DE102009055785B3 - Method for gas chromatographic analysis of gas sample, involves generating peak for analyte such as hydrogen sulfide by differentiating chromatogram at location of analyte - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gaschromatographischen Analyse einer Gasprobe, die mittels eines Trägergases durch eine Trenneinrichtung mit nachgeordnetem Wärmeleitfähigkeitsdetektor geleitet wird, der als Messsignal ein Chromatogramm mit Peaks für unterschiedliche Analyten liefert.The invention relates to a method for gas chromatographic analysis of a gas sample, which is conducted by means of a carrier gas through a separator with downstream thermal conductivity detector, which supplies as a measurement signal a chromatogram with peaks for different analytes.
In der Chromatographie wird eine Probe eines zu analysierenden Stoffgemischs mittels eines Trägergases durch eine chromatographische Trenneinrichtung geleitet. Aufgrund unterschiedlicher Wanderungsgeschwindigkeiten durch die Trenneinrichtung erreichen die Analyten, also die einzelnen Stoffe des Stoffgemischs, den Ausgang der Trenneinrichtung zu unterschiedlichen Zeitpunkten und werden dort nacheinander mittels eines geeigneten Detektors detektiert. Der Detektor erzeugt als Messsignal ein Chromatogramm, das aus einer Basislinie und einer den getrennten Stoffen entsprechenden Anzahl von Peaks besteht. In der Praxis ist das Chromatogramm verrauscht, wobei die einzelnen Peaks mehr oder weniger deutlich aus dem Signalrauschen herausragen. Bei gut aufgelösten Peaks ist die Peakfläche über der rauschfreien Basislinie zur Konzentration des Analyten proportional, wobei die Peakfläche im Gegensatz zur Peakhöhe auch bei unsymmetrischen Peaks genaue Ergebnisse liefert.In chromatography, a sample of a mixture of substances to be analyzed is passed through a chromatographic separator by means of a carrier gas. Due to different migration speeds through the separation device, the analytes, ie the individual substances of the substance mixture, reach the output of the separation device at different times and are detected there successively by means of a suitable detector. The detector generates as a measurement signal a chromatogram consisting of a baseline and a number of peaks corresponding to the separated substances. In practice, the chromatogram is noisy, with the individual peaks more or less clearly protruding from the signal noise. For well-resolved peaks, the peak area above the noise-free baseline is proportional to the concentration of the analyte, with the peak area providing accurate results, even with unbalanced peaks, in contrast to the peak height.
In der Gaschromatographie werden bevorzugt Wärmeleitfähigkeitsdetektoren zum Nachweis der getrennten Analyten anhand ihrer stofftypischen Wärmeleitfähigkeit verwendet. Dazu werden, wie beispielsweise die
Die Detektionsempfindlichkeit des Wärmeleitfähigkeitsdetektors ist umso größer je größer die Temperaturdifferenz zwischen dem Heizfaden und der Kanalwandung ist, wobei hohe Temperaturen die Standzeit des Heizfadens beeinträchtigen. Die Empfindlichkeit hängt auch von dem spezifischen elektrischen Widerstand des Heizfadens ab, weil dadurch bei vorgegebener Geometrie des Heizfadens dessen Gesamtwiderstand gegeben ist. Je größer dieser Gesamtwiderstand ist, umso größer ist auch die Detektionsempfindlichkeit. Schließlich können chemisch aggressive Gase den Heizfaden angreifen und zersetzen.The detection sensitivity of the thermal conductivity detector is greater the greater the temperature difference between the filament and the channel wall, with high temperatures affect the life of the filament. The sensitivity also depends on the specific electrical resistance of the filament, because it is given at a given geometry of the filament whose total resistance. The greater this total resistance, the greater the detection sensitivity. Finally, chemically aggressive gases can attack and decompose the filament.
Bei dem aus der
Aus der
Aus der
Parylene ist ein Sammelbegriff für polymere Beschichtungsmaterialien, von denen insbesondere die Parylene-Arten Parylene N (Poly-para-Xylylen), Parylene C (Chloro-poly-para-Xylylen), Parylene D (Di-chloro-poly-para-Xylylen) und Parylene F (Poly(Tetrafluoro-para-Xylylen)) industriell zum Einsatz kommen. Der Schmelzpunkt von Parylene N liegt mit 410°C zwar sehr hoch, allerdings ändern sich die mechanischen Eigenschaften bei steigender Temperatur. Die Temperaturstabilität ist, insbesondere in Sauerstoff-Umgebung, von allen Parylene-Arten am geringsten. Parylene C weist zwar sehr gute Barriere-Eigenschaften, d. h. sehr geringe Gasdurchlässigkeiten auf jedoch ist der Schmelzpunkt mit 290°C der niedrigste der hier genannten Parylene-Arten. Parylene D besitzt eine relativ hohe thermische Stabilität bis zu 380°C. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften bleiben bei einer Temperaturerhöhung im Vergleich zu Parylene N und Parylene C am besten erhalten. Der Schmelzpunkt von Parylene F liegt mit über 500°C weit über den anderen drei Parylene-Arten. Parylene F weist mit über 500°C den höchsten Schmelzpunkt gegenüber den anderen drei Parylene-Arten und auch die höchste Temperaturstabilität auf. Das Parylene F ist dem Parylene N chemisch sehr ähnlich, so dass die Gaspermeabilität bei beiden in etwa gleich ist, d. h. durchlässig für Sauerstoff und in sehr hohem Maße auch durchlässig für Schwefelwasserstoff.Parylene is a collective term for polymeric coating materials, of which in particular the parylene species Parylene N (poly-para-xylylene), parylene C (chloro-poly-para-xylylene), parylene D (di-chloro-poly-para-xylylene) and Parylene F (poly (tetrafluoro-para-xylylene)) are used industrially. Although the melting point of Parylene N is very high at 410 ° C, the mechanical properties change with increasing temperature. The temperature stability is lowest, especially in oxygen environment, of all Parylene species. Although Parylene C has very good barrier properties, ie very low gas permeabilities, the melting point at 290 ° C is the lowest of the Parylene species mentioned here. Parylene D has a relatively high thermal stability up to 380 ° C. The mechanical and electrical properties are best preserved when the temperature is raised compared to Parylene N and Parylene C. The melting point of Parylene F is over 500 ° C far above the other three Parylene species. Parylene F has the highest melting point of more than 500 ° C compared to the other three Parylene species and the highest temperature stability. The Parylene F is chemically very similar to the Parylene N, so the gas permeability is approximately the same for both, ie permeable to oxygen and to a very high degree also permeable to hydrogen sulphide.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur gaschromatographischen Analyse einer Gasprobe unter Verwendung eines Wärmeleitfähigkeitsdetektors mit einem parylenebeschichteten Goldfaden und unter Berücksichtigung der Eigenschaften von Parylene anzugeben.The invention has for its object to provide a method for gas chromatographic analysis of a gas sample using a thermal conductivity detector with a parylene-coated gold thread and taking into account the properties of Parylene.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei dem Verfahren der eingangs angegebenen Art Wasserstoff als Trägergas und ein Wärmeleitfähigkeitsdetektor mit einem elektrisch beheizten und mit Parylene F beschichteten Goldfaden verwendet wird und dass durch Differenzieren des Chromatogramms an der Stelle des Analyten Schwefelwasserstoff ein Peak für diesen Analyten erzeugt wird.According to the invention, the object is achieved in that hydrogen is used as a carrier gas and a thermal conductivity detector with an electrically heated and coated with Parylene F gold thread in the method of the type specified and that by differentiating the chromatogram at the site of the analyte hydrogen sulfide a peak for This analyte is generated.
Aus bisherigen Beobachtungen an Wärmeleitfähigkeitsdetektoren mit unbeschichtetem Goldfaden hat sich ergeben, dass der aufgeheizte Goldfaden an seiner Oberfläche durch Schwefelwasserstoff konditioniert, also verändert wird. Dadurch ändert sich insbesondere bei einem sehr dünnen und schmalen Goldfaden dessen elektrischer Widerstand. Die Veränderung an dem Goldfaden ist reversibel und wird in einer Sauerstoff- oder Wasserstoffumgebung wieder rückgängig gemacht. Wärmeleitfähigkeitsdetektoren mit Goldfaden wurden bisher in der Gaschromatographie nicht verwendet, wenn Schwefelwasserstoff nachzuweisen war. Dasselbe gilt auch für den Nachweis von Sauerstoff in Gegenwart von Wasserstoff als Trägergas, weil die wechselnde Oxidation an der Oberfläche des Goldfadens durch den Sauerstoff und Reduktion durch den Wasserstoff zu einem Drift der Basislinie in dem Chromatogramm führt.From previous observations of thermal conductivity detectors with uncoated gold thread has been found that the heated gold thread on its surface conditioned by hydrogen sulfide, so is changed. As a result, changes in particular in a very thin and narrow gold thread whose electrical resistance. The change in the gold thread is reversible and is reversed in an oxygen or hydrogen environment. Thermal conductivity detectors with gold thread were previously not used in gas chromatography, if hydrogen sulfide was detected. The same applies to the detection of oxygen in the presence of hydrogen as a carrier gas, because the alternating oxidation at the surface of the gold thread by the oxygen and reduction by the hydrogen leads to a drift of the baseline in the chromatogram.
Parylene F, ist für die meisten Moleküle, so z. B. auch für Sauerstoff, undurchlässig. Für einige Moleküle, wie Helium, Wasserstoff und Schwefelwasserstoff, ist dieses Parylene jedoch durchlässig. Ein Abbau der durch Schwefelwasserstoff verursachten Konditionierung des aufgeheizten Goldfadens durch Sauerstoff ist daher nicht möglich, wohl aber durch Wasserstoff. Es hat sich aber gezeigt, dass das von dem Wärmeleitfähigkeitsdetektor beim Auftreten des Analyten Schwefelwasserstoff gelieferte Messsignal im Wesentlichen von der elektrischen Widerstandsänderung als Folge der der durch Schwefelwasserstoff verursachten Konditionierung des aufgeheizten Goldfadens abhängt und nicht oder nur kaum von dem Unterschied zwischen der Wärmeleitfähigkeit von Schwefelwasserstoff und der von Wasserstoff beeinflusst ist. Das unmittelbar erhaltene Messsignal für Schwefelwasserstoff bildet also die Integralkurve eines Peaks, weswegen das Chromatogramm an der Stelle des Analyten Schwefelwasserstoff durch Bildung der ersten Ableitung differenziert und damit ein Peak für diesen Analyten erzeugt wird. Bei den unmittelbar auf den Schwefelwasserstoff folgenden Analyten ist die Basislinie des Chromatogramms so lange erhöht, bis die durch den Schwefelwasserstoff verursachte Konditionierung des Goldfadens durch den Wasserstoff wieder abgebaut ist. Die Auswertung der Peaks, z. B. Bestimmung der Peakfläche, erfolgt jedoch von der Basislinie aus, so dass deren Höhe die Messung nicht beeinträchtigt.Parylene F, is for most molecules, such as. B. also for oxygen, impermeable. For some molecules, such as helium, hydrogen and hydrogen sulfide, however, this parylene is permeable. A reduction of the caused by hydrogen sulfide conditioning of the heated gold thread by oxygen is therefore not possible, but by hydrogen. It has been shown, however, that the measurement signal supplied by the heat conductivity detector when hydrogen sulfide is analyte essentially depends on the electrical resistance change as a consequence of the conditioning of the heated gold thread caused by hydrogen sulfide and not or hardly on the difference between the thermal conductivity of hydrogen sulfide and which is influenced by hydrogen. The immediately obtained measurement signal for hydrogen sulfide thus forms the integral curve of a peak, which is why the chromatogram at the site of the analyte hydrogen sulfide differentiated by formation of the first derivative and thus produces a peak for this analyte. In the case of the analytes immediately following the hydrogen sulphide, the baseline of the chromatogram is increased until the conditioning of the gold thread caused by the hydrogen sulphide is broken down again by the hydrogen. The evaluation of the peaks, z. B. determination of the peak area, but takes place from the baseline, so that their height does not affect the measurement.
Schließlich erlaubt der Wärmeleitfähigkeitsdetektor mit dem parylene-beschichtetem Goldfaden wegen der Undurchlässigkeit von Parylene für Sauerstoff die uneingeschränkte Verwendung von Wasserstoff als Trägergas, also auch bei dem Analyten Sauerstoff.Finally, the heat conductivity detector with the parylene-coated gold thread allows the unrestricted use of hydrogen as the carrier gas because of the impermeability of parylene for oxygen, and thus also oxygen in the analyte.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen:To further explain the invention, reference will be made below to the figures of the drawing; in detail show:
Der Wärmeleitfähigkeitsdetektor
Da Parylene F für Schwefelwasserstoff (H2S) durchlässig ist, wird der beheizte Goldfaden
Wie im unteren Teil der
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