Elementární analyzátory CHNS
Stanovení obsahu uhlíku, vodíku, dusíku a síry v organických matricích je důležitým parametrem požadovaným v mnoha aplikacích. Nejběžnější analytická metoda pro sledování těchto čtyř prvků najednou je pomocí vysokoteplotního spalování při teplotě pece vyšší než 1 000 °C a za přítomnosti kyslíku. Během procesu spalování se zkoumaná organická látka oxiduje na směs obsahující oxid uhličitý, vodu, oxid siřičitý a oxidy dusíku. Oxidy dusíku vzniklé během procesu spalování jsou následně v redukční peci převedeny na elementární plynný dusík. Inertním nosným plynem je převážně helium, ale díky jeho nedostatku a vysoké ceně se stále více používá dostupnější argon. Stanovení složení vzniklých spalin se provádí dvěma různými způsoby: buď oddělením jednotlivých složek spalin následované kvantifikací pomocí tepelně vodivostního detektoru (nejčastější přístup), nebo řadou samostatných IR detektorů pro kvantifikaci jednotlivých plynů. Metoda vysokoteplotní spalovací analýzy vyžaduje minimální úsilí na přípravu vzorků a umožňuje stanovení ve všech typech matric – je vhodná pro pevné, viskózní, kapalné, těkavé nebo plynné látky. Další výhodou proti ostatním technikám je možnost vysokého stupně automatizace s velkou propustností vzorků, který umožňuje bezobslužný provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu.
Pokročilá separace plynů
Firma Elementar ve svých elementárních analyzátorech pro kvantitativní separaci spalin využívá unikátní chromatografickou techniku patentovanou pod názvem Advanced Purge and Trap (APT). Schéma elementárního analyzátoru vybaveného technologií APT je znázorněno na obrázku 1.
Obrázek 1: Schéma CHNS analyzátoru vybaveného technologií APT
Technologie APT používá až tři selektivní kolony, které adsorbují CO2, H2O a SO2. Dusík prochází systémem volně a je na TCD detekován jako první (obrázek 2a). Po detekci a kompletním vyhodnocení píku N2 řídícím softwarem dojde k zahřátí CO2 kolony za následného uvolnění a detekce adsorbovaného oxidu uhličitého (obr 2.b). Podobně jsou zahřáty kolony selektivní pro vodu (obr. 2c) a SO2 (obr. 2d). Všechny tři selektivní kolony jsou vysoce optimalizovány pro kvantitativní adsorpci cílové spaliny a jsou k dispozici v různých velikostech. Díky tomu je jejich kapacita až 250krát větší než u běžně používané chromatografické kolony. Pomocí postupu proplachování a uvolnění (purge and trap) je možná analýza vzorků s absolutním obsahem uhlíku až do 500 mg. Špičková přesnost a citlivost CHNS analyzátorů Elementar je zajištěna velkou rychlostí ohřevu kolony a následné desorpce plynu, která zajišťuje ostré a časově jasně oddělené píky s vynikajícím poměrem signálu a šumu.
Obrázek 2: Chromatogram stanovení obsahu CHNS v sulfonamidu pomocí technologie APT s využitím tří kolon selektivních pro CO2, H2O a SO2.
Chromatogram se zřetelně oddělenými píky
Jednou z hlavních výhod technologie APT je plná kontrola nad desorpcí každého ze stanovovaných plynů. Jednotlivé kroky zahřívání specifické kolony začínají až po dokončení detekce předchozího plynu na TCD. Popsaný postup zajišťuje úplnou separaci píků a to nezávisle na poměru prvků v analyzované látce. Díky tomu je možné přesně stanovovat elementární složení i v látkách s poměrem obsahu C:N nebo C:S až 1:12 000.
Přesné oddělení píků zajišťuje absolutně spolehlivý a bezproblémový sběr dat. Díky tomu může být analýza dat snadno automatizována i při velkém množství vzorků při zajištění nejvyšší možné kvality a přesnosti výsledků vedoucí k znatelně vyšší efektivnosti laboratoře.
Obrázek 3: Experimentálně stanovený poměr C:N 1:12 000 ve vzorku toluenu pomocí elementárního analyzátoru vario EL cube fungujícího v CHN módu.
Přesné stanovení síry díky vysoké citlivosti
Jedna z nejvýznamnějších výhod technologie APT je skutečnost, že nedochází k rozšíření základny píku v závislosti na retenčním čase. Při běžné GC analýze je tento jev obecně pozorován z důvodu zvýšené podélné difúze uvnitř chromatografické kolony. Molekuly plynu se v koloně nepohybují pouze vpřed, ale také ostatními směry. Tímto jevem je nejvíce zatíženo stanovení SO2 díky dlouhé retenční době. Výsledkem je široký a nízký vrchol na chromatogramu, který významně zhoršuje detekční limit pro síru (obrázek 4). Díky technologii APT je SO2 je kvantitativně adsorbován za použití selektivní kolony. K desorpci dochází díky rychlému a řízenému ohřevu SO2 specifické kolony. Výsledkem je zřetelně oddělený pík odpovídající síře. Tato vlastnost elementárních analyzátorů Elementar může být navíc umocněna použitím infračerveného detektoru specifického pro SO2, díky čemuž je zajištěn u přístroje trace SN cube limit detekce (LOD) menší než 10 ppb (obr. 5).
Obrázek 4. Porovnání ostrosti píku mezi technologií APT a klasické GC kolony při stanovení S ve vzorku síranu barnatého.
Velký rozsah hmotnosti vzorku
Technologie APT umožňuje přesnou mikroanalýzu vzácných vzorků látek s vysokou čistotou, ale také stanovení nehomogenních vzorků až o hmotnosti 5 g. Jedinečná technologie APT je využita v prvkových analyzátorech vario EL cube, vario MACRO cube a vario MAX cube. Aby byla poskytnuta maximální všestrannost a výkon, každý z těchto analyzátorů je optimalizován pro různé hmotnosti, homogenitu a maximální obsah uhlíku ve vzorku. I při největších navážkách vzorku je pro stanovení obsahu CHNS využit celý objem spalin bez nutnosti jejich oddělení nebo naředění, což by mohlo vést ke snížené citlivosti a maximalizaci efektu kontaminantů. Elementární analyzátor vario EL cube je vhodný pro malé navážky homogenních vzorků jako jsou čisté chemikálie, léčivé substance nebo polymery. Pro středně homogenní vzorky, které vyžadují větší hmotnosti navážek, je ideálním přístrojem vario MACRO cube. Uplatnění najde při analýze uhlí, biomasy a odpadů. Vario MAX cube nalezne uplatnění při elementární analýze nehomogenních vzorků nebo vzorků s velkým podílem popelovin. Do této skupiny patří vzorky půd, rostlin nebo hnojiv. Tento přístroj umožnuje automatické vkládání vzorků a odstraňování vzniklého popele pomocí robustního a bezúdržbového robotického podavače.
Elementární analyzátory vario EL cube, vario MACRO cube a vario MAX cube nabízejí mnoho možností výběru správného přístroje pro prvkovou analýzu dle typu vzorku.
Shrnutí
Experimentální data dokazují, že technologie APT ve všech aspektech jasně překonává ostatní techniky separace spalin (např. běžnou plynovou chromatografii) používané v rámci elementární analýzy. Technologie APT nabízí největší flexibilitu hmotnosti vzorku a maximální rozlišení analytických píků z čehož plyne bezkonkurenční citlivost. Robustní návrh, konstrukce a použité výrobní postupy zajišťují plynově selektivních kolonám dlouhou životnost ve srovnání s klasickými GC kolonami. V kombinaci s desetiletou zárukou na tepelně-vodivostní detektory a spalovací pece jsou prvkové analyzátory Elementar skvělou investicí s velkou návratností do budoucna.
Výrobci
