171000. lajstromszámú szabadalom • Kettős, katalitikus detektor kén- és nitrogéntartalmú szerves vegyületek elemzésére
3 171000 4 sonló e találmányi bejelentésben leírtakhoz, nem alkalmas viszont lángionizációs detektor a szerves szénvegyületek detektálására, az oxidáció nem tiszta oxigén-gáz, hanem levegő felhasználásával megy végbe, és az eljárás és berendezés nem alkalmas gázkromatográfiás felhasználásra, amely több okra vezethető vissza. Egyrészt a detektor térfogata, amely 100 ml nagyságrendbe esik, alkalmatlan gázkromatográfiás alkalmazásra, ahol az egyes elválasztott komponensek jó elválasztását már néhány tized ml-nyi detektortérfogat könnyen leronthatja. Ami az említett szabadalom esetében a jó érzékenység érdekében előnyös (nagy detektortérfogat, C-14 sugárforrás használata), az a gázkromatográfiában kifejezetten hátrányos sőt kizárja az alkalmazást. Másrészt az elektronbefogásos detektor működését a lángionizációs detektor tökéletlen égésből származó égéstermékei (oxigéntartalmú szerves vegyületek, koromszemcsék stb.) kifejezetten zavarják, sőt zavarja azt a feleslegben alkalmazott oxigén is, amely szintén elektronbefogó tulajdonságú. Harmadrészt a lángionizációs detektor megfelelő működéséhez szükséges feltételek (elsősorban a hőmérséklet) nem alkalmas az aeroszol detektor működtetésére. A találmány tárgya kettős, katalitikus detektor kén- és nitrogéntartalmú szerves vegyületek (gázkromatográfiás) elemzésére: a kettős detektor egy lángionizációs detektorból és utána kapcsolt elektronbefogásos detektorból áll és a két detektor között mikroreaktor kerül alkalmazásra, miátal a lángionizációs detektor égéstermékeit, az S02 -t és nitrogénoxidokat heterogén-katalitikusán erős elektronbefogó tulajdonságú termékekké alakítva, az elektronbefogásos detektorban a kén-, illetve nitrogéntartalommal arányos jelet kapunk. A két detektor közé iktatott mikroreaktornak igen lényeges és többirányú szerepe van: 1. elősegíti az elektronbefogásos detektálás szempontjából nagy érzékenységet biztosító S03 , illetve N02 konverzióját, .2. elősegíti a szénhidrogének tökéletes oxidációját, ugyanis a szénhidrogének tökéletlen égéséből származó termékek jelet adnának az elektronbefogásos detektorban, 3. különböző hőmérsékleteken működtetve mód nyílik a kén- és nitrogénvegyületek megkülönböztetésére, adott gáz-térfogati sebességet feltételezve ugyanis a S03 -konverziónak a reaktorhőmérséklet függvényében maximuma van, mivel növekvő hőmérséklettel a megfelelő kémiai reakció sebessége nő, egyensúlyi állandója viszont csökken, N02 esetében csökkenő hőmérséklettel mind a reakciósebesség, mind az egyensúlyi állandó nő, itt viszont adott reaktorhőmérséklet alá nem mehetünk, mivel szükségünk van a reaktor utánégető szerepére. Ez az ellentmondás egy magasabb és egy alacsonyabb hőmérsékletű reaktorszakaszok egymásután iktatásával oldható fel, 4. fütőhatásával megakadályozza a vízgőzkondenzációból eredő zavaró hatások felléptét. A S03 előállítására a platinán kívül más katalizátorok is ismertek, mivel azonban a platina az N02 keletkezését is katalizálja, gyakorlatilag csak ez jöhet katalizátorként számításba. 5 A felhasznált oxigén feladatai a következők: 1. a lángionizációs detektor működtetése, 2. yízgőzkondenzáció megakadályozása, 3. a mikroreaktor szénhidrogéneket oxidáló ha-10 tásának lehetővé tétele, 4. az egyes gázkromatográfiás komponensek tartózkodási idejének, illetve az elektronbefogásos detektor effektív térfogatának csökkentése, 5. nem utolsósorban az S03 , illetve N0 2 kon-15 verzió teljesebbé tétele. A kettős detektor termikus viszonyait illetően a következők érdemelnek említést. Magának a gázkromatográfnak a hőfoka gyakorlatilag nem gya-20 korol befolyást a kettős detektor működésére, ami igen előnyös a felhasználás szempontjából. Nem közömbös viszont az elektronbefogásos detektor hőmérséklete: bizonyos hőfok (kénsav harmatpontja) felett a S03 nem képez aeroszolt, tehát az 25 érzékenység csökken, bizonyos hőfok (a vízgőz harmatpontja) alatt pedig a detektorban vízgőzkondenzáció lép fel, ami lehetetlenné teszi a mérést. Nem közömbös továbbá az elektronbefogásos 30 detektor üzemmódja és működési feszültsége sem. Mivel elektronbefogó tulajdonságú gázban (02 ) kell nyomnyi mennyiségben jelenlévő erős elektronbefogó tulajdonságú anyagokat (S03 , ül. N0 2 ) mérni, impulzus üzemmódban (alacsony elektron-35 energiáknál) nem várható nagy érzékenység ez utóbbiakra, az egyenfeszültség alkalmazása még azzal a további előnnyel is együttjár, hogy mód nyílik kén- és nitrogénvegyületek megkülönböztetésére. 40 Kísérleteink során azt találtuk, hogy a mikroreaktor hőmérséklete kéntartalmú vegyületek detektálásánál 400-800 C° között, célszerűen 550 C°-on, nitiogéntartalmú vegyületek detektálásánál 45 100-600 C° között, célszerűen 400-450 C°-on egyszerű reaktor esetén, kettős reaktor esetén célszerűen 450 C°-on az első szakaszra és a másodikra 100— 150 C°-on üzemeltetendő. 50 A két detektor kombinációja a szabadalom szerinti kettős, katalitikus detektor formájában az egyszerű addítivitáson túlmenőleg tehát a következő új, meglepő hatásokat eredményezi: 55 a) a mikroreaktor hőmérsékletének és az elektronbefogásos detektor feszültségének változtatásával mód nyílik ként és nitrogént tartalmazó szerves vegyületek megkülönböztetésére, b) mivel a lángionizációs detektor az egyes 60 komponensek széntartalmával, az elektronbefogásos detektor kén- és nitrogéntartalmával arányos jelet ad, a két jel kombinációja az egyes komponensekre karakterisztikus kén/szén, illetve nitrogén/szén arányt, ehhez hozzárendelve a csúcs 65 időbeli megjelenéséből leszármaztatott retenciós 2
