WikiDer > Реактор Polyarc

Polyarc reactor

В Реактор Polyarc это научный инструмент для измерения органических молекул. Реактор сопряжен с пламенно-ионизационный детектор (FID) в газовый хроматограф (GC) для повышения чувствительности FID и обеспечения однородного отклика детектора для всех органических молекул (GC-Polyarc / FID).


Реактор преобразует атомы углерода органических молекул в выходящих потоках колонки для ГХ в метан до достижения FID. Результирующий отклик детектора одинаков для каждого углерода и позволяет FID иметь действительно универсальную углеродную чувствительность. Площади пиков GC-Polyarc / FID (отклики интегрированного детектора) эквивалентны в расчете на один углерод, что устраняет необходимость в факторах отклика и калибровочных стандартах. Кроме того, метод GC-Polyarc / FID улучшает реакцию FID на ряд молекул с традиционно плохим / низким откликом, включая: монооксид углерода (CO), углекислый газ (CO2), сероуглерод (CS2), карбонилсульфид (COS), цианистый водород (HCN), формамид (CH3НЕТ), формальдегид (CH2O) и муравьиная кислота (CH2О2), потому что эти молекулы превращаются в метан.

История

Концепция использования постколонного каталитического реактора для усиления реакции FID был описан Портером и Волманом,[1] для сокращения углекислый газ и монооксид углерода к метан используя никель катализатор. Процесс был усовершенствован Johns & Thompson,[2] и теперь является обычным явлением во многих лабораториях, в просторечии называется метанизатор. Это устройство ограничено преобразованием углекислый газ и монооксид углерода к метан, а никелевые катализаторы легко отравляются такими веществами, как сера и этилен.

Группа Ватанабе описывает использование двух последовательно соединенных реакторов для последующего сжигания и последующего восстановления органических молекул.[3][4] и группа Дауэнхауэра[5] использование отдельных реакторов для окисления и восстановления. Авторы демонстрируют эффективность этого метода при квалификации прослеживаемых стандартов и анализе смесей без калибровки.

Реактор Polyarc коммерчески доступен от Activated Research Company.[6] Реактор Polyarc объединяет зоны горения и восстановления в один микрореактор с использованием запатентованных смесей катализаторов, которые эффективно превращают органические молекулы в метан и противостоят отравлению серой и другими гетероатомами. [7]

Принцип работы

Химические реакции

Реактор Polyarc работает путем преобразования органических аналитов после разделения ГХ в метан до обнаружения FID. Реакции окисления и восстановления происходят последовательно, при этом органическое соединение сначала сжигается до молекул углекислый газ, которые впоследствии сводятся к метан молекулы. Следующие ниже реакции демонстрируют процесс горения / восстановления для муравьиная кислота.

HCO2H + 0.5O2 ↔ CO2 + H2О

CO2 + 4H2 ↔ CH4 + 2H2О

Реакции, по существу, мгновенные, по сравнению с временными шкалами типичной хроматографии, что приводит к минимальному уширению пиков и хвостов.[7] Другие элементы, кроме углерода, не ионизируются в водород и кислород пламени ПИД и, следовательно, не вносят вклад в сигнал ПИД.

Влияние на FID

Polyarc использует нечувствительность FID к другим атомам, кроме углерода, поскольку обнаруживаются только ионы CHO +, образованные в результате ионизации углеродных соединений.[8] Таким образом, неметановые побочные продукты реакций не обнаруживаются FID.

Поскольку все соединения проходят через слой катализатора, реактор может преобразовывать определенные виды, которые могут быть опасными или вредными для производительности или долговечности FID, в более благоприятные формы (например, цианид каталитически превращается в метан, воду и азот).

Преимущества и недостатки

Преимущества

Реактор Polyarc улучшает характеристики FID и упрощает анализ органических молекул. Ниже приведены преимущества использования настройки GC-Polyarc / FID:

  • Равномерная чувствительность ко всем органическим молекулам
  • Повышенная точность количественного определения за счет устранения ошибок, связанных с калибровкой и эталонами
  • Снижение стоимости владения за счет сокращения количества калибровок
  • Более быстрое время анализа за счет меньшего количества калибровок

Недостатки

  • Стоимость реактора и замен (срок окупаемости для большинства лабораторий менее 1 года)
  • Добавление мертвого объема вызывает небольшое увеличение уширения пиков в зависимости от скорости потока колонки ГХ и типов молекул.

Преимущества перед метанизаторами

  • Преобразует все органические соединения в метан, а не только CO и CO.2что приводит к единообразному ответу для всех видов и более чувствительному обнаружению большего числа видов (например, сероуглерод (CS 2), карбонилсульфид (COS), цианистый водород (HCN), формамид (CH 3НЕТ), формальдегид (CH 2O) и муравьиная кислота (CH 2О 2))
  • Устойчив к отравлению соединениями, содержащими серу, галогены, азот, кислород и другие вещества (например, для анализа газа трансформаторного масла)
  • Более резкие пики по сравнению с версиями метанизаторов с насадочной колонкой

Связанная альтернатива

Jetanizer

  • Как и Methanizer, Jetanizer анализирует CO и CO.2
  • Его можно приобрести у Activated Research Company.
  • Как и реактор Polyarc, Jetanizer устойчив к отравлению соединениями, содержащими серу, галогены, азот, кислород и другие вещества.
  • Ограничение включает его неспособность преобразовывать соединения, отличные от CO и CO.2 к метану

Работа и анализ данных

Для работы реактора Polyarc требуется подача водорода и воздуха, которые можно отделить от газов, питающих FID. Пользовательское программное обеспечение для сбора и анализа сигналов FID продолжает использоваться, и устройство не требует дополнительного программного обеспечения или управления. Интегрированный отклик детектора можно интерпретировать с использованием метода внешнего или внутреннего стандарта. Метод внутреннего стандарта является предпочтительным, поскольку он исключает вариабельность ГХ от нагнетания к нагнетанию, однако оба приемлемы.

В методе внешнего стандарта сигнал ПИД коррелируется с концентрацией углерода отдельно от анализа. На практике это влечет за собой введение любых разновидностей углерода в различных количествах для создания графика зависимости сигнала (т.е. площади пика) от количества введенного углерода (например, молей углерода). Пользователь должен учитывать любое разделение пробы, адсорбцию, дискриминацию на входе и утечки, иначе калибровка будет отключена. Данные должны образовывать линию с наклоном m и точкой пересечения b. Обратное значение этой линии можно использовать для определения количества углерода в любой последующей закачке любого соединения, поскольку отклик детектора одинаков для всех органических соединений.

Это отличается от типичной калибровки FID, при которой эту калибровку необходимо выполнять для каждого отдельного соединения, чтобы учесть относительные различия отклика. Калибровку следует периодически проверять, чтобы удостовериться, что с течением времени в ГХ ничего не изменилось.

В методе внутреннего стандарта в образец добавляют известное количество некоторых органических молекул, и количество всех других частиц может быть получено из их относительной реакции на внутренний стандарт (IS). IS может быть любой органической молекулой, и ее следует выбирать из соображений простоты использования и совместимости с соединениями в смеси. Например, можно добавить 0,01 г метанол в качестве ИС до 0,9 г бензина. Затем вводится 1% -ная смесь метанола / бензина, и концентрация всех других частиц может быть определена по их относительной реакции на метанол на основе углерода.

Эффекты изменчивости от нагнетания к нагнетанию, возникающие в результате различных объемов нагнетания, различных соотношений разделений и утечек, устраняются с помощью метода внутреннего стандарта, что обеспечивает высокую точность анализа. Однако дискриминация на входе, вызванная адсорбцией, реакцией или предпочтительным испарением на входе, может привести к проблемам с точностью, когда на внутренний стандарт влияет иначе, чем на аналит.

Polyarc / FID может работать в паре с другими детекторами, которые предоставляют дополнительную информацию, например, масс-спектрометр или же детектор теплопроводности. Возможна установка нескольких детекторов с использованием либо разделителя (тройника) для разделения потока на два или более детекторов одновременно, либо переключателя / клапана, позволяющего выбрать один детектор за раз. В разделителе только часть потока поступает на детектор, что снижает чувствительность обнаружения. Кроме того, коэффициент разделения может изменяться в зависимости от температуры, что приводит к дискриминации образца и неточностям в анализе. Переключатель создает небольшой мертвый объем на пути потока и требует нескольких впрысков, если анализ должен быть повторен на нескольких детекторах.

Приложения

Система Polyarc использовалась для анализа в следующих отраслях:

  • Химические вещества:[9] Систему Polyarc можно использовать для определения чистоты мономерного сырья, определения общий органический углерод содержание, изучение побочных продуктов реакции и многое другое.
  • Краски и покрытия:[10] Систему Polyarc можно использовать для экономии времени за счет сокращения количества калибровок для анализа ЛОС ГХ / ПИД. Единый внутренний (или внешний) стандарт может использоваться для количественного определения всех других компонентов в смеси без необходимости предварительной калибровки.
  • Еда, вкус и аромат:[11] Система Polyarc в сочетании с пламенно-ионизационным детектором (FID) может использоваться для точного количественного определения сложных смесей с помощью одного впрыска без использования калибровочных стандартов. Кроме того, настройка ГХ с разделением Polyarc / FID и MS позволяет проводить точную количественную оценку и идентификацию с помощью одной инъекции.[12]
  • Фармацевтические препараты:[13] Систему Polyarc можно использовать для экономии времени на анализ фармацевтических продуктов, поскольку она не требует калибровочных кривых, что позволяет быстро получить количественную информацию о новых материалах.
  • Нефть, газ и биотопливо:[14] Система Polyarc может значительно упростить процесс калибровки, уменьшив (или исключив) объем необходимой калибровки. Это также повысит чувствительность определенных соединений в FID, включая оксигенаты и другие соединения с низкой чувствительностью (например, муравьиная кислота, формальдегид, диоксид углерода и т. Д.).
  • В качестве метанизатора:[15] Система Polyarc может использоваться в качестве метанизатора в таких приложениях, как TOGA / DGA, в качестве замены с такими преимуществами, как капиллярная оптимизация, устойчивость к распространенным каталитическим ядам, полный линейный динамический диапазон и минимизированная сложная арматура.
  • Другие отрасли: Науки о жизни, агрохимия, окружающая среда, судебная медицина, академия, оборона, потребительские товары и безопасность, вино, пиво и спиртные напитки, галогены и нутрицевтики

Рекомендации

  1. ^ Портер К. и Волман Д.Х., Anal. Chem 34 (1962) 748-9.
  2. ^ Джонс, Т. и Томпсон, Б., 16-я Питтсбургская конференция по аналитической химии и прикладной спектроскопии, март 1965 г.
  3. ^ Ватанабэ Т., Като К., Мацумото Н. и Маэда Т., Хроматография, 27 (2006) 1-7.
  4. ^ Ватанабэ Т., Като К., Мацумото Н. и Маэда Т., Таланта, 72 (2007) 1655-8.
  5. ^ Мадускар С., Тейшейра А.Р., Паулсен А.Д., Крумм К., Маунтзиарис Т.Дж., Фан В. и Дауэнхауэр П.Дж., Lab Chip, 15 (2015) 440-7.
  6. ^ «Активированная исследовательская компания». ARC.
  7. ^ а б Бич К., Крумм К., Спанджерс К., Мадускар С., Джонс А. и Дауэнхауэр П., Аналитик 141 (2016) 1627-32.
  8. ^ Holm T., J. Chromatogr. А, 842 (1999) 221-227.
  9. ^ Palardy, O .; Spanjers, C .; Джонс, А. «Количественное определение молочной кислоты и олигомеров молочной кислоты в концентрированных водных растворах молочной кислоты без калибровки с использованием GC / Polyarc® / FID с переключателем Динса» (PDF). Активированная исследовательская компания. NatureWorks LLC.
  10. ^ Jain, N .; Rouge, E .; Спанджерс, К. «Экономия времени за счет сокращения калибровок для количественного определения ЛОС в красках и покрытиях с использованием системы Polyarc®» (PDF). Активированная исследовательская компания. Sherwin-Williams Co.
  11. ^ Nuckolls, J .; Спанджерс, К. «Точное дублирование аромата с помощью одной инъекции с использованием системы Polyarc®» (PDF). Активированная исследовательская компания. Chemia Corporation Fragrance and Flavor.
  12. ^ Уайт, Эрик; Спенджерс, Чарли. «Одновременная идентификация и количественное определение соединений с помощью параллельного Polyarc® / FID и MS» (PDF). Активированная исследовательская компания. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии.
  13. ^ Yu, J .; Baeten, A .; Цитровске, С. «Количественная оценка предварительно идентифицированных экстрагируемых и выщелачиваемых веществ с помощью масс-спектрометрии и Polyarc / FID» (PDF). Активированная исследовательская компания. Abbott Laboratories.
  14. ^ Джонс, А. «Точный анализ топливных эфиров и оксигенатов при однократном впрыске без калибровочных стандартов с использованием GCPolyarc / FID» (PDF). Активированная исследовательская компания.
  15. ^ Spanjers, C .; Пляж, Ц .; Jones, A .; Дауэнхауэр, П. (6 марта 2017 г.). «Повышение чувствительности пламенно-ионизационного детектора (ПИД) с помощью постколоночного окисления-метанирования». Аналитические методы. 9 (12): 1928–1934. Дои:10.1039 / C6AY03363F.