СПОСОБ РАДИОИОНИЗАЦИОННОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ВЕЩЕСТВ В ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ Российский патент 2001 года по МПК G01N30/95 

Изобретение относится к аналитической технике, а именно к способам детектирования веществ, разделяемых в хроматографических колонках для количественного и качественного анализа.

Известен способ детектирования веществ в газовой хроматографии (Шай Г. Теоретические основы хроматографии газов. М.: ИЛ, 1963, с. 325 - 328), в соответствии с которым поток газов из хроматографической колонки подают в проточную камеру, снабженную источником β-излучения. Образующиеся в результате ионизации потока ионы газа-носителя и детектируемого вещества собирают электрическим полем, прикладываемым между источником β-излучения и коллекторным электродом, а концентрацию детектируемого вещества определяют по изменению ионного тока между источником β-излучения и коллекторным электродом.

Недостатком такого способа детектирования является большой объем проточной камеры детектора, что исключает возможность применения данного способа в капиллярной газовой хроматографии.

Известен способ радиоионизационного детектирования веществ в газовой хроматографии (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-Заде А.Ю. Автоматические детекторы газов и жидкостей. М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 49-51), состоящий в подаче потоков газов из хроматографической колонки в проточную камеру, снабженную источником β-излучения, ионизации этого потока и сборе образовавшихся ионов. Причем последний осуществляется за счет контактной разности потенциалов между источником β-излучения и коллекторным электродом. Детектор, реализующий данный принцип, имеет малый (около 4-5 мкл) объем проточной камеры и может использоваться в капиллярной газовой хроматографии.

Недостатком такого способа радиоионизационного детектирования является существенное значение уровня флуктуационных шумов нулевого сигнала, составляющее примерно 10^-12 А, которым определяется порог чувствительности детектирования (принимается в хроматографии равным удвоенной ширине полосы шума), а следовательно, и эффективность хроматографического анализа.

Задачей изобретения является увеличение эффективности хроматографического анализа в капиллярной газовой хроматографии с использованием радиоионизационного способа детектирования веществ.

Технический результат - создание радиоионизационного способа детектирования веществ для газовой хроматографии, обладающего на порядок меньшим порогом чувствительности (обнаружения) детектируемых веществ.

Технический результат достигается тем, что в способе радиоионизационного детектирования веществ в газовой хроматографии, включающем подачу потока газов из хроматографической колонки в проточную камеру, снабженную источником β-излучения, ионизацию этого потока и сбор образовавшихся ионов, поток газов подают на активную поверхность источника β-излучения в виде струи, ионизацию проводят путем ее взаимодействия с активной поверхностью источника β-излучения, сбор образовавшихся ионов газа-носителя осуществляют электрическим полем, прикладываемым между источником β-излучения и дополнительным электродом, а сбор ионов детектируемых веществ ведут путем их транспортировки к коллекторному электроду, причем в качестве газа-носителя используют газ, подвижность ионов которого больше подвижности ионов детектируемых веществ.

При этом для формирования струи используют цилиндрическое сопло, а струю направляют перпендикулярно активной поверхности источника β-излучения, выполненного в виде диска, в центр последнего, а коллекторный электрод, выполненный в виде кольца, размещают вокруг источника β-излучения в одной с ним плоскости.

По сравнению с прототипом заявленный способ имеет отличительную особенность в совокупности действий и условий, обеспечивающих эти действия.

На чертеже приведена схема радиоионизационного детектора, реализующего предлагаемый способ радиоионизационного детектирования веществ в газовой хроматографии.

На чертеже обозначены: проточная камера 1; цилиндрическое сопло 2, подключаемое к хроматографической колонке; источник β-излучения 3, выполненный в виде диска, с активной поверхностью 4, содержащий, например, тритий; фторопластовый изолятор 5; струя газа 6; поток газа 7, образующийся при взаимодействии струи с активной поверхностью источника β-излучения; коллекторный электрод 8, выполненный в виде кольца; дополнительный электрод 9; фторопластовые изоляторы 10; электрометр 11; источник напряжения 12; штуцер 13 для подачи дополнительного потока газа-носителя, ионы газа-носителя 14, ионы детектируемого вещества 15.

Способ радиоионизационного детектирования веществ реализуется следующим образом. Поток газов из капиллярной хроматографической колонки поступает в сопло 2 и вытекает из него в виде цилиндрической струи 6, которая, ударяясь об активную поверхность 4 источника β-излучения, образует тонкий пленочный поток 7, растекающийся по радиусу от центра к периферии дискового β-излучателя 3. Толщина этого потока составляет несколько микрометров. В качестве газа-носителя используется гелий или водород, подвижности ионов которых на порядок или более превосходит подвижность ионов других газов и паров.

Газ в потоке 7 ионизируется β-излучением, испускаемым с активной поверхности 4 источника 3. Образующиеся ионы газа-носителя 14 собираются электрическим полем источника напряжения 12, а ионы детектируемого вещества в основном продолжают движение с потоком 7, который транспортирует их к коллекторному электроду 8.

Так как ионы газа-носителя практически не попадают на коллекторный электрод, то начальное значение сигнала детектора мало, а значение уровня флуктуационных шумов нулевого сигнала существенно (более чем на порядок) уменьшается. Сигнал детектора определяется ионами детектируемого вещества, поступающими на коллекторный электрод с потоком 7. Ионный ток измеряется электрометром 11 и является мерой концентрации детектируемого вещества в газовом потоке, вытекающем из капиллярной хроматографической колонки.

Для удаления проанализированного газа из камеры 1 в нее через штуцер 13 подается вспомогательный поток газа-носителя, расход которого в 10-20 раз превосходит расход газа на выходе из хроматографической колонки.

Проверка способа радиоионизационного детектирования осуществлялась на хроматографической установке, собранной на базе лабораторного хроматографа ЛХМ-8МД. В опытах использовалась капиллярная хроматографическая колонка длиной 25 м и внутренним диаметром 0,2 мм, обработанная динонилфталатом и размещенная в термостате хроматографа при 120^oC. Анализу подвергались 3- и 4-компонентные смеси, составленные из следующих веществ: пентан, гексан, гептан, октан, циклогексан, изооктан. Расход газа через капиллярную колонку составлял 1,5-2 см³/мин, а расход вспомогательного газового потока - 20-30 см³/мин. В качестве газа-носителя использовался водород. Диаметр источника β-излучения (тритиевый ионизатор) составлял 15 мм, а диаметр кольцеобразного коллекторного электрода 25 мм. Расстояние между электродом 9 и источником β-излучения 3 составляло 5 мм, а напряжение источника 12 - 20 В.

В результате было установлено, что значение уровня флуктуационных шумов нулевого сигнала составляет 4•10^-14 А, что в 25 раз меньше, чем у прототипа. Практически во столько же раз увеличивается чувствительность детектирования.

Преимуществом предлагаемого способа детектирования является возможность увеличения эффективности капиллярного хроматографического анализа (увеличение скорости анализа и числа компонентов анализируемой смеси), определяемая возможностью использования для анализа меньших по объему проб анализируемых многокомпонентных смесей.

Изобретение может быть использовано в аналитической химии. Поток газов из хроматографической колонки поступает в проточную камеру (1) через цилиндрическое сопло (2) и вытекает из него в виде цилиндрической струи (6), ударяется об активную поверхность (4) источника β-излучения (3). Источник (3) выполнен в виде диска. После удара образуется тонкий пленочный поток (7), который растекается по радиусу от центра к периферии источника β-излучения (3). Газ-носитель - гелий или водород, подвижность ионов которых больше подвижности ионов детектируемых веществ. Газ в потоке (7) ионизируется β-излучением источника (3). Ионы детектируемого вещества движутся с потоком (7) к коллекторному электроду (8), а ионы газа-носителя (14) собираются электрическим полем источника напряжения (12). Для удаления проанализированного газа через штуцер (13) подают вспомогательный поток газа-носителя. Изобретение позволяет повысить чувствительность детектирования не менее чем в 25 раз. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ радиоионизационного детектирования веществ в газовой хроматографии, включающий подачу потока газов из хроматографической колонки в проточную камеру, снабженную источником β-излучения, ионизацию этого потока и сбор образовавшихся ионов, отличающийся тем, что поток газов подают на активную поверхность источника β-излучения в виде струи, ионизацию проводят путем ее взаимодействия с активной поверхностью источника β-излучения, сбор образовавшихся ионов газа-носителя осуществляют электрическим полем, прикладываемым между источником β-излучения и дополнительным электродом, а сбор ионов детектируемых веществ ведут путем их транспортировки к коллекторному электроду, причем в качестве газа-носителя используют газ, подвижность ионов которого больше подвижности ионов детектируемых веществ. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для формирования струи используют цилиндрическое сопло, а струю направляют перпендикулярно активной поверхности источника β-излучения, выполненного в виде диска, в центр последнего. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что коллекторный электрод выполняют в виде кольца и размещают вокруг источника β-излучения в одной с ним плоскости.