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Die Wissenschaft hinter den Kulissen: Wie funktionieren Wärmeleitfähigkeitsdetektoren, ohne die Probe zu zerstören?
Bei der Gaschromatographie-Analyse spielt der Wärmeleitfähigkeitsdetektor (TCD) eine unersetzliche Rolle. Dieses Instrument, Katharometer genannt, kann nicht nur die Konzentration jeder Verbindung in der Probe genau messen, sondern auch sicherstellen, dass die Probe nicht beschädigt wird . Ob in der Medizin-, Energie- oder Lebensmittelindustrie, die Anwendung von TCD ist tief in den Herzen der Menschen verankert und hat ein großes Interesse an dieser Technologie geweckt.
Wenn ein Analyt aus einer Chromatographiesäule eluiert, verringert sich die Wärmeleitfähigkeit des ausströmenden Gases, wodurch ein nachweisbares Signal entsteht.
So funktioniert der Wärmeleitfähigkeitsdetektor
Der TCD besteht aus einem Heizdraht und einem Detektor, der die Temperatur regelt. Unter normalen Umständen überträgt der Heizdraht kontinuierlich stabile Wärme an das Detektorgehäuse. Wenn ein Analyt eluiert und seine Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die des Trägergases (normalerweise Helium oder Wasserstoff), erwärmt sich der Heizdraht aufgrund der Änderung des Wärmeflusses, was zu einer Widerstandsänderung führt. Diese Änderung kann mithilfe einer Wheatstone-Brückenschaltung gemessen werden, die eine messbare Spannungsänderung erzeugt.
TCD gilt als universeller Detektor, der nahezu alle Verbindungen, ob organisch oder anorganisch, nachweisen kann.
Vergleich mit anderen Erkennungstechnologien
Im Vergleich zu Flammenionisationsdetektoren (FID) liegt der Vorteil des TCD in seinen unspezifischen und zerstörungsfreien Eigenschaften. Dies bedeutet, dass TCD bei der Durchführung vorläufiger Probenanalysen breiter eingesetzt werden kann, während FID nur für brennbare Verbindungen wirksam ist. Die Nachweisgrenze von TCD ist ähnlich der von FID und beide können niedrige Konzentrationswerte erreichen. Aufgrund der hohen Entflammbarkeit von Wasserstoff bevorzugen viele Orte jedoch die Verwendung von Helium als Trägergas, was die Sicherheit von TCD zusätzlich unterstreicht.
Vorsichtsmaßnahmen während des Betriebs
Bei der Verwendung von TCD sind mehrere wichtige Überlegungen zu beachten. Wenn beispielsweise der Heizdraht eine hohe Temperatur hat, muss der Gasfluss stabil bleiben, um ein Durchbrennen zu vermeiden. Obwohl Heizdrähte normalerweise chemisch passiviert werden, um eine Reaktion mit Sauerstoff zu vermeiden, kann die Passivierungsschicht beschädigt werden, wenn sie Halogenverbindungen ausgesetzt wird. Daher sollten solche Verbindungen bei der Durchführung von Analysen vermieden werden.
Beim Nachweis von Wasserstoff führt die Verwendung von Helium als Referenzgas dazu, dass der Spitzenwert von Wasserstoff als negativer Wert erscheint. Dieses Problem kann durch die Umstellung auf Referenzgase wie Argon oder Stickstoff vermieden werden, dies führt jedoch zu einer erheblichen Reduzierung der Nachweisbarkeit Empfindlichkeit anderer Verbindungen.
Anwendung des Wärmeleitfähigkeitsdetektors
TCD ist in vielen Bereichen weit verbreitet. Es wird nicht nur in medizinischen Geräten zur Lungenfunktionsprüfung eingesetzt, sondern auch in der Gaschromatographie. Obwohl es im Vergleich zur Massenspektrometrie länger dauert, Ergebnisse zu erhalten, wird die TCD aufgrund ihrer geringen Kosten und guten Genauigkeit in bestimmten Situationen immer noch bevorzugt. Darüber hinaus hat TCD seinen Wert in den folgenden Anwendungen unter Beweis gestellt:
- Überwachung der Wasserstoffreinheit in wasserstoffgekühlten Turbinengeneratoren.
- Erkennen Sie Heliumlecks aus Heliumlagertanks mit supraleitendem MRT-Magneten.
- Quantifizieren Sie die Menge an Kohlendioxid in einer Bierprobe.
- Quantifizierung des Brennwerts von Methan in Biogasproben in der Energiewirtschaft.
- Quantifizierung und Validierung von Lebensmittelverpackungsgasen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie.
- Quantifizierung des Prozentsatzes der vorhandenen Kohlenwasserstoffe beim Bohren in Formationen in der Öl- und Gasindustrie.
Angesichts der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie können wir gespannt sein, wie die zukünftige Entwicklung von Wärmeleitfähigkeitsdetektoren die Art und Weise verändern wird, wie wir verschiedene Arten von Proben analysieren und anwenden. Sind Sie auch neugierig, welche Durchbrüche und Veränderungen die Technologie in Zukunft mit sich bringen wird?
