15.04.2020
Основные производители хроматографов в мире, в России
Хроматографы используются в аналитических исследованиях,…
02.12.2019
Области применения газовых и жидкостных хроматографов
Хроматография – способ разделения многокомпонентных…
02.12.2019
Хроматографические Методы Анализа
Хроматографические методы анализа базируются на…
02.12.2019
Хроматограф — принцип действия, виды хроматографов
Одним из самых популярных методов…
23.02.2019
Обучение с выдачей удостоверения
С июня 2017 года наши…
28.11.2018
Скидка на Хромато-масс-спектрометр с МСД Хроматэк 12% до 31 октября 2017 года
Руководством предприятия принято решение предоставить…
28.11.2018
Детекторы
Хроматография – гибридный метод: вначале на колонке происходит разделение анализируемой смеси на отдельные компоненты, а затем детектор, расположенный после хроматографической колонки, определяет содержание разделенных компонентов в потоке подвижной фазы. Выдающиеся хроматографисты А.А. Жуховицкий и Н.М. Туркельтауб отмечали, что «… история развития газовой хроматографии в известной мере представляет собой историю развития детектора…».
Детектор – это прибор, позволяющий фиксировать какое-либо физико-химическое свойство бинарной смеси, определяемое ее составом. В современной хроматографии используют дифференциальные детекторы, которые условно делят на ионизационные и неионизационные. Кроме того, детекторы подразделяют на деструктивные и недеструктивные, а также универсальные и селективные. Большинство ионизационных детекторов являются селективными и деструктивными, а большинство неионизационных детекторов – универсальными и недеструктивными. Деструктивным детектором считают тот, в котором более чем 1% анализируемых компонентов разлагаются или реагируют с образованием других соединений. Ионизационным называют такой детектор, в котором анализируемые соединения под действием различных факторов (водородное пламя, β-излучение, УФ-излучение, высокочастотный разряд и др.) превращаются в отрицательные или положительные ионы, которые собираются на электродах и регистрируются. Детекторы подразделяются на концентрационные и потоковые. Сигнал концентрационного детектора зависит от мгновенной концентрации компонента в смеси с газом-носителем, а сигнал потокового определяется числом молекул анализируемого компонента, достигших чувствительного элемента в данный момент времени.
Работу детектора можно охарактеризовать следующими параметрами: чувствительность, линейный динамический диапазон, селективность, инерционность.
Чувствительность детектора оценивается с использованием характеристики «предел детектирования» (рисунок 1).
Предел детектирования – это минимальная концентрация (масса или массовый расход) контрольного компонента, доступная для обнаружения хроматографическим детектором в потоке подвижной фазы (т.е. дающий выходной сигнал детектора в 2 раза превышающий уровень флуктуации нулевого сигнала).
Рассчитывается данная величина по следующим формулам:
для потокового детектора
для концентрационного детектора
где ∆x – значение уровня флуктуации шумов нулевого сигнала (определяется как максимальное значение амплитуды повторяющихся колебаний нулевого сигнала с полупериодом не более 10 секунд), В;
С – концентрация компонента в контрольной смеси, г/мл;
Vпр – объем вводимой пробы, мл;
Q – среднее арифметическое значение площади пика, В·с;
F – расход подвижной фазы, мл/с.
Пламенно-ионизационный детектор с одной стороны является селективным, поскольку определяет только органические соединения, способные к ионизации в пламени водородной горелки, с другой стороны, он является универсальным по отношению ко всем органическим соединениям. Как правило, с увеличением селективности детектора возрастает его чувствительность к определяемым соединениям.
Линейный динамический диапазон (ЛДД)
В ходе хроматографического анализа часто используют стандартные пробы для расчета коэффициента чувствительности (отношение площади пика к массе анализируемого компонента), который затем применяется в ходе дальнейших анализов. Постоянством коэффициента чувствительности определяется линейность сигнала детектора (рисунок 2).
Значение Сmax определяют при отклонении от линейности не более 3%.
Инерционность или быстродействие характеризует способность детектора реагировать на изменение концентрации вещества в детекторе. Если в детекторе в момент времени tо скачкообразно изменить концентрацию, его сигнал от начального значения Eo до значения Е1, отвечающего новой концентрации, изменяется не мгновенно, а с некоторым запаздыванием τо (рисунок 3). Чем меньше τо, тем быстрее реагирует детектор, и тем меньшие искажения появляются при записи хроматограмм.
Инерционность детектора является следствием как объема камеры, так и ограниченной скорости физико-химических процессов при формировании сигнала детектора. Большая инерционность ДТП определяется скоростью процессов теплопередачи, которая значительно меньше скорости образования и сбора зарядов в ионизационных детекторах.
К наиболее широко используемым детекторам в газовой хроматографии относятся детектор по теплопроводности, пламенно-ионизационный, пламенно-фотометрический, электронно-захватный детекторы, в жидкостной хроматографии – спектрофотометрические, рефрактометрический и электрохимические детекторы.