Detektor płomieniowo-fotometryczny

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Ujednoznacznienie Ten artykuł dotyczy jednego z detektorów stosowanych w chromatografii gazowej. Zobacz też: inne znaczenia słowa detektor.
Porównanie schematów
detektorów FPD i FID
(przewiń galerię)
Schemat tandemu detektorów FID + FPD (FID z dodatkowym fotometrem)
Schemat tandemu detektorów FID + FPD
(FID z dodatkowym fotometrem)

Detektor płomieniowo-fotometryczny (FPD) – modyfikacja detektora płomieniowo-jonizacyjnego (FID), w której jest rejestrowana wielkość natężenia światła emitowanego przez cząstki analitów powracające do stanu podstawowego po pobudzeniu w płomieniu palnika wodorowego. FPD jest stosowany przede wszystkim do oznaczania stężenia związków zawierających w cząsteczkach atomy siarki (linia spektralna 393 nm) i fosforu (526 nm). W podwójnych detektorach FPD znajdują się dwa fotopowielacze (równoczesne oznaczenia S i P), które mogą być montowane obok niespecyficznego detektora FID.

Zasada działania[edytuj | edytuj kod]

Widmo ciągłe
Linie widma emisyjnego (więcej widm emisyjnych – w Virtual Laboratory, University of Oregon[1])
Linie widma absorpcyjnego (więcej widm absorpcyjnych – w Virtual Laboratory, University of Oregon[1])
Poziomy energetyczne w cząsteczce (krzywa Morse'a)

W detektorze FPD do gazu nośnego (np. azotu), wypływający z kolumny chromatografu gazowego wraz z kolejno wymywanymi składnikami badanej próbki, jest palnika, do którego doprowadza się dodatkowe strumienie wodoru i powietrza. W płomieniu dochodzi do jonizacji produktów spalania oraz pobudzenia cząstek. Wzbudzenie polega na przejściu elektronów na orbitale o energii wyższej od charakterystycznej dla stanu podstawowego oraz podwyższeniu poziomów energii drgań i obrotów cząsteczek[2][3].

Kwanty energii, pochłanianej w czasie wzbudzenia, są emitowane, gdy cząstka samorzutnie wraca do stanu podstawowego (bardziej korzystnego energetycznie). Z przejściami na niższe dozwolone poziomy energii rotacji i oscylacji wiąże się emisja małych kwantów długofalowego promieniowania z zakresu podczerwieni. Światło widzialne jest emitowane, gdy zmienia się stan energetyczny elektronów, przechodzących na orbitale o niższej energii. Z tymi przejściami wiąże się emisja większych kwantów – krótkofalowego promieniowania z zakresu widzialnego lub nadfioletu[2][3].

Położenie linii spektralnych] w atomowych widmach emisyjnych jest ściśle związane z odległościami między orbitalami w atomach różnych pierwiastków i może być podstawą identyfikacji. Natężenie promieniowania jest skorelowane ze stężeniem pierwiastka w próbce, co jest od dawna wykorzystywane w czasie wykonywania analiz metodą spektrofotometrii płomieniowej. Pierwsze prace w tej dziedzinie opublikowano już w połowie XIX w. Początkowo dotyczyły jakościowego wykrywania metali alkalicznych w roztworach wodnych, rozpylanych w płomieniu palnika gazowego. W latach 30. XX wieku metoda stała się konkurencyjna dla metod analizy chemicznej, m.in. dzięki pracom Lundegärdha, który zastosował udoskonalone palniki acetylenowo-powietrzne oraz spektrograf wyposażony w aparat fotograficzny, umożliwiający rejestrację widma i określanie natężenia emitowanego promieniowania (czas ekspozycji: 60–90 s). W roku 1935 została opublikowana praca Jansena, Heyesa i Richtera, w której opisano sposób oznaczania natężenia poszczególnych linii widma emisyjnego z użyciem fotokomórki i elektrometru[4].

Zasada działania współczesnych, precyzyjnych detektorów płomieniowo-fotometrycznych (FPD) jest analogiczna. Promieniowanie, emitowane przez cząstki wzbudzone w płomieniu wodorowym, jest kierowane do monochromatora (filtr środkowoprzepustowy), w którym jest wyodrębniana wiązka o długości fali 393 nm (związki siarki) lub 526 nm (związki fosforu)[5][6]. Wiązka monochromatyczna jest wzmacniana w fotopowielaczu

W chromatografach gazowych mogą być instalowane dwa detektory płomieniowo-fotometryczne, z dwoma monochromatorami i fotopowielaczami, oraz detektor FID (tandem detektorów)[7].

Charakterystyka i zastosowania[edytuj | edytuj kod]

FPD jest stosowany np. do analiz związków siarki w gazie ziemnym (zgodnie z normą ISO19739)[8] lub fosforoorganicznych insektycydów, takich jak malation[7][9].

Czułość detektora na obecność siarkowodoru, tlenosiarczku węgla, tetrahydrotiofenu i merkaptanów C1–C4 wynosi ok. 0,1 mg/m³[8]; jest określana również jako < 20 pg S/s[5][6]. Czułość na związki fosforu jest ponad dziesięciokrotnie większa (< 0,9 pg P/s)[5][6]

Zależność wskazań detektora od stężenia związków siarki jest nieliniowa. W przypadku związków fosforu zakres liniowości obejmuje trzy rzędy wielkości[5][6]. Urządzenie jest wrażliwe na zmiany przepływu gazu nośnego i wodoru[5][6].

Czułość i zakres liniowości detektora FPD są większe w przypadku stosowania udoskonalonej wersji pulsacyjnej (PFPD). Detektor PFPD umożliwia też równoczesne analizy S i P oraz oznaczenia innych związków, poza związkami siarki i fosforu[5][6].

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. 1,0 1,1 University of Oregon, Departament of Physics: Absorpcyjne i emisyjne widma pierwiastków (ang.). W: Virtual Laboratory (symulacja interaktywna; aplet Javy) [on-line]. jersey.uoregon.edu. [dostęp 2011-08-03].
  2. 2,0 2,1 Stanisław Bursa: Chemia fizyczna: rozdz. 7 i 8. „Widma cząsteczkowe” i „Fotochemia”. W: Państwowe Wydawnictwo Naukowe PWN, 1979, s. 116 160.
  3. 3,0 3,1 Antoni Basiński: Chemia fizyczna; rozdz. 6 i 7.23 „Atom” i „Budowa widm cząsteczkowych”. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe PWN, 1966, s. 191–226 i 277–290.
  4. Janina Świętosławska: Spektralna analiza emisyjna. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe PWN, 1957.
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 tłum. Karolina Hierasimczyk (korekta: W. Wardencki, J. Namieśnik): Chemia analityczna; Chromatografia, cz. VIA. Detektory (pol.). W: Materiały dydaktyczne Politechniki Gdańskiej [on-line]. 2002. [dostęp 2011-08-03].
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 www.srigc.com (ang.). W: Materiały informacyjne SRInstr. [on-line]. www.srigc.com. [dostęp 2011-08-03].
  7. 7,0 7,1 Detektor płomieniowo–fotometryczny (pol.). W: Materiały informacyjne Allchrom Anaserwis [on-line]. www.anaserwis.pl, 2002. [dostęp 2011-08-03].
  8. 8,0 8,1 Detektor płomieniowo–fotometryczny (pol.). W: Materiały informacyjne Automatyka.pl [on-line]. www.automatyka.pl, .... [dostęp 2011-08-03].
  9. Malation (pol.). W: hasło [on-line]. encyklopedia.pwn.pl. [dostęp 2011-08-07].