Kromatograf (fra andre græske χρῶμα - farve og γράφω - jeg skriver) - en anordning til at adskille en blanding af stoffer ved kromatografi .
Typisk er kromatografer opdelt i to store grupper - gas og væske, alt efter hvilken type eluent (mobil fase), der anvendes. I gaskromatografer er eluenten (bæreren) en gas (normalt anvendes hydrogen , helium , nitrogen og argon blandet med metan ), i væskekromatografi er bæreren en væske (normalt anvendes organiske opløsningsmidler , vand og vandige opløsninger) . i specielle typer kromatografi, for eksempel ved gelfiltrering ).
Det vigtigste strukturelle element i kromatografer er søjler - rør fyldt med en stationær fase, gennem hvilken den mobile fase og prøven under undersøgelsen bevæger sig under analysen. Det er i kolonnen, at adskillelsen af komponenterne i den undersøgte blanding finder sted.
Søjlen er karakteriseret ved flere parametre: effektivitet, selektivitet og kapacitet.
Effektiviteten er et mål for udvidelsen af toppen af et stof, når det bevæger sig langs søjlen og er tæt forbundet med antallet af teoretiske plader - imaginære snit langs søjlens længde, i hver af dem, som det var, termodynamiske ligevægt mellem faserne opnås. Derudover er det påvirket af faktorer som vortexdiffusion , langsgående molekylær diffusion og modstand mod masseoverførsel . Som regel er antallet af teoretiske plader i moderne kapillærsøjler meget stort - flere titusinder. Dette gør det muligt, med det korrekte valg af den stationære fases selektivitet, i det overvældende flertal af tilfælde at adskille alle de individuelle komponenter af enhver, selv den mest komplekse, blanding.
Selektivitet er defineret som forskellen i graden af tilbageholdelse af stoffer af forskellig natur på den stationære fase. Det udtrykkes normalt i form af den relative retention af et par kritiske prøvekomponenter (forholdet mellem deres reducerede retentionstider). Hvis dette forhold er større end 1, kan toppene adskilles. Søjlens selektivitet afhænger af arten af interaktionen mellem analytten og den stationære fase. Disse interaktioner kan være enten ikke-polære dispersive ( van der Waals-kræfter ) eller polære specifikke (normalt dipoler og hydrogenbindinger ).
Kapacitansen af en søjle er relateret til dens fysiske dimensioner og bestemmer den maksimale mængde prøve, der kan sprøjtes ind i søjlen uden dens "overbelastning", det vil sige uden at toppene afviger fra den Gaussiske form. Følgelig er kapaciteten af pakkede søjler meget større end kapillære.
Pakket engelsk. pakkede søjler i gaskromatografi kaldes traditionelt søjler med stor diameter (sædvanligvis 2 mm), som kan fremstilles uafhængigt ved at fylde dem med en præ-forberedt adsorbent (for eksempel tripoli fra Zikeyevsky stenbruddet eller knust mursten belagt med vaselineolie ) .
Disse kolonner kaldes ofte også "fyldte", men dette er et slangudtryk. [en]
Også hule kapillarsøjler eller åbne kapillarsøjler ( eng. åben rørformet søjle ). Disse søjler er lavet af kapillærer, dvs. rør med meget lille diameter ( søjle med bred boring , 0,32 mm, 0,25 mm og 0,1 mm er almindelige ved gaskromatografi) . Jo mindre søjlediameteren er, desto mindre udtværes toppene som følge af diffusion og følgelig jo højere effektivitet. Dette reducerer analysetiden og forbedrer adskillelsen af komponenterne. Van Deemter-kurven for søjler med lille diameter er også mere gunstig og gør det muligt at variere bæregashastigheden over et bredere område uden et katastrofalt tab af effektivitet.
Det næstvigtigste element i kromatografen er detektoren, det vil sige en enhed, der er i stand til at reagere på ændringer i koncentrationen af analytten. Detektorer er betinget opdelt i universelle og selektive.
Dette er en universel detektor (et forældet og forældet navn er et katharometer). Princippet for dets funktion er at ændre temperaturen på en opvarmet metaltråd (tynde filamenter), når den blæses med en gas (sammenbrud) med forskellig varmeledningsevne. For at øge detektorens følsomhed bruges to gevind: en af dem blæses med en ren bæregas, der tilføres til indløbet af adskillelsessøjlen - en referencegevind, og den anden med en gas fra kolonneudløbet med adskilte komponenter - en måletråd. Begge ledninger indgår i det elektriske kredsløb - " Wheatstone - målebro ", hvor broarmenes elektriske modstandsværdier sammenlignes. Da modstanden af metaller afhænger af temperaturen, forårsager dens ændring en ændring i armens modstand, som ubalancerer broen, det elektriske signal om ubalance [2] registreres af en ekstern måleanordning.
Når den samme gas påføres begge ledninger, er deres temperaturer ens, og broen er afbalanceret. Når måletråden blæses med en anden gas eller en blanding af gasser med en anden termisk ledningsevne , afkøles eller opvarmes gevindet afhængigt af den relative ændring i varmeledningsevnen, mens dens egen elektriske modstand ændres, hvilket forårsager en ubalance i Wheatstone bro.
Følsomheden af detektorer med hensyn til termisk ledningsevne kan nå 0,5·10 −9 g/cm 3 (for eksempel i form af propan ).
Denne detektor detekterer selektivt organiske forbindelser og bruges almindeligvis til at detektere kulbrinter . Princippet om dets drift er baseret på en ændring i den elektriske ledningsevne af gassen i faklen af en brint-iltflamme, når organiske forbindelser kommer ind i den.
Denne detektor bestemmer strålingen af molekyler eller atomer af et stof, når de kommer ind i plasmaet af en brint-iltflamme. Teoretisk kan PPD detektere en meget bred vifte af stoffer, men i praksis bruges det oftest til analyse af forbindelser af svovl, kvælstof og fosfor og nogle gange kviksølv.
En variation af PPD er en pulserende flamme fotometrisk detektor (PPPD) , som adskiller sig ved, at flammen, der brænder i den, ikke forekommer konstant, men i pulser, det vil sige blink, normalt med en frekvens på 2-4 Hz. Flammens periodiske karakter tillader den tidsmæssige adskillelse af glødfronterne af forskellige stoffer, for eksempel svovl mod en baggrund af kulstof, det vil sige, at PPPD's selektivitet er meget højere end for PPD. Derudover giver PPPD et ækvimolært svar - det vil sige, at detektorsignalet ikke afhænger af arten af en bestemt svovlforbindelse, men kun af antallet af svovlatomer i den.
En væsentlig ulempe ved en flammefotometrisk detektor (inklusive en pulserende) er dens eksponering for en række forstyrrende faktorer, såsom kulbrinteslukning.
Denne detektor bruger en lille keramisk kugle indeholdende en alkalimetalsalt ( rubidiumsulfat eller cæsiumbromid )-tablet opvarmet til en høj temperatur. Denne detektor bruges til selektiv bestemmelse af nitrogen og fosfor.
Denne type detektor bruger en kilde til beta-partikler (elektroner), normalt 63 Ni, eller alfapartikler ( 239 Pu). Hvis der opstår molekyler, der er tilbøjelige til ionisering, i en gas, der passerer en sådan radioaktiv kilde, opstår der en strøm proportional med deres koncentration, som kan måles.
En ejendommelig slags elektronindfangningsdetektor er differential ion mobility detector (DDIM) [3] , som er meget kompakt og derfor tilgængelig til brug i bærbare kromatografer. Denne detektor kan selektivt detektere svovlkomponenter og umættede kulbrinter i koncentrationer op til 0,1 ppm.
De svovlholdige stoffer, der forlader søjlen, reagerer på elektrolytoverfladen, hvorved der skabes en elektronstrøm (redoxreaktion (ORR)) mellem måleelektroderne. Dette er en specifik detektor, følsomheden over for en bestemt gruppe af stoffer bestemmes af den valgte elektrolyt. [4] Følsomheden af ECD for svovlkomponenter er f.eks. i størrelsesordenen 0,1 mg/m 3 . [5]
Denne detektor er en af de mest komplekse, men den har en uovertruffen høj følsomhed for visse grupper af komponenter (især svovlholdige - op til 10 ppb eller endnu mindre). En FID placeres nogle gange før FLD, selvom dette i høj grad desensibiliserer FLD og skaber problemer for FID. Grunden til dette er, at der er et vakuum i CLD, og atmosfærisk tryk er påkrævet for pålidelig forbrænding af flammen i FID.
Almindelige anvendelser af CLD er analyse af spormængder af svovl- og nitrogenforbindelser. Kemiluminescensen af disse stoffer induceres af ozon .
CLD giver ligesom PPPD et ækvimolært respons.
Fotometre, der arbejder i UV-området . Kilden til UV-stråling i dem er en lav- eller mellemtrykskviksølvlampe, som har intense linjespektre, hvorfra stråler med en vis bølgelængde udskæres ved hjælp af filtre. En lavtryks kviksølvlampe udsender omkring 90 % af sin energi ved 254 nm, hvilket gør det muligt at eliminere filtre. Rigtig mange organiske stoffer optager ret intensivt ved 254 nm. Disse er alle aromatiske og polyaromatiske forbindelser, heterocykliske forbindelser, stoffer indeholdende heteroatomer, en carbonylgruppe og mange andre.
Spektrofotometriske detektorer . Ved hjælp af ret komplekse optiske skemaer skæres et mere eller mindre smalt bånd af UV eller synlig stråling fra et bredt kontinuerligt spektrum af en deuteriumlampe (190-360 nm) og en synlig lyslampe (bølgelængde over 360 nm) ved hjælp af en holografisk rist.
UV-detektor med diode-array . Polykromatisk lys passerer gennem kuvetten, det vil sige hele det kontinuerlige emissionsspektrum af en deuteriumlampe, som efter kuvetten går ind i et diffraktionsgitter, hvor det opdeles i monokromatiske stråler.
Refraktometriske detektorer . Differentialrefraktometeret registrerer kontinuerligt ændringer i brydningsindekset for eluatet ved udløbet af søjlen. Den største fordel ved denne detektor er dens alsidighed, da den kan detektere ethvert stof ved at vælge det rigtige opløsningsmiddel. De største ulemper er den praktiske umulighed at bruge det med gradienteluering og behovet for omhyggelig temperaturstabilisering.
Fluorimetriske detektorer . Bruges til at påvise forbindelser med fluorescerende egenskaber.
Elektrokemiske detektorer . Det kan bruges til analyse af alle stoffer med elektrokemisk aktivitet, det vil sige i stand til at blive oxideret eller reduceret ved et bestemt potentiale.
IR detektorer . Detektorer baseret på absorption i det infrarøde område af spektret. De anvendes ret begrænset, da de er uforenelige med de vigtigste opløsningsmidler, der anvendes ved adsorption og omvendt fase-kromatografi, og de er også relativt ufølsomme.
Massedetektorer . Forskellige grænseflader bruges til at gøre væskekromatografi og massespektrometri kompatibel. De mest almindeligt anvendte er elektrosprayionisering (ESI) og kemisk ionisering ved atmosfærisk tryk (APCI). Kombinationen af væskekromatografer med massespektrometre kaldes LC/MS (eng. LC/MS).
Fordampede prøvelysspredningsdetektorer (ELSD) er blevet mere og mere populære i de senere år som de mest avancerede, nøjagtige og alsidige væskekromatografidetektorer. De reagerer på alle analytter, der er mindre flygtige end den mobile fase. Disse detektorer har et lavt baggrundssignal, er kompatible med en lang række opløsningsmidler og tillader også brugen af gradienteluering (i modsætning til brydningsindeksdetektorer). De er et glimrende alternativ til traditionelle HPLC-detektorer, men kan også bruges som et supplement til dem. Resultatet af ELSD-detektion afhænger ikke af teststoffets optiske egenskaber, det er proportionalt med dets masse, hvilket er meget bekvemt til bestemmelse af prøvens renhed eller ved undersøgelse af stoffer med ukendte egenskaber. I en række ejendomme nærmer ELSD-detektorer sig massespektrometriske detektorer, mens de forbliver meget enklere og billigere enheder.
Laserfordampende lysspredningsdetektorer (ELLSD'er) udstyret med en laser som lyskilde er blevet kommercielt tilgængelige i det sidste årti. De udkonkurrerer andre lysspredningsdetektorer (ELSD'er) med hensyn til følsomhed, stabilitet og reproducerbarhed over lange analyseperioder.
Opladede aerosoldetektorer (CAD) . udviklet i slutningen af 2004 ser ud til at være mere følsom end ELSD og har et bredt dynamisk område.
| Laboratorieglasvarer og udstyr ( liste ) _ | |
|---|---|
| Glasvarer |
|
| kolber |
|
| Adskillelsesudstyr | |
| Måling | |
| Diverse udstyr | |
| Sikkerhed | |