Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Методы высокочувствительного газового анализа.

Читайте также:
  1. B. газового состава
  2. C) Методы стимулирования поведения деятельности
  3. II. Методы и источники изучения истории; понятие и классификация исторического источника.
  4. II. Методы исследования
  5. II. Методы исследования
  6. II. МЕТОДЫ, ПОДХОДЫ И ПРОЦЕДУРЫ ДИАГНОСТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ
  7. II. МЕТОДЫ, ПОДХОДЫ И ПРОЦЕДУРЫ ДИАГНОСТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ
  8. II. Формы и методы деятельности по утверждению трезвости
  9. II. Формы и методы деятельности по утверждению трезвости
  10. III. Латентная преступность: понятие и методы выявления.

1. Газовая хроматография является наиболее часто применяемым методом анализа следовых количеств веществ, особенно органических, в сложных газовых смесях. В качестве применяемых детекторов используются плазменно- ионизационные, плазменно- фотометрические, фотоионизационные детекторы и детекторы с захватом электронов. Чувствительность детектирования составляет 1-103 млрд-1, в то же время селективность низка. Сфера применения газовой хроматографии ограничена необходимостью предварительного концентрирования и/или уменьшения объема анализируемой пробы. Время анализа составляет 20-30 с без учета времени, необходимого на пробоподготовку. В ряде случаев требуется предварительное превращение анализируемых веществ в их производные, что существенно снижает точность измерений.

2. Масс-спектрометрия с газохроматографическим разделением является наиболее часто применяемым в настоящее время методом качественного и количественного анализа химического состава выдыхаемого воздуха. Газохроматографическое разделение применяется для отделения следов исследуемых веществ от мешающих N2, O2, CO2, H2O и существенно поднимает точность и селективность детектирования, а масс-спектрометр выполняет роль высокочувствительного и высокоточного детектора. Этот метод не имеет альтернативы с точки зрения чувствительности и селективности при исследовании летучих органических соединений средней массы в диапазоне от 70 до 300 а.е.м., что является одним из главных достоинств и преимуществ масс-спектрометрии с газохроматографическим разделением. Также, к преимуществам следует отнести высокую точность измерений при специально настроенной селективности регистрации (например, точность измерения изотопического соотношения 13СО2/12СО2 в выдыхаемом воздухе составляет 0,01-0,03%) и небольшой объем пробы выдыхаемого воздуха (~10 мл). Ограничения применимости масс-спектрометрии с газохроматографическим разделением связаны с криогенным концентрированием, необходимым при высокочувствительной регистрации на уровне 1 млрд-1 и приводящем к искажению состава пробы. При масс-спектрометрическом анализе могут возникнуть проблемы, связанные с селективностью детектирования и идентификацией спектров, обусловленные совпадением величин M/Z для ряда легких газообразных соединений и их изотопических модификаций. Время анализа с помощью масс-спектрометрии с газохроматографическим разделением достаточно велико. Например, измерение отношения 13СО2/12СО2 занимает около 2 мин. МС-ГХ – достаточно сложный, громоздкий и дорогостоящий прибор;

3. Электрохимические (ЭХ) датчики – применяются в основном для регистрации неорганических газообразных соединений и, как правило, имеют диапазон рабочих концентраций 0,1-100 млн-1 при быстродействии 10 – 15 с и требуемым объемом пробы 10 – 20 мл. ЭХ-анализаторы являются относительно простыми и надежными приборами, идеально подходящими для исследований, требующих компактности и автономного питания.

4. Хемолюминесцентные сенсоры в основном применяются для детектирования соединений типа NH3, NOx, SO2, H2S, O3. При химическом взаимодействии (как правило, окислении этих соединений газом-реагентом) происходит эмиссия фотонов в УФ-диапазоне, которые регистрируются с помощью фотоумножителя. Чувствительность детектирования перечисленных соединений данным методом находится на уровне 1 млрд-1 при быстродействии менее 1 с. Для анализа требуется объем пробы ~1–10 мл;

5. Методы спектрального анализа.

1) Дисперсионная ИК-спектрометрия. Основные характеристики детектирования газов с помощью дисперсионной ИК-спектрометрии: чувствительность на уровне 0,1–1млн-1, требуемый объем пробы 1–2 л, низкое быстродействие 5–10 мин. Недостатки: низкие селективность и чувствительность; низкое быстродействие не позволяет проводить регистрацию в режиме реального времени, требуется криогенное обогащение исследуемой газовой пробы;

2) Фурье-спектрометрия (ФС): благодаря достаточно высокому спектральному разрешению ФС (~ 0,01 см-1 для распространенных моделей спектрометров), этот метод также может применяться для высокочувствительного спектрального газоанализа. Для ФС характерна возможность регистрации в течение одного измерения очень широкой спектральной области, которая фактически ограничена лишь областью спектральной чувствительности используемого фотоприемника. Таким образом, можно одновременно регистрировать спектры поглощения многих веществ, в том числе, и не имеющих разрешенной КВ-структуры. Благодаря высокому разрешению и широкому спектральному диапазону достижима хорошая селективность детектирования. Недостатком Фурье-спектрометрии как аналитического метода является невысокая чувствительность к поглощению (10-2–10-3), т.е. его концентрационная чувствительность оказывается не лучше 0,1 млн-1 даже при использовании многоходовых кювет. Для регистрации спектра поглощения с требуемым разрешением даже в узком спектральном интервале требуется от 5 до 10 мин, что существенно ограничивает скорость анализа;

3) Спектроскопия с использованием лазерных источников: данный подход основан на совпадении частот генерационных переходов, как правило, газовых лазеров того или иного типа с частотой линии поглощения исследуемого газа. Известен ряд работ, в которых описан фотодефлекционный метод детектирования малых концентраций газов, в частности, NH3, основанный на фототермическом отклонении лазерного пучка. Накачка исследуемой среды производится СО2-лазером. В результате селективного поглощения излучения аммиаком, вызывающего нагрев и изменения коэффициента преломления среды, происходит отклонение пробного луча He-Ne-лазера. Концентрационная чувствительность такой схемы составляет ~0,5 мкг/м3, а быстродействие – порядка 15 с при использовании двух лазерных линий, позволяющих снизить влияние поглощения СО2 и Н2О. Достоинством метода является малый объем газовой смеси, необходимой для исследования;

4) Оптоакустическая спектроскопия – один из наиболее чувствительных методов газового анализа, особенно при использовании лазерных источников излучения и внутрирезонаторного оптоакустического датчика поглощения. Это обусловлено тем, что она относится к категории так называемых «нулевых методов», в которых регистрируемый сигнал пропорционален концентрации исследуемого вещества. В целом, оптоакустическое детектирование обладает низким пределом обнаружения, хорошим временным разрешением и достаточной селективностью. В оптимальных условиях предел детектирования может составлять 0,01 млрд-1 при быстродействии в несколько секунд. Достаточно небольшого объема газовой пробы – около 10 мл. К недостаткам относится ограниченный выбор аналитических линий, интерференция со спектрами мешающих газов. Кроме того, оптоакустический сигнал сильно зависит от концентрации паров воды, которая может сильно менять скорость колебательной релаксации в исследуемых молекулах.

 

5) Диодная лазерная спектроскопия (ДЛС) принадлежит к числу наиболее чувствительных и в то же время высокоселективных аналитических методов, используемых для детектирования достаточно легких газообразных молекул активных в ИК-поглощении. Этим обусловлена актуальность ее применений для высокочувствительного спектрального анализа состава выдыхаемого воздуха. Практика развития диодной лазерной спектроскопии и ее использования для решения задач газового анализа показывает, что она является перспективным подходом для исследований состава выдыхаемого воздуха. Она является одним из наиболее мощных современных методов газового анализа и обладает уникальными диагностическими возможностями, которые обусловлены редким сочетанием спектральных свойств перестраиваемых диодных лазеров (ПДЛ), обладающих одновременно узкой линией и широкодиапазонной перестройкой частоты генерации. Низкий уровень амплитудных и частотных шумов перестраиваемых диодных лазеров позволяет регистрировать резонансное молекулярное поглощение с чувствительностью к изменению оптической плотности вплоть до 10-7 и спектральным разрешением ~3∙10-4 см-1. Электронное управление параметрами излучения перестраиваемых диодных лазеров (ПДЛ) дает возможность достаточно легко автоматизировать системы на основе таких лазеров и обеспечивает высокие скорости управления частотой их излучения. Аналитические возможности ПДЛ четко определяют область их перспективного использования для биомедицинской диагностики, основанной на анализе молекул-биомаркеров.




Дата добавления: 2014-12-20; просмотров: 57 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.009 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав