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Tutorial MenueChromatographieLerneinheit 6 von 9

Detektoren in der Gaschromatographie

Stickstoff-Phosphor-Detektor (NPD)

Abb.1

Der NPD zählt ebenfalls zu den selektiven Detektoren. Sein Aufbau ähnelt stark dem Flammenionisationsdetektor (FID), im Gegensatz zu diesem spricht er jedoch nur auf wenige Verbindungsklassen an. Selektiv detektiert werden Verbindungen, die Stickstoff bzw. Phosphor enthalten oder aber eine ungerade Elektronenanzahl aufweisen.

Über die Temperatur des Detektors sind zwei Betriebsarten steuerbar: der reine Phosphor-Betrieb und der Stickstoff-Phosphor-Betrieb.

Detektionsprinzip: Beim NPD befindet sich in der Knallgasflamme eine Alkali-Perle (meist aus Rubidium- oder Caesium-Silikat), die auf Rotglut beheizt wird. Die Flammentemperatur ist prinzipiell niedriger als beim FID, so dass Kohlenwasserstoffe nicht ionisiert werden und somit die Selektivität des NPD nicht verringern. H2 und O2 verbrennen über einen Radikal-Kettenmechanismus. Aus der Alkali-Silikat-Perle werden angeregte Atome emittiert und es werden Elektronen auf Radikale übertragen, die aus dem Analyt entstanden sind (die Alkali-Ionen kehren zur Perle zurück und werden durch deren negatives Potential entladen und stehen erneut zur Verfügung). Bei Folgereaktionen entstehen freibewegliche Elektronen, die an der Sammelelektrode das Detektorsignal erzeugen:

Tab.1
Betriebsarten
Phosphor-BetriebPrinzipbilderStickstoff-Phosphor-Betrieb
Verbindungen von der Säule werden in der H2-Flamme ionisiert. Freiwerdende Elektronen können das negative Potenzial der Alkali-Perle nicht überwinden, sondern werden an der positiv geladenen Düse neutralisiert. Möglicher Reaktionsmechanismus: Aus P-haltigen Verbindungen werden Phosphoroxide gebildet, die ein Elektron der angeregten Alkali-Atome (A*) aufnehmen können; Bildung von Ionen, die weiterreagieren.

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Abb.2
H2-Strom und Luftstrom werden abgesenkt, die Flamme erlischt. H2 verbrennt an der Alkali-Perle und bildet um diese ein kaltes Plasma (600-800°C). Möglicher Reaktionsmechanismus: Aus N-haltigen Verbindungen bilden sich in der reduzierenden Atmosphäre Nitril-Radikale. Diese können Elektronen des angeregten Alkalisilikates (A*) aufnehmen. Neben den N-haltigen werden jedoch immer auch P-haltige Verbindungen angezeigt.

Reaktionsgleichungen P-Betrieb

Reaktionsgleichungen NP-Betrieb

Tab.2
Flammenionisationsdetektor
VorteileNachteile
▪ hohe Empfindlichkeit und Selektivität (Einsatz in der Spurenanalytik) ▪ starke Verkürzung der Probenvorbereitung (Aufwand, Zeit) ▪ Probe wird während der Detektion zerstört ▪ halogenhaltige Proben zerstören die Alkali-Perle ▪ Probenbestandteile, die feste Verbrennungsrückstände bilden, müssen abgetrennt werden
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