Хроматографический анализатор

Хроматографический анализатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

. ХРОМАТОГРАФИЧВСКИЙ АНАЛИЗАТОР , содержащий выполненные по мостовой схеме детекторы анализируемой и эталонной смесей, выходы которых соединены соответственно с прямым и инверсным входами сумматора, две схемы обратной связи и блок вычисления результатов анализа, отличающийся тем, что, с целью обеспечения оперативности определения концентраций компонентов измеряемой смеси веществ, в него дополни- , тельно введены задатчикн эталонных концентраций, коммутатор, ключ и реле времени, каждая схема обратной связи содержит функциональный преобразователь в функцию е. и делительное устройство, а блок вычисления результатов анализа выполнен в виде третьего функционального преобразователя в функцию е , причем задатчики эталонных напряжений подключены через коммутатор к третьему входу сумматора , выход которого через третий функциональный преобразователь в функцию е и ключ соединен с выходом анализатора, реле времени подключено к управляющим входам ключа и коммутатора , входы функционального преобразователя в функцию е в схеме об (Л ратной связи и делительного устройства соединены с выходом cooxSerCTвующего детектора, диагональ питания которого подключена к выходу делительного устройства, а выход функцио-2 нального преобразователя в функцию в схеме обратной связи соединен с вторым входом соответствующего .делительного устройства.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3477825/18-10 (22) 02.08.82 (46) 28.02.84. Вюл. Р 8 (72) В.И.Зайкин, А.С.Захаров, P.Ï.3þáàíîâ, Г.Б.Кожевников, П.К.Ланге, В.A.Òðoéíèêoâ и И.В.Шафранский (53) 543.27(088.8) (56) 1. Гуревич A.Ë. и др. Автоматический хроматографический анализ.

Л,- Химия, 1980.

2. Патент СйА Р 3443415, кл. 73-231, опублик. 1969. (54) (57 ) ХРОМАТОГРАФИЧ ЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР, содержащий выполненные по мостовой схеме детекторы анализируемой и эталонной смесей, выходы которых соединены соответственно с прямым и инверсным входами сумматора, две схемы обратной связи и блок вычисления результатов анализа, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения оперативности определения концентраций компонентов измеряемой смеси веществ, в него дополни„„SU„„1076826 А

3(51) 01 и 31/08 ° С, 01 Р 1 08 тельно введены задатчики эталонных концентраций, коммутатор, ключ и реле времени, каждая схема обратной связи содержит функциональный преобразователь в функцию В" и делительное устройство, а блок вычисления результатов анализа выполнен в виде третьего функционального .преобразователя в функцию 8, причем эадатчики к эталонных напряжений подключены через ксммутатор к третьему входу сумматора, выход которого через третий функциональный преобразователь в функцию 8" и ключ соединен с выходом анализатора, реле времени подключено к управляющим входам ключа и коммутатора, входы функционального преоб- I раэователя в функцию 6 в схеме обратной связи и делительного устройства соединены с выходом соответствующего детектора, диагональ питания которого подключена к выходу делительного устройства, а выход функцио-Я нального преобразователя в функцию

В в схеме обратной связи соединен с вторым входом соответствующего делительного устройства.

1 07 б826

Изобретение относится к хроматографическим методам анализа и может найти применение при автоматизации измерения состава многокомпонентных смесей веществ.

Известны устройства для обработки результатов хроматографического анализа, содержащие блок определения границ пиков, блок интегрирования сигнала детектора и блок компенсации дрейфа базовой линии (1).

Данные устройства не обеспечивают высокую точность результатон хроматографического анализа, так как они полностью компенсируют дрейф базовой линии, вызванный нестабильностью режима работы хроматографа.

Наиболее близким к предлагаемОму по технической сущности является хроматографический анализатор, содержащий выполненные по мостовой 20 схеме детекторы анализируемой и эталонной смесей, выходы которых соединены соответственно с прямым и инверсным входами сумматора, две схемы обратной связи и блок вычисления 25 результатов анализа (2).

Известный анализатор позволяет повысить точность получаемых результатов за счет полного устранения дрейфа базовой линии, компенсации 30 нестабильностей расхода газа-носите" ля и температуры. Однако при этом не отпадает необходимость калибровки хроматографических пиков, т.е. трудоемкость храматографического анализа не уменьшает ся.-.

Цель изобретения — обеспечение оперативности определения концентраций компонентов измеряемой смеси веществ.

Указанная цель достигается тем, что в анализатор, содержащий выполненные по мостовой схеме детекторы анализируемой и эталонной смесей, выходы которых соединены соответственно с прямым и инверсным н ходами сумматора, две схемы обратной связи и блок вычисления результатов анализа, дополнительно введены задатчики эталонных концентраций, коммутатор, ключ и реле времени, каждая схема обратной связи содержит функциональный преобразователь н функцию e "

И делительное устройство, а блок вычисления результатов анализа выполнен н виде третьего функционального преобразователя в функцию e", причем задатчики эталонных напряжений подключены через коммутатор к третьему входу сумматора, выход которого через третий функциональный преобра- 60 зонатель в функцию 6" и ключ соединен с выходом анализатора, реле времени подключено к управляющим входам ключа и коммутатора, входы функционального преобразователя н функцию 65

e" в схеме обратной связи и делительного устройства соединены с выходом соответствующего детектора, диагональ питания которого подключена к выходу делительного устройства, а выход функционального преобразователя в функцию е" н схеме обратной связи соединен с вторым входом соответствующегo делительного устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 — профиль концентрации компонентов: а — анализируемой смеси в детекторе 1, б — эталонной смеси н детекторе 2, в — форма сигнала на выходе сумматора.

Устройство содержит два идентичных детектора 1 и 2 с блоками питания, два функциональных преобразо,вателя 3 и 4 в функцию e ", делительные устройства 5 и б, сумматор ?, третий функциональный преобразователь 8 в функцию 8», реле 9 времени с несколькими вставками, ключ 10, коммутатор 11, задатчики 12 эталонных концентраций. Выходы детекторов 1 и 2, чувствительные элементы которых включены в мостовую схему, соединены соответственно с прямым и инверсным входами сумматора 7, а также с входами функциональных преобразователей 3 и 4 и делительных устройств 5 и б. Другие входы делительных устройств соединены с выходами преобразователей 3 и 4, а выходы делительных устройств подключены к блокам питания детекторов 1 и 2.

К третьему нходу сумматора 7 через коммутатор 11 подключены задатчики 12 эталонных концентраций, а выход сумматора через третий функциональный преобразователь 8, ключ 10 соединен с выходом 13 устройства.

К управляющим входам ключа 10 и коммутатора 11 подключено реле 9 времени. Коммутатор 11 подключает задатчики 12 к сумматору 7 последовательно но времени, причем количество задатчиков эталонных концентраций и количество уставок реле времени ранl но числу компонентов анализируемой смеси веществ.

Детекторы 1 и 2 представляют собой преобразователи свойство электрический сигнал, например, использующие изменение теплопроводности анализируемых веществ (катарометры) . Функциональные преобразователи в функцию е» 3, 4 и 8 реализуют укаэанное функциональное преобразование над электрическими сигналами.

Коммутатор 11 осуществляет последовательное подключение своих входных цепей к своему выходу. Задатчики 12 эталонных концентраций представляют собой источники напряжений, 1 076826 имеем величины которых соответствуют концентрациям компонентов эталонных веществ. устройство работает следующим образом.

При дифференциальном хроматографи- 5 ческом анализе в детекторы 1 и 2 одновременно поступают полностью или частично разделенные компоненты анализируемой и эталонной смесей. Эти компоненты, профиль концентраций ко- 10 торых во времени показан на фиг. 2а, б, вызывают изменение сопротивления чувствительных элементов мостовых схем детекторов, т.е. изменение выходного сигнала детекторов. Извест- 15 но, что выходной сигнал у(с ) каждого детектора пропорционален мгновенному значению концентраций С; каждого

)-го анализируемого компонента, т.е. у; (t) =к) с > (t), 20 где К; — коэффициент передачи детектора для 1--го компонента смесей.

Если во время прохождения компонентов смесей через камеры детектора изменять К; по закону

s,(t) к (t)=, () е то в результате выходной сигнал каждого детектора будет равен у, (с)

Y lt1= †„, C((t1, (ь( е

После преобразований получаем где

=еk к =е„к

Отсюда с.=с е с(, (t) (У(31 с1 где с1, tg — соответственно начало и конец входа i-ro вещества из колонки в детектор (фиг. 2а) .

С, - мгновенное значение кон45 ентрации компонентов; калибровочный коэффициент i-го компонента смеси.

В соответствии с этим изменение

40 количества какого-либо вещества в смеси в rn(раз при одном и том же режиме работы хроматографа вызывает изменение мгновенных значений концентраций этого вещества на выходе из колонки также в m„ раз. т.е. ес45 ли, o c (tJ= . (t) с(С ./C .=5

ai(31 1а /531

Одновременное прохождение эталон50 ной и анализируемой смесей через идентичные колонки и детекторы хроматографа как раз и представляет собой такой случай, поэтому форму(1 0) будет иметь вид

55 с); (с) = <„m, = с . = const, т.е. измеряемое значение разности сигналов во время выхода каждого компонента смесей будет величиной б0 постоянной, в результате чего из (10) получим:

S .

z=е

il S

91 (f3) >.(tJ=еп Гс,(с!), (4)

1 т.е. выходной сигнал равен логарифму от мгновенного значения концентрации компонентов.

При включении чувствительного элемента детектора в мостовую схему коэффициент передачи пропорционален напряжению питания этой схемы

Ki (t) =K1(э(с) ° (5) где К1 — коэффициент пропорциональности, так что если

w,(tJ

О(с) = K ((Ь)

2 g,(t)

1 где K2 — масштабный коэффициент, определяемый параметрами блоков 3-б, то формула (3) будет иметь .вид у (С) ъ,и(.к,к — „ с,(tl, (1( е а вместо (4) получим у,. (с) =Е„к„к,Е„(С;(с)) . (8)

Измеряя разность сигналов обоих детекторов

О((3( с ;(1)= уп;(С)-у„(С) =(К -К +Е (С (С)1=

Да Д3 Л(Э( с .(с) (9)

Учитывая идентичность детекторов хроматогРафа (Кда 1 д3=0), измеренное значение разности равно с,(t J

<; (tI=tк — (1о(31(Содержание (-го компонента в смеси из N ВещестВ после Разделения пропорционально интегралу от мгновенных значений концентраций, т.е.

1 Я; С (+! (:)с,, (42) 1076826

Прибавим к обеим частям этого равенства Г„9э, тогда x. = g. i p

1 fl э1 = ll С ( х откуда

Таким образом получена формула для определения концентраций компо- 10 неятов анализируемой смеси, в которую не входит калибровочный коэффициент, и для использования которой. необходимо преобразовывать сигнал на выходе сумматора во время. выхода 15 соответствующих компонентов эталонной и анализируемой смесей.

Описанные соотношения справедливы для случая полностью разделившихся пиков. Рассмотрим получающиеся сигналы обоих детекторов при неполном разделении смежных компонентов.

В соответствии с фиг. 2а профиль мгновенных концентраций совмещенных компонентов как эталонной, так и ана- 25 лизируемой смесей содержит следуницие уЧастки: участок EF, на котором существуют только концентрации С,4(1) одного компонента А; участок FP, мгновенные значения концентраций

Сдб(1) на котором представляют собой композицию мгновенных значений концентраций компонентов A и Б; участок PQ, эквивалентный участку EF, но для концентраций Ся(Ф) компонента Б, а также участки QL u LG аналогичные FP и PQ, но для компонента В, Из предыдущих рассуждений следует, что для участков EF, PQ u LG справедливы формулы (11) и (13); т.е. на этих участках не изменяется разность 40 сигналов обоих детекторов

0(= C>95t, 0(. = COAST i Xg=C0BSt а содержание компонентов A,Á,В анализируемой смеси определяется по фор-45 муле (14) . На участках FP u QL величина о(,4,6 и с(Б+8 не остается постоянной, так как С„,(ti+ С лэ Бэ

С (ф)+С (t) — Д+8 4 сО з6 .

4а БO

Это является информацией о тсм, что через детектор проходят композиции концентраций двух компонентов, и что в это время не следует производить расчет компонентов анализируемой смеси. Таким образом, как в слу- чае полностью разделяющихся компонентов, так и при их совмещении, разность сигналов обоих детекторов хроматографа служит мерой изменения концентраций компонентов в, анализируемой смеси относительно эталонной, т.е. позволяет довольно просто по 65 формуле (14) определить состав анализируемой смеси.

Рассмотрим работу устройства при анализе трехкомпонентной смеси веществ, хроматограмма которых приведена на фиг. 2а.

В разомкнут, а коммутатор ll находится в таком положении, когда ни один из задатчиков 12 эталонных концентраций не подключен к входу сумматора 7. В момент ввода пробы в хроматограф с помощью пробоотборного механизма или микрошприца замыкается электрический контакт (не н), имеющийся в этих механизмах. При этом возбуждается реле 9 времени и начинается отсчет времени для всех его уставок. Сигнал на выходах детекторов 1 и 2 подвергается преобразованиям схемами обратной связи, состоящими из функциональных преобразователей 3 и 4 и делительных устройств 5 и 6. В рузельтате преобразований на выходе сумматора 7 сигнал в определенные интервалы времени будет иметь стационарные участки.

Эти интервалы определяются заранее при пропускании через хроматограф эталонных смесей веществ. В момент времени Е (фиг. 2) начинается первый стационарный участок сигнала на выходе сумматора 7 (фиг. 2 В) для вещества А, при этом сработает первая уставка (реле времени замкнет свой контакт, не показанный на фиг. 1), в результате чего замкнется ключ 10, а коммутатор 11 перейдет в такое положение, когда к входу сумматора 7 подключается задатчик эталонной концентрации вещества A.

На выходе 13 устройства появится результат измерения концентрации анализируемого вещества A. Момент времени F (фиг. 2) является окончанием первого стационарного участка сигнала и в это время сработает вторая уставка реле времени (оно разомкнет свой контакт) . При этом ключ 10 разомкнется, а коммутатор 11 останется в прежнем положении. На выход 13 устройства не поступает никакой информации. Такое состояние будет продолжаться до момента времени Р, когда начинается второй стационарный участок сигнала на выходе сумматора 7 (для вещества Б) (фиг. 2В) . При этом сработает третья уставка (реле времени замкнет свой контакт), в резупьтате чего замкнется ключ 10, а коммутатор 11 перейдет в такое положение, когда к входу сумматора 7 подключается задатчик эталонных концентраций вещества Б и на выходе 13 устройства появляется результат измере ния вещества Б. Такое состояние будет продолжаться до момента времени

1076826

A 2

Составитель A.Àñòàõîâ

Редактор Н. Стащишина Техред М. Надь КорРектоР Г. Решетник

Заказ 73 9/42 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Я (окончание второго стационарного участка), когда сработает четвертая уставка реле времени и устройство перейдет в такое же состояние, как и в момент времени F описанный выше. Для третьего стационарного участ- 5

xa LG работа устройства происходит аналогично. Иэ описания видна закономерность в работе реле времени: нечетные уставки, соэтветствуицие началам стационарных участков вызывают замыкание контакта реле времени, а четные — концы участков - размыкание. После окончания последнего стационарного участка (выход последнего вещества из хроматографа) коммутатор ll переводится в исходное положение.