2.3.3. Детекторы

Для обнаружения изменений в составе газа, прошедшего через колонку, предназначен детектор. Последний непрерывно измеряет концентрацию компонентов на выходе их из хроматографической колонки и преобразует концентрацию в электрический сигнал, который регистрируется самопишущим прибором.

Одним из наиболее распространенных детекторов является детектор по теплопроводности (ДТП или катарометр).

Принцип действия ДТП основан на регистрации изменений температуры нагретых термочувствительных элементов в зависимости от теплопроводности окружающего газа, которая зависит от его состава. ДТП измеряет различие в теплопроводности чистого газа–носителя и смеси газа–носителя с веществом, выходящим из хроматографической колонки. Чем больше теплопроводность газа-носителя, тем большей чувствительностью будет обладать катарометр. Наиболее подходящим газом-носителем с этой точки зрения является водород или гелий, теплопроводность которых примерно в 6-10 раз выше, чем у органических соединений. Другие газы носители не используются в этом детекторе, поскольку отличие их теплопроводности от теплопроводности детектируемых веществ слишком мало. В целях техники безопасности чаще применяется гелий.

Конструктивно ДТП представляет собой металлический блок, в цилиндрических камерах которого расположены два термочувствительных элемента – элемент сравнения и рабочий элемент. Камеры детектора через входной и выходной каналы продуваются газом–носителем (элемент сравнения) или смесью газа–носителя с разделенным в колонке компонентом анализируемого вещества (рабочий элемент). Теплопроводность омывающего газа снижается в присутствии определяемого вещества.

Теплопроводность определяют, измеряя сопротивление нагретой металлической нити. Измеряемое сопротивление и сопротивление сравнения включены в электрический мост. Когда температура и, следовательно, сопротивление чувствительных элементов R_раб и R_срав одинаковы, мост сбалансирован и на регистрирующий прибор подается нулевой сигнал. При прохождении через измерительную ячейку определяемого компонента сопротивление чувствительного элемента R_раб изменяется, а значение сопротивления R_срав остается постоянным. Схема моста при этом выходит из равновесия и возникает разность потенциалов, которая преобразуется в сигнал, непрерывно регистрируемый потенциометром.

Катарометр – неизбирательный детектор, его можно использовать для детектирования как органических, так и неорганических соединений.

Достоинствами катарометра являются простота, достаточная точность и надежность в работе. Однако из-за невысокой чувствительности он не применяется для определения микропримесей.

Наибольшей чувствительностью обладают ионизационные детекторы, например, пламенно-ионизационный (ПИД), позволяющий обнаруживать до 1,00·10^-12 г. Принцип детектирования основан на изменении электрической проводимости водородного пламени в электрическом поле при попадании в пламя органических веществ. Органические соединения, выходящие из колонки, подвергаются пиролизу и, следовательно, распадаются на фрагменты. При последующем окислении кислородом, попадающем в пламя, образуются ионы:

,

где и т.д.

Поток ионов регистрируется как падение напряжения на собирающем электроде.

ПИД чувствителен ко всем соединениям, содержащим связи С-С или С-Н. Именно поэтому он получил широкое распространение. Относительно низкая чувствительность вплоть до полной нечувствительности может наблюдаться по отношению к таким функциональным группам, как карбонильная, спиртовая, галогенная или аминогруппа. Детектор также нечувствителен к негорючим газам, таким как аммиак, сероводород, кислород, азот, оксид серы, оксид углерода и т.д.