Kromatografi Dedektörleri ( Prof.Dr. Bilsen BEŞERGİL )
Ref. Işın Dedektörleri, İyon Dedektöleri
Kromatografi, kompleks karışımlardaki çeşitli maddeleri birbirinden ayırmaya ve tanımlamaya olanak veren ve bilim adamlarının çalışmalarını kolaylaştıran bir seri ayırma yöntemleri tekniğidir. Tüm kromatografik uygulamalarda bir “sabit faz” ve bir “hareketli faz” bulunur. Bir karışımdaki maddeler hareketli faz ile sürüklenerek sabit faz üzerinden taşınır; Örnekteki maddelerin göç etme hızlarının farklı olması, her bir maddenin sabit faz üzerinde gruplaşarak ilerlemesine yol açar, böylece karışım içindeki maddeler birbirinden ayrılırlar
GAZ KROMATOGRAFİSİ (GC) DEDEKTÖRLERİ
Bir gaz kromatografisi dedektörü kromatografik işlem uygulanan bir karışımdaki bileşenleri süratle ve hassasiyetle algılayabilen bir aygıttrır; sisteme uzamsal ve zamansal boyutlada yerleştirilebilir. Herhangi bir anda, taşıyıcı gazdaki madde konsantrasyonu sadece binde birkaç seviyesindedir ve dedektör bunun çok altındaki değerleri algılayabilecek kapasitede olmalıdır. Ayrıca bir pikin dedektörü geçtiği süre 1 sn veya daha kısa bir zaman aralığı olduğundan, dedektör kısa bir periyot içinde tüm algılama gücünü gösterebilmelidir. Dedektörün doğrusal ve muntazam algılamalar yapabilmesi ve uzun süre kararlılığını koruyabilmesi istenir. İlk kullanılan dedektörler arasında gaz yoğunluğu terazisi, katarometre, alev temokupl dedektörü, -ışını dedektörü ve emissivite dedektörü sayılabilir.
Gaz kromaatografisi tekniklerindeki gelişmeler son on yılda artık kararlı hale gelmiş gibidir; bu durum GC dedektörleri için de söz konusudur. Son yıllarda çok az sayıda yeni ticari gaz dedektörü üretilmiştir. Yirmi yıl öncesinde olduğu gibi hala çok popüler olan ve tüm gaz kromatografik çalışmaların, yaklaşık %95’inde kulla-
nılabil dört dedektör tipi vardır; termal iletkenlik (TCD), alev iyonizasyon (FID), nitrojen fosfor (NPD), ve elektron yakalama (ECD)
Algılanması istenen komponentlere bağlı olarak geliştirilmiş çok çeşitli gaz kromatografisi dedektörü vardır. Kullanım alanı yaygın olan bazı dedektörler, uygulama alanları ve hassasiyetleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Tipik Bazı Gaz Kromatografisi Dedektörleri ve Algılama Limitleri
Dedektör Tipi | Uygulanabilir Örnekler | Algılama |
Termal iltkenlik (TCD) | evrensel | 500 pg/ml |
Alev iyonizasyon (FID) | hidrokarbonlar | 1 pg/s |
Nitrojen fosfor (NPD) | N, P içeren örnekler | P: 10-12, N: 10-11 (g/ml) |
Elektron yakalama (ECD) | halojenli hidrokarbonlar | 5 fg/s |
Atomik emisyon (AED) | element seçici | 1 pg |
Fotoiyonizasyon (PID) | gaz ve buhar bileşikler | 0.002-02 μg/L |
Kütle spektrometre (MSD) | ayarlanabilir örnek | 0.25-100 pg |
Gaz kromatografisi dedektörerin çoğu, GC kolonundan gelen akımdaki bileşenlerin iyonlaştırılmasında farklı iyonizasyon metotlarının kullanıldığı iyon dedektörleridir; bir kapasitör veya vakum tüpüne benzerler.
Bir iyonizasyon dedektörü, içinde, önemli derecede iyonizasyon potansiyeli üretebilen bir gaz bulunan sızdırmaz bir ‘iyon odacığı’dır. Bu amaçla argon, kripton, neon, ksenon, helyum gibi gazlar kullanılabilir. Tipik olarak odacık metalden yapılır; negatif potansiyel taşır (katot) ve topraklanmıştır. Anot gergin bir tel, bir çubuk veya bir disk olabilir. Odacığın bir tarafında veya son kısmında bir pencere vardır; pencere ışını (alfa, beta, gama ve X-ışınları) ölçebilecek derecede şeffaf olmalı ve ışının odacığın iç tarafına nüfuz etmesine olanak vermelidir. Elektrotlar bir güç kaynağına bağlandığında ve odacığa ışın verildiğinde, iyonizasyonla oluşan ortalama akım veya puls sayısı ve/veya bunların genliği, ışının miktarını gösterir. İlk üretilen GC iyonizasyon dedektörlerinin (1950 yılları) hassasiyetleri, katharometre veya alev termokupl dedektörler seviyesindeydi (~10-6 g/ml).
Termal İletkenlik Dedektörü, TCD
Kullanım alanı geniş olan bu yöntemde, gaz akımındaki ısısal iletkenliğin değişmesi algılanır; bu amaçla kullanılan cihaza bazan “katharometre” denir. Cihazın hassas elementi elektrikle ısıtılan bir kaynaktır; kaynağın sıcaklığı, sabit elektrik gücünde, etrafındaki gazın ısıl iletkenliği ile değişir. Element ince bir Pt tungsten tel veya yarı iletken bir termistördür. Tel veya termistörün direnci gazın ısıl iletkenliğinin bir ölçüsüdür; telin sıcaklık katsayısı pozitif, termistörünki negatiftir.
TCD’lerde genellikle çift dedektör kullanılır; biri taşıyıcı gazı (referans), diğeri taşıyıcı gaz ve örnek karışımının ısıl iletkenliğini izler. Bunlar örnek injeksiyon odacığının önündeki gaz akımı içine ve kolon çıkışına konarak taşıyıcı gazın ısıl iletkenliği yok edilir; akış hızı, basınç ve elektrik gücündeki değişiklerin etkisi de en aza indirilir. Dedektörlerin dirençleri, bir Wheatstone köprüsünün iki kolu üzerinde birleştirilerek kıyaslanır. Hidrojen ve helyumun ısıl iletkenlikleri, pek çok organik maddeye göre 6-10 kat daha fazladır. Bu nedenle çok az miktarlardaki organik maddeler bile kolon akışındaki ısıl iletkenliği önemli derecede düşürür. Azot ve karbondioksitin iletkenlikleri organik maddelerinkine yakındır; bu nedenle taşıyıcı gaz azot veya karbon dioksit ise ısıl iletkenlik yöntemi hassasiyetini kaybeder. Isıl iletkenlik dedektörleri basit, kaba ve ucuzdur. Bunlar diğer bazı dedektörler kadar hassas değildir.
…
