DE3516188A1 - Detektionsvorrichtung zur erkennung von chromatographisch getrennten photoemissionsfaehigen stoffen in partikelform - Google Patents

Detektionsvorrichtung zur erkennung von chromatographisch getrennten photoemissionsfaehigen stoffen in partikelform

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Description

  • Detektionsvorrichtung zur Erkennung von chromatorraphisch getrennten
  • photoemissionsfähigen Stoffen in Partikelform Beschreibung Die in der letzten Zeit anfallenden Umweltschutzprobleme erfordern eine immer mehr leistungsfähigere Spurenanalytik. Besonders auf dem Gebiet der Analytik polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe ( PAH's ) und Dioxine sind zur quantitativen Bestimmung dieser Stoffe in einer komplexen Matrix aufwendige Trenn- und Detektorsysteme üblich.
  • Zur Auftrennung dieser Gemische werden üblicherweise Chromatgraphiesysteme verwendet. Zum einen kommt dabei die hochauflösende Kapillar -Gaschromatographie mit den verschiedensten Detektorsystemen zur Anwendung. So sind Elektroneneinfang1-, chemische Negativionen - Massen -spektrometrie2-, Flammenionisations3-, Photoionisations4-, photothermale Laserspektroskopie5- und Circulardichroismus6 - Detektoren bekannt. Diese Detektoren erlauben den Nachweis der getrennten Verbindungen im günstigen Fall im Nanogramm - Bereich.
  • Zum anderen sind neben der Gaschromatographie die Hochdruckflüssigchromatographie - Techniken weit verbreitet. Hierbei werden z.B.
  • PAH's in einem geeigneten Eluens auf einer Chromatographiesäule durch charakteristische Wechselwirkung zwischen flüssig - flüssig -bzw. flüssig - fest - Phase aufgetrennt.
  • Auch hier ist eine große Anzahl unterschiedlicher Detektorsysteme bekannt - Photoionisationsdetektorl6 - UV - Detektor - UV - Resonanz - Raman - Spektrometrie 7 - Shpol'skii skii - Spektrometrie 8 - Fluoreszenz - Detektion bzw. Laser - induzierte Molekülfluoreszenz 9 - Reaktive Chemilumineszenz - Detektion 10 - Photoakustische Spektroskopie 11 - Synchrone Lumineszenz - Spektroskopie 12 - Zwei - Photonen - Ionisationsdetektor 13 In der GC und in der HPLC sind der größte Teil der Detektoren sehr aufwendig gebaut. Es kommen laseroptische Anordnungen zur Anwendung oder es muß bei tiefen Temperaturen gearbeitet werden. Fluoreszenzdetektoren können durch Begleitsubstanzen in ihrer Empfindlichkeit gequencht werden.
  • Auch ist für manche Substanzen der molare Extinktionskoeffizient ( bei UV - Detektion ) nicht hoch genug. Trotz relativ bescheidener (Iv ppm ) Nachweisstärke werden aber durch die geringen injezierten Volumina (<5 jil ) Nachweisgrenzen von einigen Nanogramm absolut erreicht. Dies ist für Fragestellungen bei hochtoxischen Stoffen wie beispielsweise Dioxine oder empfindliche Toxine jedoch nicht ausreichend. Es müssen hier zur Anreicherung Aufkonzentrierungsschritte angewandt werden, welche teilweise diese Moleküle zerstören.
  • Schmermund und Lockel6 beschreiben einen bei 10.2 eV betriebenen Photoionisationsdetektor für HPLC. Das dort verwendete System hat aber mehrere Nachteile 1. Bei 10.2 eV ist die Verwendung von aromatischen Eluentien in der HPLC - Technik nicht mehr möglich, da diese dann selbst ionisiert werden.
  • 2. Es wird das Eluat mit den darin enthaltenen, getrennten Substanzen völlig verdampft, also die Photoionisation an der gasförmigen Substanz gemessen. Durch die dazu nötige Temperaturzufuhr werden empfindliche Stoffe thermisch zersetzt.
  • 3. Höhermolekulare, nicht verdampfbare elektrisch leitende Stoffe schließen den Detektor kurz.
  • Dadurch daß gasförmige Komponenten gemessen werden, liegt grundsätzlich die zu überwindende Ionisierungsenergie bei > 7 eV. Für die Trennung von Stoffsystemen mit aromatischen Eluentien ( z.B. polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe ) ist es daher wesentlich günstiger, eine Photoionisation an Partikeln oder Tröpfchen durchzuführen, da dann die Austrittsarbeit auf <5 eV absinkt und somit begleitende gasförmige Beimischungen von aromatischen Lösungsmitteldämpfen nicht mehr ionisiert werden können.
  • Durch die im folgenden beschriebene erfindungsgemäße Anwendung der Photoemission auf chromatographisch getrennte Stoffe in Partikelform wird dieser Nachteil entscheidend verbessert.
  • Die Erfindung hat zum Gegenstand, daß die aus einer chromatographischen Trennung stammende flüssige oder gasförmige Verbindung in ein Aerosol umgesetzt wird und anschließend mit einem PE - Detektor registriert wird. Die quantitative Beziehung wird durch Eingabe von Eichproben hergestellt. Durch einfache Maßnahmen, nämlich durch Einbau einer Sprühanordnung werden am Ende einer HPLC - Säule Submikronaerosole erzeugt.
  • Diese entstehen auch bei Nichtanwesenheit einer photoemittierenden Substanz aus " pro analysi " oder " HPLC - reinen Tl Reagenzien durch sub - ppm - Verunreinigungen. Diese Partikel sind charakteristischerweise C 200 nm groß. Erscheint eine photoemittierende Verbindung am Ende der Chromatographiesäule, so wird diese Verbindung mindestens teilweise an der Oberfläche der ohnehin entstehenden Partikeln angereichert. Diese Partikel können nun hochempfindlich mit einem Aerosol - Photoionisations-15 detektor14 nachgewiesen werden. Bereits Teilbedeckungen photoemittierender Stoffe genügen zur Erzeugung positiv geladener Partikel und ermöglichen so den Nachweis im sub - ppt - Bereich ohne besonders aufwendige Maßnahmen.
  • Bei der Gaschromatographie können gasförmige Stoffe durch Bestrahlung mit UV - Licht <200 nm in einer Radikalreaktion erzeugt werden. Ebenfalls möglich ist die Verwendung eines radioaktiven Strahlers zur Gas/Partikel -umwandlung.
  • Durch die vorzugsweise Verwendung einer niederenergetischen UV - Lichtquelle im PE - Detektor teil wird zudem eine Erhöhung der Selektivität z. B. bei PAH's erzielt. Es sind dann nurmehr höherkondensierte PAH -Moleküle zur Photoionisation befähigt.
  • Selbstverständlich können selbst nicht photoemittierende Substanzen vor der Aerosolerzeugung in einer chemischen und/oder Physikalischen Reaktion ( " post column - reaction " ) für den PE - Aerosoldetektor sichtbar gemacht werden. Auch der umgekehrte Fall, die PE - Löschung eines photoemittierenden Grundsignals, ist möglich.
  • Erfindungsgemäße Beispiele sind wie folgt In der HPLC wird die Probe mit dem mittels einer Pumpe 1 geförderten Eluens 2 durch die Trennsäule 3 gedrückt ( Abb. 1 ). Das Ende der Trennsäule ist jedoch in einer Kapillarausführung gestaltet (4). Durch den bei HPLC - Systemen üblichen hohen Druck wird das Eluens ( mit den getrennten Substanzen ) zersprüht. Das durch den Sprühvorgang gebildete Tröpfchenaerosol wird mit einem Reinluftstrom 5 ummantelt und durch einen Diffusionsabscheider 6 geleitet. Dabei verdampft innerhalb von Sekundenbruchteilen das Eluens und wird an einer irreversiblen Senke ( Aktivkohle, Molekularsieb ) gebunden. Durch laminare Stromführung gelangen nur Lösungsmittelmoleküle zur Senke, nicht jedoch Partikel.
  • Die im Eluens enthaltenen Verunreinigungen sowie der getrennte Stoff bilden nun das übrigbleibende Submikronaerosol. Geladene Teilchen können über ein auf Hochspannung liegendes Elektrofilter 7 effektiv entfernt werden. Ungeladene Partikel werden durch den Gasstrom in die PE - Detektorzelle 8 getrieben und bei Anwesenheit photoemissionsfähiger Stoffe auf der Partikeloberfläche ionisiert.
  • Die geladenen Teilchen werden nun über ein auf Hochspannung liegendes (9) Elektrofilter abgesaugt und über einen Elektrometerverstärker 10 abgeleitet. Dies ermöglicht eine hochempfindliche und kontinuierliche Registrierung der Partikel. Die quantitative Beziehung zwischen Elektrometersignal und Stoffmenge wird durch Injektion von Eichlösungen hergestellt.
  • Ein für die GC hervorragend geeignete erfindungsgemäße Ausführung ist in Abb. 2 dargestellt. Die Probe wird wie üblich über einen Injektorblock 1 in den Trägergasstrom 2 eingegeben. Nach Verlassen der Trennsäule 3 wird der Trägergasstrom durch eine UV - durchlässige Quarzkapillare 4 geleitet. Diese Quarzkapillare 4 wird mit dem Licht einer Xe/Hg - Hochdrucklampe ( i bis 180 nm ) 5 beleuchtet. Dadurch werden bei Auftreten von organischem Material über Radikalrekombinationen kleine ( = 10 nm ) geladene Molekülcluster gebildet, die sich rasch durch Kondensation ( die Trennsäule ist in der GC üblicherweise auf einer höheren Temperatur wie die Umgebung ) und Nukleation vergrößern.
  • Durch Vorbeileiten der Partikel an einer kleinen Kr - 85 - Quelle 6 wird ein Boltzmann - Gleichgewicht der Ladungsverteilung ( " Neutralisation " ) erreicht. Anschließend werden die Partikel in einer PE - Detektorzelle 7 ionisiert ( bei Vorliegen photoemissionsfähigen Materials an der Partikeloberfläche ) und über ein Elektrofilter 8 mittels eines Elektrometerverstärkers 9 kontinuierlich registriert. Die quantitative Beziehung zwischen Elektrometersignal und Stoffmenge wird auch hier durch Injektion von Eichlösungen hergestellt.
  • Literatur 1) A. Bjoerseth an G. Eklund; J. High Resolut. Chromatogr.
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Claims (8)

  1. Detektionsvorrichtung zur Erkennung von chromatoraphisch getrennten photoemissionsfähigen Stoffen in Partikelform Patentansprüche 1. Chromatographie - Detektorsystem, dadurch gekennzeichnet, daß das die Trennvorrichtung verlassende gasförmige oder flüssige Eluat mit der getrennten Substanz durch eine aerosolerzeugende Vorrichtung ganz oder teilweise in ein Submikronaerosol überführt wird und photoemissionsfähige Substanzen in Partikelform mittels eines Photoelektronenemissionsdetektors quantitativ registriert werden.
  2. 2. Chromatographie - Detektorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Trennsystem verlassende, gesuchte Substanz in einer chemischen oder physikalischen Reaktion zu einer photoemissionsfähigen Verbindung vor der Aerosolisierung umgesetzt wird.
  3. 3. Chromatographie - Detektorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im gasförmigen oder flüssigen Eluat der Trennvorrichtung enthaltene, getrennte Substanz die Photoemissionsfähigkeit des Eluens oder einer oder mehrerer zugemischter reaktiver Komponenten löscht.
  4. 4. Chromatographie - Detektorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Trägergas nach der Trennvorrichtung enthaltene gasförmige Substanz durch chemische oder physikalische Behandlung in ein nicht photoemissionsfähiges Aerosol umgesetzt wird und sich dadurch von einem photoemissionsfähigen Trägergas - Aerosol charakteristisch abhebt.
  5. 5. Chromatographie - Detektorsystem nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein den gasförmigen Eluensanteil sorbierender Diffusionsabscheider verwendet wird.
  6. 6. Chromatographie - Detektorsystem nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Neutralisator und ein bereits geladene Partikel abscheidendes Elektrofilter vor dem Photoelektronenemissionsdetektor zur Anwendung kommt.
  7. 7. Chromatographie - Detektorsystem nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Detektorselektivität die Anregung der Photoelektronenemission gleichzeitig oder nacheinander bei unterschiedlichen Wellenlängen geschieht.
  8. 8. Chromatographie - Detektorsystem nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere unterschiedlich selektive Photoemissionsdetektoren parallel oder hintereinander betrieben werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5076097A (en) * 1990-06-28 1991-12-31 Tsi Incorporated Method and apparatus for determining concentration of macromolecules and colloids in a liquid sample
DE102007052500A1 (de) * 2007-11-02 2009-06-04 Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum Für Gesundheit Und Umwelt (Gmbh) Verfahren und Vorrichtung für den Nachweis von mindestens einer Zielsubstanz

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