Детектор и хроматограф в одном: физики создали прибор для анализа состава газов
Зачем нужны газоанализаторы
Газоанализаторы предназначены для измерения концентрации веществ в воздухе или иных средах. Они играют важную роль в экологическом мониторинге, промышленности, охране труда, медицине и научных исследованиях.
Обычно для изучения состава газовых сред используется прибор «ПИА», основанный на методе хроматографии: он определяет предельные и непредельные углеводороды, спирты, сероводород, меркаптаны, а также неорганические соединения.
Другое оборудование — инновационный детектор, работающий на принципах плазменной электронной спектроскопии (ПЛЭС), — анализирует состав веществ, считывая характеристики электронов, высвобождаемых из атомов или молекул под воздействием плазмы. Подход основан на энергетических уровнях каждого элемента, включая энергию ионизации. Это позволяет определить химический состав образца через анализ спектра энергии высвобожденных электронов.
Детектор и хроматограф в одном приборе
Однако для эффективного мониторинга атмосферы нужен целый комплекс исследований по нескольким направлениям, что требует больших временных и финансовых затрат. Чтобы сэкономить ресурсы, ученые СПбГУ и КНИТУ-КАИ предложили объекдинить детектор и хроматограф в единый инструмент.
«В ходе экспериментов мы продемонстрировали возможность расширения применения плазменной электронной спектроскопии для определения состава газовых смесей на примере He+CH4(600 ppm)+N2+O2 (700 ppm) — смеси гелия, метана, азота и кислорода», — рассказал Сергей Сысоев, ассистент кафедры оптики, спектроскопии и физики плазмы СПбГУ.
В сложных смесях некоторые компоненты могут обладать схожими физическими или химическими свойствами, что затрудняет их деление. Например, сигналы от двух различных газов могут перекрываться на энергетической шкале, и традиционные методы не всегда способны их различить. Новый прибор улучшает разделение и идентификацию за счет добавления временной координаты к анализу. Так, разработанное устройство сначала разделяет смесь на отдельные компоненты, а затем анализирует их не только по химическим и физическим свойствам, но и учитывает время прохождения через систему.
Использование детектора повышает точность измерения концентрации примесей в портативном хроматографе. Это открывает перед учеными новые возможности для развития технологий в экологии, медицине и промышленности. Как подчеркивают авторы исследования, результаты могут стать основой для дальнейших научных исследований и разработок в сфере газового анализа.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале HighEnergy Chemistry