Пламенно ионизационный метод реферат

Обновлено: 02.07.2024

Анализ загрязнений, содержащихся в воздушной среде, можно отнести к наиболее трудным задачам аналитической химии. Это обусловлено следующими причинами:

ü одна проба одновременно может содержать десятки и даже сотни органических и неорганических соединений;

ü концентрация токсичных веществ в атмосфере может быть
ничтожно малой (до 10 -4 —10 -7 % и ниже);

ü воздух представляет собой неустойчивую систему с постоянно меняющимся составом (наличие влаги, кислорода, фотохимические реакции, изменение метеорологических условий).

Для целей анализа загрязнений воздуха получили распространение методы, которые можно разбить на четыре группы: хроматографические, масс-спектрометрические, спектральные, электрохимические.

1 Хроматографические методы наиболее эффективны при анализе сложных смесей. В частности, газовая хроматография — идеальный метод исследования микропримесей летучих органических соединений.

В газовом хроматографе разделение летучих веществ происходит в следующей последовательности. С помощью специального устройства — обычно небольшого стеклянного шприца – проба вводится с одного конца длинной узкой хроматографической колонки (трубка длиной 0,9—3,0 м и диаметром 0,25–50 мм), через которую протекает газ-носитель. В качестве газа-носителя используется инертный газ, который проходит через колонку с постоянной скоростью и выносит компоненты пробы, появляющиеся на выходе в зависимости от времени удерживания их в колонке. Разделение происходит за счет твердого (абсорбента) или жидкого (адсорбента) вещества, находящегося в колонке и называемого неподвижной фазой. Благодаря абсорбции отдельных компонентов на активных центрах абсорбента или их растворению в неподвижной фазе в зависимости от физических свойств компонентов смеси одни из них продвигаются быстрее, а другие медленнее, что позволяет их различать на выходе, применяя соответствующий детектор. В результате можно получить зональное распределение компонентов — хроматограмму, позволяющую выделить и проанализировать отдельные пробы вещества.

В последние годы наиболее широкое применение для автоматического контроля углеводородов получил пламенно-ионизационный метод. Детектирование с применением пламенно-ионизационного метода осуществляется введением газообразной пробы в пламя водорода. Пламя находится между электродами, на которых поддерживается напряжение в несколько сот вольт. При отсутствии примесей (горение только одного водорода) возникающий ток ионизации ничтожно мал. Когда в водородное пламя вводится газообразная проба, содержащая углеводороды, в пламени образуются ионы, которые направляются к положительному электроду. Возникающий ток ионизации усиливается электрометрическим усилителем постоянного тока и регистрируется самопишущим прибором. К числу достоинств пламенно-ионизационного метода относятся: высокая чувствительность к органическим веществам, линейная характеристика преобразования, нечувствительность к большинству примесей неорганического происхождения.

Использование пламенно-ионизационного метода для детектирования после разделения компонентов пробы с применением газовой хроматографии позволяет различать присутствующие углеводороды и определить их количество. Следует отметить, что собственно пламенно-ионизационный метод дает возможность определять только суммарное количество присутствующих углеводородов и не позволяет различать вещества.

По существу в ХМС-анализе воздушных загрязнений имеются дна подхода:

1) определение специфических соединений илиинтересующих классов;

2) общий анализ (качественный и количественный) всех соединений, присутствующих в данной пробе загрязненного воздуха.

Спектральные методы анализа являются наиболее распространенным способом исследования качественного и количественного состава загрязнений воздуха. Атомная абсорбция, плазменная эмиссионная спектроскопия, рентгенофлуоресцентная спектроскопия, лазерные методы и другие позволяют определить множество микропримесей в воздухе.

Одним из наиболее доступных методов анализа воздуха в этой группе является колориметрия. Метод основан на измерении ослабления светового потока вследствие избирательного поглощения света определяемым веществом в видимой области спектра. Определяемый ингредиент переводится в окрашенное соединение с помощью специфической химической реакции, затем определяется (интенсивность окраски раствора. Если исследуемое вещество непосредственно поглощает в видимой области спектра, продолжительность анализа снижается, поскольку отпадает необходимость получения окрашенного раствора. Применяемые в колориметрии приборы в основном делят на два типа: приборы, в которых проводят визуальное сравнение окрасок рабочего и стандартного растворов; приборы, в которых определяют абсолютные или относительные интенсивности световых потоков, прошедших через раствор.

Известное распространение получили и ленточные фотоколориметрические газоанализаторы, в которых взаимодействие определяемого вещества и реагента происходит на бумажных, тканевых или полимерных лентах. Ленточные анализаторы имеют преимущества перед жидкостными: они более чувствительны, проще в работе, не требуют затрат времени на предварительное приготовление растворов.

К числу спектральных методов относится также УФ- и ИК-спектроскопия. В УФ-области спектра чаще всего анализируются ароматические соединения, а также неорганические вещества, такие, как SО2, NO2 и Hg. По сравнению с колориметрией метод обладает более высокой чувствительностью, однако имеет и недостаток — низкую селективность. Это связано с тем, что множество органических соединений, загрязняющих воздух, имеют в УФ-области спектра широкие полосы поглощения, которые могут прерываться. Это прежде всего снижает точность измерения, а иногда делает невозможным и анализ многокомпонентных смесей.

Метод ИК-спектроскопии позволяет проводить идентификацию и количественно определять многие промышленные загрязнения органического и неорганического происхождения.

4 Электрохимические методы. По сравнению с физико-химическими методами, получившими развитие в последние годы, электрохимические методы несколько утратили свое былое значение. Вместе с тем технические достижения, сравнительная простота и дешевизна приборов, удобство их эксплуатации позволяют успешно применять электрохимические методы на практике. Особенно широкое применение эти методы нашли при систематическом контроле состояния загрязнения атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны, в лабораториях АЭС и лабораториях сети наблюдений Госкомгидромета СССР.

Наибольшее распространение при анализе атмосферных загрязнений получили кондуктометрические и кулонометрические методы.

Сущность кондуктометрического метода заключается в измерении электропроводности анализируемого раствора. Электропроводность раствора обеспечивается ионами веществ, способных диссоциировать в определенных условиях, и зависит от концентрации ионов в растворе и их подвижности. Разработанные на кондуктометрическом принципе газоанализаторы применяют для определения оксидов газов, серосодержащих соединений, галогенов и галогеноводородов. В зависимости от методики определения и мешающих факторов предел обнаружения по диоксиду серы находится в интервале значений 0,005—1 мг/м3. Однако серийные кондуктометрические газоанализаторы диоксида серы имеют предел обнаружения 0,02—0,05 мг/м3.

Кулонометрия — безэталонный электрохимический метод сравнительно-высокой точности и чувствительности. В общем случае метод основан на определении количества электричества, необходимого для осуществления электрохимического процесса выделения на электроде или образования в электролите вещества, по которому проводится анализ исследуемой пробы.

Кулонометрические газоанализаторы являются наиболее эффективными из всех газоанализаторов, работающих на электрохимическом принципе, и позволяют определять в воздухе такие ингредиенты, как SO₂, HC1, С1₂, HF, O₃, HCN. В зависимости от конструкции электрохимической ячейки, электронной схемы и состава поглотительного раствора предел обнаружения по диоксиду серы колеблется от 10 до 100 мкг/м 3 . Содержание хлора определяется в области концентраций от 0,02—0,03 до 22—24 мг/м 3 .

Кулонометрический метод анализа обладает рядом несомненных достоинств: высокой чувствительностью, независимостью показаний от факторов, влияющих на результаты измерений другими методами (температуры, состояния поверхности электродов, интенсивности перемешивания и т. д.), широким динамическим диапазоном. К недостаткам кулонометрических методов можно отнести низкую селективность и необходимость периодической смены электролита.

Геохимическими и гигиеническими исследованиями установлены количественные связи между содержанием металлов в атмосферном воздухе и выпадением их на территории городов, что фиксируются в виде аномалий в почве и снежном покрове - природных средах, депонирующих загрязнения и легко доступных для изучения по любой заранее заданной сети точек отбора проб. Это дает возможность по результатам изучения почв и снежного покрова проводить ориентировочную гигиеническую оценку загрязнения воздушного бассейна.

Принципы работы пламенно-ионизационного сигнализатора органических веществ. Основные автоматические приборы для контроля взрывоопасных концентраций в воздухе помещений (газоанализаторы, газосигнализаторы и индикаторы), их технические характеристики.

Рубрика	Экология и охрана природы
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	14.10.2011
Размер файла	350,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. ПЛАМЕННО-ИОНИЗАЦИОННЫЕ СИГНАЛИЗАТОРЫ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Принцип их работы основан (рис. 3.30) на ионизации молекул органических веществ в пламени водорода и последующем измерении силы ионизационного тока.

Схема пламенно-ионизационного сигнализатора органических веществ

В ионизационную камеру между двумя электродами подается водород, поджигаемый специальной спиралью. Присутствие органических веществ и их ионизация в водородном пламени приводят к резкому скачку электрической проводимости пламени и увеличению силы ионизационного тока. Сила такого тока пропорциональна количеству органических веществ; поступающих в камеру в единицу времени. Измерение силы ионизационного тока осуществляется по падению напряжения на измерительном сопротивлении.

Сигнализатор типа СДК-3 предназначен для измерения содержания органических веществ и их смесей в воздухе рабочей зоны производственных помещений и сигнализации их довзрывоопасных содержаний. Исполнение первичного преобразователя довзрывозащищенное. Сигнализатор предназначен для измерения как горючих газов * метан, пропан, этан и др.), так и легковоспламеняющихся жидкостей (ацетон, ацетилен, бензин, спирты, эфиры, дихлорэтан и др.), всего 130 органических веществ, включая хлорорганические. Расход водорода 3 л/ч при давлении 0,2-15 МПа. Расход воздуха 2 м 3 /ч при давлении 0,2-1 МПа. Питание газоанализатора -- от источника переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Потребляемая мощность 5 ВА. В комплект сигнализатора входит система подготовки газа.

2. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ В ВОЗДУХЕ ПОМЕЩЕНИЙ

Для контроля за накоплением в воздухе производственных помещений горючих газов и паров и созданием взрывоопасных сред используют приборы газового анализа -- газоанализаторы, газосигнализаторы и индикаторы.

Наиболее широкое применение среди них для контроля взрывоопасности производственной атмосферы получили термохимические, термокондуктометрические, оптические и ионизационные приборы.

Действие термохимических газоанализаторов основано на каталитическом окислении горючих примесей в воздухе в специальной камере, включенной в мост Уинстона. Выделение тепла при окислении ведет к повышению сопротивления плеча, разбалансу моста и появлению ЭДС в измерительной диагонали моста.

К важным достоинствам термохимических приборов относится возможность непосредственного определения с их помощью взрывоопасности анализируемой среды, так как они могут быть отградуированы в процентах от НКПР.

Такая градуировка прибора возможна в связи с тем, что при концентрациях различных горючих примесей, равных НКПР или определенной доле от НКПР, выделяемое при окислении тепло и величина ЭДС в измерительной диагонали моста будут одинаковыми.

Прибор может фиксировать взрывоопасное содержание индивидуальных веществ и суммарное взрывоопасное содержание нескольких горючих примесей. При этом нет необходимости знать не только НКПР этих веществ, но и их природу.

Отечественная промышленность выпускает следующие термохимические приборы.

Переносные газоанализаторы и индикаторы.

ГБ-3 предназначен для периодического определения паров этилированных бензинов. Изготавливается во взрывонепроницаемом исполнении, диапазоны измерений 0 - 30 и 0 - 150 г/м 3 , применяется при температурах от - 20 до 30 °С;

ИВК-1 предназначен для индикации довзрывных концентраций паров нефтепродуктов в воздухе. Изготавливается в искробезопасном исполнении со взрывонепроницаемыми элементами, диапазон температур - 10 - 50°С (разрешается пользоваться при - 40°С);

ПИВ-1 предназначен для контроля и сигнализации концентраций паров растворителей, равных 5 - 50% НКПР. Изготавливается во взрывонепроницаемом исполнении, диапазон температур - 10 - 50 °С;

ПГФ2М1 предназначен для периодического определения концентраций горючих паров и газов в воздухе. Изготавливается во взрывозащищенном исполнении, диапазон температур - 20 - 40 °С;

ИВП-1 предназначен для периодической индикации концентрации горючих газов, паров и их смесей, выдает сигнал при достижении 5 - 50 % НКПР. Изготавливается во взрывозащищенном исполнении, диапазон температур - 20 - 50°С.

Стационарные автоматические сигнализаторы.

СГГ2М предназначен для определения горючих паров, газов и их смесей, выдает сигнал при достижении содержания в воздухе горючих веществ в количестве, эквивалентном 20 % НКПР. Изготавливается во взрывозащищенном исполнении в виде модификаций СГГ2М-В2Б, СГГ2М-ВВГ и СГГ2М-В4Б (отличаются категорией взрывозащиты), диапазон температур - 10 - 40°С, влажность до 80 %.

СВК-3М1 предназначен для непрерывного контроля содержания горючих веществ в воздухе закрытых помещений, выдает сигнал при достижении 5 - 50 % НКПР, диапазон температур 5 - 40 °С, влажности 30 - 90 %, запаздывание сигнала 30 с.

Принцип их действия основан на повышении злектропроводимости газа, ионизированного в среде, создаваемой диффузионным пламенем водорода и горючими примесями в анализируемом воздухе. Эти приборы лишены недостатков, присущих термохимическим приборам. Промышленностью освоены следующие пламенно-ионизационные приборы:

СДК-2 - сигнализатор довзрывных концентраций; предназначен для определения широкого круга органических (в том числе хлорсодержащих) веществ. Выдает сигнал при суммарных концентрациях 5 - 45 % НКПР, диапазон температур 5 - 50° С, инерционность 10 - 20 с.

Термокондуктометрические приборы. Их действие основано на зависимости теплопроводности анализируемой среды от содержания анализируемого компонента. Этот принцип приемлем лишь для контроля веществ, теплопроводность которых существенно отличается от теплопроводности воздуха. В основном приборы используются для определения водорода, теплопроводность которого почти на порядок выше, чем воздуха. К ним относятся:

ТП1116М стационарный автоматический газоанализатор, предназначенный для непрерывного измерения концентраций водорода в многокомпонентных смесях, диапазон измерений 0 - 6 % (об.), инерционность до 1 мин, диапазон температур 5 - 40°С, влажность до 98 %.

Переносной газоанализатор ТП123 предназначен для эпизодического измерения содержания водорода в воздухе производственных помещений, диапазон измерений 0 - 4 % (об.), продолжительность замера до 2 мин, диапазон температур - 10 - 55°С.

Оптические приборы. Из приборов этого типа наибольшее распространение получили газоанализаторы, принцип действия которых основан на измерении разности в преломлении света (интерферометрии) анализируемой среды и чистого воздуха. Среди освоенных промышленностью интерференционных газоанализаторов для контроля за взрывоопасностью газовых сред применяются следующие приборы.

Переносный газоотделитель (интерферометр) ГИК-1 предназначен для периодического определения содержания в воздухе метана, водорода и диоксида углерода, диапазоны измерения 0 - 3 % СН_4, 0 - 2 % Н₂ и 0 - 1% СО₂, продолжительность замера 1 мин.

Интерференционный газоанализатор ИГА, предназначен для эпизодического определения концентраций метана, диоксида углерода и кислорода в воздухе, диапазоны измерения 0 - 6 % СН₄, 0 - 6 % СО ₂ и 5 -- 20 % 0 ₂.

Для контроля за содержанием в воздухе горючих примесей предназначен также автоматический стационарный газоанализатор МН3001М, принцип действия которого основан на измерении кислорода, израсходованного на сжигание горючих веществ, содержащихся в анализируемом воздухе. В анализируемой смеси могут быть вещества с температурой самовоспламенения не выше 500°С. Для измерения кислорода используются его термомагнитные свойства, которыми он сильно отличается от других газов.

Термомагнитные газоанализаторы кислорода. Их широко применяют в химической промышленности для контроля взрывоопасности газовых сред по содержанию кислорода. Газоанализаторы ГТМК-11М и ГТМК-12М, предназначены для определения кислорода в газовых смесях в широком диапазоне концентраций при температурах 5 - 50 °С.

МН-5121 - 5126, МН-5130 и МН130-Т -- автоматические газоанализаторы типа МН, предназначенные для определения кислорода в широком диапазоне концентраций при температурах 5 - 50 °С, выпускаемые Вырусским заводом газоанализаторов.

Помимо приборов контроля газовых сред наша промышленность выпускает следующие комплексные системы и устройства, обеспечивающие не только контроль загазованности, но и защиту от нее:

Сигнализатор взрывоопасных концентраций СВК представляет собой автоматический стационарный прибор, предназначенный для непрерывного определения и сигнализации наличия в воздухе закрытых помещений довзрывоопасных концентраций горючих газов, паров и их смесей.

Сигнализатор включает в себя блок датчика и блок электропитания. Блок датчика (рис. 2.28) состоит из датчика, ротаметра, побудителя расхода воздуха эжекторного типа, воздушного фильтра, редуктора давления. Датчик представляет собой литой корпус, состоит из крана-переключателя, взрывозащитных устройств, измерительного и сравнительного элементов, имеет взрывонепроницаемое исполнение В3Г--В4А. Блок датчика устанавливают в помещении, где необходимо контролировать наличие в воздухе довзрывоопасных концентраций.

Газовая схема блока датчика

Электрическая схема блока датчика представляет собой измерительный четырехплечный мост. Измерительный элемент (рис. 2.29)--это цилиндр из окиси алюминия, на который уложена платиновая нить. Для получения каталитической активности окись алюминия пропитана раствором хлористого палладия. Сравнительный элемент выполнен так же, как и измерительный, но химически не обработан палладием. Измерительный элемент закрыт металлической сеткой, а сравнительный элемент защищен от контакта с анализируемым газом. Мост питается от стабилизированного источника постоянного тока.

Автоматический газоанализатор-сигнализатор СТХ представляет собой стационарный, непрерывно действующий прибор, предназначенный для контроля довзрывоопасных концентраций горючих газов, паров и их смесей в воздухе производственных помещений и выдачи сигнализации в диапазоне концентраций 5-50% С_нпв . Сигнализатор СТХ имеет две модификации.

- сигнализатор, состоящий из датчика с конвекционной подачей контролируемой среды и блока питания. Датчик представляет собой разъем, на контакты которого с помощью пайки установлены пружинные гнезда и регистраторы. Чувствительные элементы в пружинных гнездах защищены металлокерамическим колпачком, который навинчивается на разъем. Анализируемую среду доставляют к чувствительному элементу конвекционными потоками воздушной среды производственных помещений;

- сигнализатор, состоящий из датчика с принудительной подачей анализируемой смеси и блока питания. Датчик в сигнализаторах этого типа состоит из двух пластмассовых оснований, в которых выполнены каналы газового тракта. На основании установлены воздушный эжектор, пневмотумблер. редуктор, ротаметр и блок чувствительных элементов.

Газовая схема датчика СТХ с принудительной подачей анализируемой смеси

ГАММА-ЕТ в комплекте с генератором водорода Элдис-130

Предназначен для контроля суммы углеводородов, метана и суммы углеводородов за вычетом метана в атмосферном воздухе Особенности

Пламенно-ионизационный метод основан на ионизации молекул органических веществ в пламени водорода с последующим измерением ионизационного тока. Московским ОКБА разработан сигнализатор типа СДК-2 для контроля довзрывных концентраций горючих газов, паров и их смесей, в том числе агрессивных хлорсодержащих. Прибор испытан на 68 веществах. Этот метод и прибор не могут контролировать вещества, которые не ионизируются в пламени водорода, например, водород, аммиак, сероуглерод, окись углерода. [1]

Пламенно-ионизационный метод основан на ионизации молекул органических веществ в пяамени водорода с последующим измерением ионизационного тока. Московским ОКБА разработан сигнализатор типа СДК-2 для контроля довзрывных концентраций горючих газов, паров и их смесей, в том числе агрессивных хлорсодержащих. Прибор испытан на 68 веществах. [3]

Приведены основы пламенно-ионизационного метода , его применение в анализе газовых смесей на примеси органических соединений и использование для разработки газоанализаторов с целью контроля за загрязнением атмосферного воздуха и как детектора в газовой хроматографии. Рассмотрены выпускаемые как за рубежом, так и в СССР различные пламенно-ионизационные газоанализаторы, даны их характеристики и назначение. [5]

В ОКБА проведены исследования по выяснению возможности использования пламенно-ионизационного метода для создания сигнализатора взрывоопасности. [6]

В качестве газа-носителя следует выбирать инертный газ; наиболеее подходящим для пламенно-ионизационного метода определения , чаще других применяемого в фармацевтическом анализе, является азот. [7]

Для анализа углеводородов, содержащихся в атмосферном воздухе, в мировой практике принят пламенно-ионизационный метод . Ионизирующее свойство пламени было-известно еще в XIX в. Однако более стройная теория принципа действия пламенно-ионизационного детектора ( ПИД) была разработана в 60 - е годы XX в. Экспериментальным путем доказано, что процесс ионизации имеет две стадии: термическая диссоциация углеводородов без участия кислорода в первой горячей зоне пламени; окисление продукта диссоциации с участием кислорода и образование ионов. [8]

В то же время высокая чувствительность ПИД практически ко всем органическим соединениям, широкий линейный диапазон измерений, стабильность и надежность его работы, простота устройства обусловили широкое использование пламенно-ионизационного метода и для разработки газоанализаторов, работающих без предварительного хроматографического разделения пробы и предназначенных в основном для контроля загрязнений воздуха токсическими и взрывоопасными органическими веществами. [9]

Ионизационные методы в основном недостаточно специфичны, требуют применения предварительного хрома-тографического разделения пробы. Первый из них, являясь сравнительно новым, характеризуется высокой чувствительностью, малой инерционностью, возможностью избирательного контроля широкого круга газовых микропримесей. Созданные на этом принципе приборы могут быть использованы для непрерывного анализа таких токсических веществ, как фтористый водород, пары синильной кислоты, фосген, тетраэтилсвинец, галоидированные углеводороды ( чувствительность lO - 2 мг / м3) и др. Пламенно-ионизационный метод применим только для контроля органических веществ и отличается безынерционностью, высокой чувствительностью ( 10 - 2 - 10 - 3 мг / м3) к низко-молекулярным веществам. С повышением молекулярной массы чувствительность его падает. Недостатком является низкая избирательность к отдельным органическим компонентам при совместном присутствии. Газоанализатор определяет в этом случае либо их сумму, либо концентрацию компонентов с превалирующими эффективностями. [10]

Пламенно-ионизационный детектор (рис. 41) является одним из наиболее распространенных и популярных детекторов в газовой хроматографии. Впервые он был предложен в 1958 году, и с тех пор этот детектор по некоторым своим характеристикам не был превзойден ни одним из вновь предложенных детекторов.

Принцип работы детектора заключается в том, что при обычных условиях газы не проводят электрический ток, но если в результате какого-либо воздействия в газе образуются ионы, радикалы или свободные электроны, то даже при очень небольшой концентрации этих частиц газы становятся проводниками электрического тока.

К потенциальному электроду прилагается напряжение для сбора ионов, а с коллекторного электрода снимается сигнал детектора.

Рис. 41. Схема устройства пламенно-ионизационного детектора

В пламени чистого водорода число ионов очень мало, сопротивление межэлектродного пространства очень велико (10 14 – 10 15 Ом) и ток детектора весьма мал (10 -12 – 10 -11 А).

Этот ток возникает за счет ионизации примесей, содержащихся в газе-носителе, водороде и воздухе, и является постоянным фоновым током детектора.

При горении чистого водорода в пламенно-ионизационном детекторе протекают следующие процессы, приводящие к образованию ряда элементарных частиц:

Н₂ + 2 О₂→2 О + 2 ОН

Н₂ + О→ Н + ОН

Н₂ + ОН→ Н₂О + Н

Продукты этих процессов уносятся из камеры детектора избытком воздуха.

Если в водородное пламя из хроматографической колонки попадают органические соединения НОРГ, то сначала они подвергаются пиролизу в достаточно горячей, однако неокисляющей зоне пламени. В результате процесса пиролиза образуются в основном радикалы СН*

Далее, в окислительной зоне пламени эти радикалы реагируют по следующей схеме:

СН* + О →СНО + + е -

с образованием положительно заряженных молекулярных ионов и электронов, обеспечивающих протекание электрического тока в цепи, т.е. появление сигнала детектора.

Следует учитывать, что концентрация заряженных частиц в пламени, а следовательно, и величина сигнала может уменьшаться в результате протекания реакций рекомбинации:

CHO + + H₂O→ CO + H₃O +

H₃O + + e - →H₂O + H

Из последних реакций рекомбинации следует, что величина сигнала детектора зависит от концентрации воды в анализируемой пробе. Поэтому, поскольку вода этим детектором не обнаруживается, при количественном анализе важно знать, не находится ли анализируемый компонент на хроматограмме вблизи области элюирования воды, возможно, присутствующей в пробе в довольно больших количествах.

Если в анализируемых соединениях присутствуют такие гетероатомы, как галогены, сера, фосфор, азот, то возможны и другие реакции рекомбинации.

Корпус детектора обычно представляет собой металлический цилиндр, который должен разбираться таким образом, чтобы был возможен удобный доступ к электродам и горелке детектора.

Горелки детектора обычно изготавливаются либо из нержавеющей стали, либо из никеля или кварца. К материалу горелки предъявляются следующие требования: он должен обладать термической и химической стабильностью и не должен плавиться при температуре водородного пламени.

Рис. 42. Варианты взаимного расположения электродов детектора

Форма пламени имеет большое значение для работы детектора и определяется его конструкцией. Варианты взаимного расположения электродов и пламени приведены на рис. 42.

Существует определенное оптимальное соотношение между расходами водорода, воздуха, газа-носителя и диаметром сопла горелки. При работе с насадочными колонками и при расходе газа-носителя 3050 см 3 /мин этот диаметр обычно составляет 0.50.8 мм.

Для капиллярных колонок применяют горелки с выходным отверстием диаметром около 0.3 мм.

Электроды детектора с целью увеличения их термической и химической стабильности обычно изготавливают из никеля или нержавеющей стали и полируют. Расстояние между электродами определяется размером пламени и влияет на чувствительность, уровень шумов и напряжение питания.

Поскольку пламенно-ионизационный детектор применяется при температурах выше 500 о С, к изоляторам электродов предъявляются достаточно жесткие требования. Их изготавливают чаще всего из керамики и размещают в достаточно горячей части детектора. Иногда изолятор предохраняют от контакта с потоком газа-носителя и пробы из колонки, и с продуктами их сгорания. Такое размещение изолятора позволяет работать с детектором длительное время без его очистки и ухудшения характеристик детектора. Для дополнительного охлаждения изоляторов их выносят в холодную зону или обдувают потоком инертного газа.

Отрицательный электрод не должен раскаляться в пламени во избежание термоионной эмиссии с металлической поверхности отрицательного электрода. Расстояние между электродами не имеет большого значения, поскольку влияет только на напряжение, необходимое для достижения тока насыщения. Например, при обычно применяемых расстояниях от 10 до 12 мм может потребоваться напряжение от 40 до 180 В.

При расстоянии выше 15 мм наблюдается увеличение уровня регистрируемых шумов.

Для обеспечения работы пламенно-ионизационного детектора необходимы газ-носитель, водород, воздух. В качестве газа-носителя чаще всего используется азот или гелий, иногда применяется водород.

Основные требования, предъявляемые к используемым газам следующие: отсутствие примесей органических веществ, отсутствие солей щелочных металлов, отсутствие частичек пыли.

Для получения нужной температуры пламени необходимо поддерживать правильное соотношение между водородом и воздухом. Недостаток воздуха приводит к неполному сгоранию водорода и уменьшению чувствительности, избыток воздуха приводит к увеличению шумов детектора, что связано с появлением турбулентности потока.

Чувствительность пламенно-ионизационного детектора очень высока по отношению ко всем органическим веществам.

Пламенно-ионизационный детектор является одним из наиболее линейных детекторов в газовой хроматографии. По различным оценкам, его линейный диапазон детектирования составляет 10 6 10 7 .

Элементарные стадии процесса детектирования позволяют полагать, что пламенно-ионизационный детектор чувствителен не столько к массе определяемого органического соединения, сколько к структуре и количественному соотношению структурных групп, которые совместно и определяют выходной сигнал, соответствующий данной массе вещества.

Поэтому при количественных определениях следует учитывать значения величин поправочных коэффициентов в полученную величину площади пика.

Величины поправочных коэффициентов могут быть либо определены экспериментально, либо рассчитаны теоретически на основании величин относительной молярной чувствительности (ОМЧ).

При экспериментальном определении поправочных коэффициентов исходят из того, что для соединений с более чем шестьюсемью атомами углерода в молекуле, связанными с атомами водорода, величина поправочного коэффициента равна единице и, следовательно, соотношение анализируемых компонентов, найденное на основе измерения площади пиков ( в % ), равно их процентному отношению по массе.

Тогда, зная величину отношения числа молей стандарта (М_ст) и исследуемого соединения (М_х) из соотношения

, (66)

приняв величину К_ст = 1, рассчитывают величину поправочного коэффициента для вещества Х – К_х.

Система теоретического расчета величин относительной молярной чувствительности была предложена Акманом. В этой системе каждой группе СН₂ алифатического соединения приписывается значение вклада в суммарную величину относительной молярной чувствительности, равное 100 единицам.

Тогда, например, для гептана величина относительной молярной чувствительности оказывается равной 700.

Читайте также: