Polyarkový reaktor - Polyarc reactor

The Polyarkový reaktor je vědecký nástroj pro měření organických molekul. Reaktor je spárován s a plamenový ionizační detektor (FID) v a plynový chromatograf (GC) ke zlepšení citlivosti FID a zajištění jednotné reakce detektoru pro všechny organické molekuly (GC-Polyarc / FID).


Reaktor před dosažením FID převádí atomy uhlíku organických molekul ve vypouštěných odpadních vodách z GC na metan. Výsledná odezva detektoru je jednotná na bázi uhlíku a umožňuje FID mít skutečně univerzální citlivost na uhlík. Plochy píku GC-Polyarc / FID (integrované odezvy detektoru) jsou ekvivalentní na bázi uhlíku, čímž se eliminuje potřeba faktorů odezvy a kalibračních standardů. Kromě toho metoda GC-Polyarc / FID zlepšuje odezvu FID na řadu molekul s tradičně špatnou / nízkou odezvou, včetně kysličník uhelnatý (CO), oxid uhličitý (CO.)2), sirouhlík (CS2), karbonylsulfid (COS), kyanovodík (HCN), formamid (CH3NE), formaldehyd (CH2O) a kyselina mravenčí (CH2Ó2), protože tyto molekuly se přeměňují na metan.

Dějiny

Koncept použití post-kolonového katalytického reaktoru ke zvýšení odezvy reaktoru FID popsali Porter & Volman,[1] pro snížení oxid uhličitý a kysličník uhelnatý na metan používat nikl katalyzátor. Proces zdokonalili Johns & Thompson,[2] a je nyní v mnoha laboratořích běžně označován jako a metanizátor. Toto zařízení je omezeno na převod z oxid uhličitý a kysličník uhelnatý na metan a niklové katalyzátory jsou snadno otrávitelné druhy, jako je síra a ethylen.

Použití dvou reaktorů v sérii pro následné spalování a následnou redukci organických molekul popisuje skupina Watanabe[3][4] a Dauenhauerova skupina[5] použití samostatných reaktorů pro oxidaci a redukci. Autoři demonstrují účinnost této techniky při kvalifikaci sledovatelných standardů a analýze směsí bez kalibrace.

Polyarc reaktor je komerčně dostupný od Activated Research Company.[6] Polyarcův reaktor kombinuje spalovací a redukční zóny do jednoho mikroreaktoru pomocí patentovaných směsí katalyzátorů, které účinně převádějí organické molekuly na metan a odolávají otravě sírou a jinými heteroatomy. [7]

Princip fungování

Chemické reakce

Polyarcův reaktor pracuje přeměnou organických analytů po separaci GC na metan před detekcí pomocí FID. Oxidační a redukční reakce probíhají postupně, přičemž se organická sloučenina nejprve spaluje na molekuly oxid uhličitý, které jsou následně sníženy na metan molekuly. Následující reakce ukazují proces spalování / redukce pro kyselina mravenčí.

HCO2H + 0,5 O2 ↔ CO2 + H2Ó

CO2 + 4H2 ↔ CH4 + 2H2Ó

Reakce jsou v zásadě okamžité, ve srovnání s časovými měřítky typické chromatografie, což vede k minimálnímu rozšíření píku a sledování.[7] Jiné prvky než uhlík nejsou ionizovány v vodík a kyslík plamen FID a tak nepřispívají k signálu FID.

Dopad na FID

Polyarc využívá necitlivost FID na jiné atomy než uhlík, protože jsou detekovány pouze ionty CHO + vytvořené ionizací sloučenin uhlíku.[8] FID tedy nedetekuje vedlejší produkty, které nejsou methanem, při reakcích.

Protože všechny sloučeniny procházejí lože katalyzátoru, může reaktor transformovat určité druhy, které mohou být nebezpečné nebo škodlivé pro výkon nebo životnost FID, na benignější formy (např. Kyanid se katalyticky převádí na methan, vodu a dusík).

Výhody a nevýhody

Výhody

Polyarkový reaktor zlepšuje výkonnost FID a umožňuje snadnější analýzu organických molekul. Toto jsou výhody používání nastavení GC-Polyarc / FID:

  • Jednotná citlivost na všechny organické molekuly
  • Zvýšená přesnost kvantifikace eliminací chyb vyplývajících z kalibrací a standardů
  • Snížené náklady na vlastnictví v důsledku snížení kalibrací
  • Rychlejší časy analýzy díky menšímu počtu kalibrací

Nevýhody

  • Náklady na reaktor a výměnu (doba návratnosti je u většiny laboratoří méně než 1 rok)
  • Přidání mrtvého objemu způsobí mírné zvýšení rozšíření píku v závislosti na průtokových rychlostech GC kolony a typech molekul.

Výhody oproti methanizérům

  • Převádí všechny organické sloučeniny na metan, nikoli pouze na CO a CO2což vede k jednotné reakci u všech druhů a citlivější detekci u většího počtu druhů (např. sirouhlík (CS 2), karbonylsulfid (COS), kyanovodík (HCN), formamid (CH 3NE), formaldehyd (CH 2O) a kyselina mravenčí (CH 2Ó 2))
  • Odolný vůči otravě sloučeninami obsahujícími síru, halogeny, dusík, kyslík a další (např. Pro analýzu transformátorového plynu)
  • Ostřejší vrcholy ve srovnání s zabalenými verzemi methanizátorů sloupců

Související alternativa

Jetanizer

  • Podobně jako Methanizer analyzuje Jetanizer CO a CO2
  • Je komerčně dostupný od společnosti Activated Research Company
  • Podobně jako u reaktoru Polyarc je i Jetanizer odolný vůči otravě sloučeninami obsahujícími síru, halogeny, dusík, kyslík a další
  • Omezení zahrnuje jeho neschopnost převádět jiné sloučeniny než CO a CO2 na metan

Provoz a analýza dat

Polyarcův reaktor vyžaduje pro provoz přísun vodíku a vzduchu, který lze oddělit od plynů dodávajících FID. Uživatelský software pro získávání a analýzu signálů FID se nadále používá a zařízení nevyžaduje žádný další software ani kontrolu. Odezvu integrovaného detektoru lze interpretovat pomocí metody externího nebo interního standardu. Metoda interního standardu je upřednostňována, protože eliminuje variabilitu GC mezi injekcemi, obě jsou však přijatelné.

V metodě externího standardu je signál FID korelován s koncentrací uhlíku odděleně od analýzy. V praxi to znamená injekci jakéhokoli uhlíkového druhu v různých množstvích, aby se vytvořil graf signálu (tj. Plocha píku) proti vstřikovanému množství uhlíku (např. Moly uhlíku). Uživatel by měl dbát na to, aby zohlednil jakékoli rozdělení vzorku, adsorpci, diskriminaci vstupu a netěsnosti, jinak bude kalibrace vypnutá. Data by měla tvořit úsečku se sklonem m a interceptem b. Inverzi této přímky lze použít ke stanovení množství uhlíku v jakékoli následné injekci z jakékoli sloučeniny, protože odezva detektoru je jednotná pro všechny organické sloučeniny.

To se liší od typické kalibrace FID, kde je nutné tuto kalibraci dokončit pro každou jinou sloučeninu, aby se zohlednily rozdíly v relativní odezvě. Kalibrace by měla být pravidelně kontrolována, aby se potvrdilo, že se v GC v průběhu času nic nezměnilo.

V metodě vnitřního standardu je vzorek dotován známým množstvím určité organické molekuly a množství všech ostatních druhů lze odvodit z jejich relativní odezvy na vnitřní standard (IS). IS může být jakákoli organická molekula a měl by být zvolen pro snadné použití a kompatibilitu se sloučeninami ve směsi. Například lze přidat 0,01 g methanolu jako IS na 0,9 g benzínu. Potom se vstřikuje 1% hmotn. Směs methanolu / benzínu a koncentrace všech ostatních druhů lze určit z jejich relativní odezvy na methanol na bázi uhlíku,

Účinky variability vstřikování do vstřikování vyplývající z různých vstřikovacích objemů, různých poměrů dělení a netěsností jsou eliminovány metodou interního standardu vedoucí k vysoké přesnosti analýzy. Avšak diskriminace na vstupu způsobená adsorpcí, reakcí nebo preferenčním odpařováním na vstupu může vést k problémům s přesností, pokud je vnitřní standard ovlivněn jinak než analyt.

Polyarc / FID lze spárovat s dalšími detektory, které poskytují doplňující informace, například hmotnostní spektrometr nebo detektor tepelné vodivosti. Je možné nastavit více detektorů buď pomocí rozdělovače (odpaliště) k rozdělení toku na dva nebo více detektorů najednou, nebo pomocí přepínače / ventilu umožňujícího výběr jednoho detektoru najednou. V rozdělovači jde k detektoru pouze zlomek toku, což má za následek nižší citlivost detekce. Kromě toho se poměr rozdělení může měnit v závislosti na teplotě, což vede k diskriminaci vzorku a nepřesnostem v analýze. Přepínač zavádí do průtokové cesty malé množství mrtvého objemu a vyžaduje opakované vstřikování, pokud se má analýza opakovat na více detektorech.

Aplikace

Systém Polyarc byl použit pro analýzy v následujících průmyslových odvětvích:

  • Chemikálie:[9] Systém Polyarc lze použít ke stanovení čistoty monomerních surovin, stanovení celkový organický uhlík obsah, studijní vedlejší produkty a další.
  • Barvy a nátěry:[10] Systém Polyarc lze použít k úspoře času snížením kalibrací pro GOC / FID analýzu těkavých organických látek. Ke kvantifikaci všech ostatních složek ve směsi lze použít jeden interní (nebo externí) standard, aniž by bylo nutné nejprve kalibrovat.
  • Jídlo, příchuť a vůně:[11] Systém Polyarc ve spojení s plamenovým ionizačním detektorem (FID) lze použít k přesné kvantifikaci komplexních směsí pomocí jediné injekce bez použití kalibračních standardů. Kromě toho konfigurace GC s Polyarc / FID a MS split umožňuje přesnou kvantifikaci a identifikaci pomocí jediné injekce[12]
  • Léčiva:[13] Systém Polyarc lze použít k úspoře času při analýze farmaceutických produktů, protože nevyžaduje kalibrační křivky, což umožňuje rychlé získání kvantitativních informací o nových materiálech.
  • Ropa, plyn a biopaliva:[14] Systém Polyarc může dramaticky zjednodušit proces kalibrace snížením (nebo eliminací) požadovaného rozsahu kalibrace. Rovněž zvýší citlivost určitých sloučenin v FID, včetně oxygenátů a jiných sloučenin s nízkou citlivostí (např. Kyselina mravenčí, formaldehyd, oxid uhličitý atd.).
  • Jako Methanizer:[15] Systém Polyarc lze použít jako metanizér v aplikacích, jako je TOGA / DGA, jako náhrada výhod včetně optimalizace kapilár, odolnosti vůči běžným jedům katalyzátoru, plného lineárního dynamického rozsahu a minimalizace komplikovaných ventilů.
  • Ostatní průmyslová odvětví: Vědy o živé přírodě, agrochemické, environmentální, forenzní, akademické, obranné, spotřební zboží a bezpečnost, víno, pivo a lihoviny, halogeny a nutraceutika

Reference

  1. ^ Porter, K. a Volman, D.H., Anal. Chem 34 (1962) 748-9.
  2. ^ Johns, T. a Thompson, B., 16. Pittsburghská konference o analytické chemii a aplikované spektroskopii, březen 1965.
  3. ^ Watanabe, T., Kato, K., Matsumoto, N. a Maeda, T., Chromatography, 27 (2006) 1-7.
  4. ^ Watanabe, T., Kato, K., Matsumoto, N., a Maeda T., Talanta, 72 (2007) 1655-8.
  5. ^ Maduskar, S., Teixeira, AR., Paulsen, A.D., Krumm, C., Mountziaris, T.J., Fan, W. a Dauenhauer, P.J., Lab Chip, 15 (2015) 440-7.
  6. ^ „Společnost aktivovaného výzkumu“. OBLOUK.
  7. ^ A b Beach, C., Krumm, C., Spanjers, C., Maduskar, S., Jones, A. a Dauenhauer, P., Analyst 141 (2016) 1627-32.
  8. ^ Holm, T., J. Chromatogr. A, 842 (1999) 221-227.
  9. ^ Palardy, O .; Spanjers, C .; Jones, A. „Kvantifikace kyseliny mléčné a oligomery kyseliny mléčné v koncentrovaných vodných roztocích kyseliny mléčné bez použití kalibrace pomocí GC / Polyarc® / FID s Deansovým přepínačem bez kalibrace“ (PDF). Společnost pro aktivovaný výzkum. NatureWorks LLC.
  10. ^ Jain, N .; Rouge, E .; Spanjers, C. „Úspora času snížením kalibrací pro kvantifikaci VOC v barvách a nátěrech pomocí systému Polyarc®“ (PDF). Společnost pro aktivovaný výzkum. Sherwin-Williams Co.
  11. ^ Nuckolls, J .; Spanjers, C. „Přesné zdvojení vůní jediným vstřikováním pomocí systému Polyarc®“ (PDF). Společnost pro aktivovaný výzkum. Chemia Corporation Fragrance and Flavour.
  12. ^ White, Erick; Spanjers, Charlie. „Simultánní identifikace a kvantifikace směsi s Parallel Polyarc® / FID a MS“ (PDF). Společnost pro aktivovaný výzkum. Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie.
  13. ^ Yu, J .; Baeten, A .; Citrowske, S. „Kvantifikace předběžně identifikovaných extrahovatelných látek a vyluhovacích látek pomocí hmotnostní spektrometrie a Polyarc / FID“ (PDF). Společnost pro aktivovaný výzkum. Abbott Laboratories.
  14. ^ Jones, A. „Přesná analýza palivových etherů a kyslíků v jediném vstřikování bez kalibračních standardů pomocí GCPolyarc / FID“ (PDF). Společnost pro aktivovaný výzkum.
  15. ^ Spanjers, C .; Beach, C .; Jones, A .; Dauenhauer, P. (6. března 2017). „Zvýšení citlivosti plamenoionizačního detektoru (FID) pomocí oxidace – methanace po koloně“. Analytické metody. 9 (12): 1928–1934. doi:10.1039 / C6AY03363F.