Газовый хроматограф

Газовый хроматограф

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к газовому анализу и может найти применение при анализе летучих органических и неорганических соединений методом газовой хроматографии. Цель изобретения - снижение предела обнаружения микропримесей и затрат на проведение хроматографического анализа. Газовый хрбматограф содержит емкость, заполненную частицами сплава металла, образующего с водородом гидрид, например, LaNi или TiMn, . Выход емкости снабжен каналом для сброса части потока водорода с обогащенными примесями в атмосферу, в котором установлен запорный клапан. На выходе емкости последовательно установлены дополнительные запорный клапан, регулятор давления и манометр. Емкость соединена через клапан и регулятор давления с устройством ввода пробы в хроматографическую колонку, на выходе которой установлен детектор. В хроматографе обеспечивается программирование расхода газа-носителя во времени путем изменения температуры термостата . Хроматограф может быть снабжен дополнительной емкостью, заполненной частицами того же сплава ме-. талла, установленной на выходе детектора и соединенной с входом основной емкости. Это обеспечивает многосуэксплуатацию прибора без внешнего источника газа-носителя. 5 3.п. ф-лы, 6 ил. с (Л с 00 О5 00 1C

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

772 А1 (19) (11) (51) 4 G 01 N 30/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3986608/24-25 (22) 14.11.85 (46) 23,01.88. Бюл. ¹ 3 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт хроматографии (72) В.М. Пошеманский, Т.И. Бондаренко. А.Э. Венцель, Э.П. Скорняков, Б.К. Соколов и Ф.А. Сорокин (53) 543. 544 (088. 8) (56) Вяхирев Д.А., Шушунова А.Ф, Руководство по газовой хроматографии.

-М.: Высшая школа, 1975, с ° 23.

Авторское свидетельство СССР № 1092409, кл. G 01 N 30/00, 1984. (54) ГАЗОВЫЙ ХРОМАТОГРАФ (57) Изобретение относится к газовому анализу и может найти применение при анализе летучих органических и неорганических соединений методом газовой хроматографии. Цель изобретения снижение предела обнаружения микропримесей и затрат на проведение хроматографического анализа Газовый хр6матограф содержит емкость, заполненную частицами сплава металла, обра- зующего с водородом гидрид, например.

LaNi< или Т1Мп,< . Выход емкости снабжен каналом для сброса части потока водорода с обогащенными примесями в атмосферу, в котором установлен запорный клапан. На выходе емкости последовательно установлены дополни— тельные запорный клапан, регулятор давления и манометр. Емкость соединена через клапан и регулятор давления с устройством ввода пробы в хроматографическую колонку, на выходе которой установлен детектор ° В хроматографе обеспечивается программирование расхода газа-носителя во времени путем изменения температуры термостата. Хроматограф может быть снабжен дополнительной емкостью, заполненной частицами того же сплава ме-. талла, установленной на выходе детектора и соединенной с входом основной емкости. Это обеспечивает многосуточную эксплуатацию прибора без внешнего источника газа-носителя.

5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1 13687

Изобретение относится к аналити-! ческому приборостроению и может найти применение при анализе летучих органических и неорганических соеди5 нений методом газовой хроматографии.

Цель изобретения — снижение предела обнаружения микропримесей и затрат на проведение хроматографического анализа. 10

На фиг.1 изображена схема газового хроматографа; на фиг.2 — схема гаэового хроматографа с утилизацией очищенного водорода; на фиг.3 — 5— варианты выполнения газового хромато-.l5 графа с различными системами стабили-, зации и регулирования расхода газаносителя; на фиг,б — схема газового хроматографа с реверсионной системой подачи газа-носителя. 20

Газовый хроматограф содержит источник 1 газа-носителя (баллон со сжатым водородом или электролизер), на выходе которого установлен регуля- 25 тор 2 давления или расхода потока водорода н манометр 3. Источник 1 газаносителя 1 через управляемый запорный клапан 4 соединен с емкостью 5, заполненной частицами сплава металла, 30 образующего с водородом гидрид, например LaNi+„ TiMn и др. Емкость 5 представляет собой трубку из нержавеющей стали внутренним диаметром 46 мм и длиной 100-150 см, свернутую в спираль и заполненную частицами интерметаллида LaNi или TiMn . раза,р мером 50-100 мкм. Емкость 5 установлена в термостате 6, температура в котором. может регулироваться и прог" 40 раммироваться во времени. Выход емкости 5 снабжен каналом 7 для сброса части потока водорода с обогащенными примесями в атмосферу, в котором установлен управляемый запорный клапан 45

8. На выходе емкости 5 последовательно установлены также управляемый эапорный клапан 9, дополнительный регулятор 10 давления или расхода водорода и манометр ll. Емкость 5 через 50 управляемый запорный клапан 9 и регулятор 10 соединена с устройством 12 для ввода проб в хроматографическую колонку 13, На выходе хроматографической колонки 13 установлен детектор 14, например детектор по теплопроводности или электронного захвата.

Газовый хроматограф работает следующим образом.

72 2

Перед началом работы осуществляется заполнение емкости 5 водородом от источника, 1 газа-носителя водорода с одновременной очисткой подаваемого в емкость 5 водорода от содержащихся в нем примесей, Для этого при закры,тых клапанах 8 и 9 и открытом клапане 4 в емкость 5 подается водород от источника l газа-носителя (баллон Чо сжатым газом) при регулируемом с попомощью регулятора 2 давлении или расходе водорода. При этом температуру емкости 5 поддерживают равной комнатной температуре, а давление на входе емкости 5.поддерживают несколько превышающим равновесное давление водорода над частицами сплава метал-. ла, образующего с водородом гидрид.

Например, при использовании интерметаллида LaNi< давление поддерживается равным 5-8 атм, а при использовании интерметаллида TiMn, 25-30 атм.

После заполнения емкости 5 водородом, о чем свидетельствуют показания манометра 3, клапан 4 перекрывают и на короткое время открывают клапан 8, стравливая часть водорода с выхода емкости 5 в атмосферу, При этом осуществляется стравливание в атмосферу сконцентрированных примесей. Выполнение емкости.5 в виде трубки с размерами, типичными для наполненной хроматографической колонки, приводит к тому, что передвижение потока водорода по слою частиц интерметаллида в емкости 5 сопровождается процессом фронтального обогащения микропримесями головной части полосы водорода и после заполнения емкости 5 водородом примеси, s нем содержащиеся, концентрируются в виде узкой полосы у выхода емкости 5. Это объясняется тем, что частицы интерметаллида проявляют адсорбционные свойства не только по отношению к водороду, который интенсивно поглощается, связываясь в гидрид, но и по отношению к примесным компонентам водорода (Ar, Ne, Kr, Nz, 0, CO, CO<, СН и др,)..

М

Кроме того, реакция связывания водорода в гидрид сопровождается выделением значительного количества тепла и в емкости 5 при перемещении потока водорода от входа к выходу ее образуется движущееся вдоль слоя частиц интерметаллида температурное поле, которое оказывает вытесняющее действие на примесные компоненты во13

45

55 дорода, что приводит к образованию движущейся впереди полосы водорода полосы сконцентрированных примесей.

Эти примеси выдуваются при стравливании головной части потока водорода из емкости 5 по каналу 7 в атмосферу при открытом клапане 8. Затем клапан

8 закрывают и открывают клапан 9, устанавливая с помощью регулятора 10 необходимый расход газа через хроматографическую колонку 13. С этого момента емкость 5 начинает работать как источник газа-носителя водорода высокой чистоты (до 99,999 об,X) при отключенном (или отсоединенном) от газового хроматографа источнике 1 водорода, содержащего примеси.

Хроматографический анализ в данной системе проводят путем ввода пробы анализируемой смеси веществ с помощью устройства 12 для ввода проб в хроматографическую колонку 13, где анализируемая смесь разделяется на составляющие ее компоненты, которые детектируются на выходе из колонки 13 с помощью детектора 14. Уменьшение давления водорода в емкости 5 в процессе работы компенсируется повышением температуры в ней с обеспечением постоянства расхода в колонке. 13.

Хроматограф, принципиальная схема которого изображена на фиг.2, снабжен дополнительной емкостью 15, заполненной частицами сплава металла, образующего с водородом гидрид, которая установлена на выходе детектора 14 и помещена в отдельный термостат 16. Емкость 15 выполнена идентично емкости 5 и также имеет канал

17 для стравливания части потока водорода в атмосферу через управляемый запорный клапан 18. Емкость 15 снаб; жена присоединением 19 для создания движущегося вдоль ее длины температурного поля, представляющим собой набор последовательно размещенных по длине емкости 15 витков электрической спирали, нагреватели, снабжены электрическими выводами 20, которые поочередно подключаются к источнику напряжения (не показан), На входе емкости

15 установлен уйравляемый запорный клапан 21.

Особенностью работы этого варианта выполнения хроматографа является то, что водород с выхода детектора 14 не выбрасывается в атмосферу, а связывается в гидрид в емкости 15 при зак68772 рытом клапане 18. При этом в емкости

15 постепенно накапливаются и аналиэируемые вещества, вводимые в хроматографическую колонку 13 с помощью устройства 12 для ввода проб (шприц, кран-дозатор и т.п.). После завершения необходимого числа циклов анализа (после завершения рабочей смены или после того, как давление водорода в емкости 5 упадет настолько, что нельзя будет обеспечить необходимые условия хроматографического анализа в колонке 13) клапан 21 на входе емкостй . 15 перекрывают и вдоль емкости

15 создают движущееся вдоль ее длины температурное поле, осуществляющее десорбцию части связанного в гидрид водорода и вытеснение скопившихся в емкости 15 анализируемых веществ к выходу емкости 15, путем последовательного подключения витков электрической спирали 19 к источнику напряжения. После того, как температурное поле достигнет выхода емкости 15 клапан 18 открывают на короткое время, осуществляя стравливание части водорода вместе со сконцентрированными анализируемыми веществами в атмосферу. Затем емкости 5 и 15 меняют местами, устанавливая емкость 15, заполненную чистым водородом, на входе газового .хроматографа и используя его в качестве источника газа-носителя.

35 I

В указанных вариантах выполнения хроматографа имеется возможность изменения расхода газа-носителя (водорода)через .хроматографическую колон40 ку 13 во времени по заданной про, грамме путем программированного изменения температуры емкости 5 в термо стате 6. При анализе многокомпонентных смесей с целью ускорения времени выхода тяжелых компонентов и, следовательно, сокращения времени анализа нередко возникает необходимость увеличения скорости потока газа-носителя через хроматографическую колонку по линейному или иному (параболическому, экспоненциальному) закону во времени.

В известных газовых хроматографах для этой цели используют специальные довольно сложные системы программирования расхода газа-носителя. В предлагаемом газовом хроматографе увеличение скорости потока газа-носителя (водорода) через хроматографическую колонку 13 обеспечивается равляемый запорный клапан 23. Это обеспечивает возможность после того; как водород из емкости 5 стравится через колонку !3 в емкость 15 и давление в емкости 5 упадет, при перекрытых клапанах 9, 8, 21 и 18 и открытом клапане 23 осуществить перекачку водорода иэ.емкости 15 в емкость 5 путем охлаждения емкости 5 и нагрева емкости 15 При этом введенные в систему примеси в виде анализи- руемых веществ могут быть сконцентрированы у выхода емкости 5 и стравлены в атмосферу через клапан 18, В газовый хроматограф (фиг,б) могут быть введены дополнительный детектор 24, установленный на выходе основной емкости 5 перед устройством

l2 для ввода проб, дополнительное устройство 25. для ввода проб, установленное на выходе хроматографической колонки 13 и регулятор 26 давления или расхода, установленный между детектором 14 и дополнительной емкостью 15.

Особенностью работы этого варианта выполнения газового хроматографа является то, что в силу симметричности газовой схемы по отношению к хроматографической колонке 13 роток газа-носителя.(водорода) может подаваться в колонку 13 как в прямом, так и в обратном направлении. Перемещение газа-носителя от емкости 5 к емкости

15 обеспечивается созданием перепада давления между этими емкостями. Пробу анализируемой смеси вводят в поток газа-носителя с помощью устройства

12 для ввода проб, и после разделения ее на колонке 13 разделенные компоненты пробы. детектируются с помощью. .детектора 14 и переводятся в емкость

15. Здесь полосы отдельных компонентов пробы могут быть сжаты с использованием термического фактора и поток газа- носителя может быть обращен путем нагрева емкости 15 и охлаждения емкости

5. Таким образом, одна и та же смесь введенная в систему, может быть проанализирована многократно путем мно", гократного обращения направления движения газа-носителя в колонке 13. Об45

5 136877 увеличение температуры емкости 5 по заданному закону во времени, Возможны различные варианты стабилизации и регулирования расхода газа5 носителя в предлагаемом газовом хроматографе. При использовании в качестве регулятора 10 расхода газа-носителя (фиг ° 3) регулируемого дросселя, например игольчатого вентиля, расход газа-носителя через хроматографическую колонку 13 определяется величиной сопротивления дросселя и значениями температур Т в термостате основной емкости 5 с частицами сплава металла, насыщенными водородом, и Т в термостате дополнительной емкости 15, заполненной частицами сплава металла и предварительно регенерированной.

При этом Т., Т и расход газа-носите- 20 ля может меняться путем изменения температуры в термостатах 6 и 16 или путем изменения величины сопротивления дросселя.

Для стабилизации потока газа-но- 25 сителя может использоваться регулятор

1О давления (фиг.4), при этом температура в термостате б (Т ) поддерживается постоянной, а величина потока газа-носителя определяется значением температуры Т в термостате 16 и saданным с помощью регулятора 10 давления давлением на входе в колонку.

Причем программирование расхода газаносителя черел колонку 13 может осуществляться в очень узких пределах носителя через колонку 13 может осуществляться в очень узких пределах путем изменения температуры Т в термостате 16. 40

Схема, согласно которой, стабилизация потока газа-носителя осуществляется с помощью регулятора 10 расхода газа (фиг.5), предназначена для работы с постоянным расходом газаносителя через колонку 13 в процессе анализа. В этом случае требования к точности поддержания температуры в термостатах 6 и 16 уменьшаются до такой степени, что емкости 5 и 15 могут 5О находиться при комнатной температуре, т.е. можно использовать более простые и дешевые системы термостатирования емкостей б и 16.

Характерной особенностью схем, изображенных на фиг.3 — 5, является то, что выход емкости 15 соединен с входом емкости 5 посредством газового канала 22, в котором установлен упращение направления потока газа-носителя может быть осуществлено и после того, как емкость 5 отработает свой запас водорода и давление в ней упадет. В этом случае емкость 5 охлаждао ют pо 25-30 С и путем нагрева емкости

45

7 1368

15 до 70-100 С создают перепад давлео ния таким образом, что давление водорода в емкости 15 превьппает давление водорода в емкости 5 и газ-носитель

У

5 начинает перетекать из емкости 15 в емкость 5. Для проведения анализа в этих условиях ввод проб осуществляется с помощью устройства 25 для ввода проб, а детектирование разделенных 10 компонентов проб осуществляется с помощью детектора 24. При этом перед каждым обращением направления потока газа-носителя в замкнутой системе хроматографа осуществляют концентрирование и сброс примесей, накапливаемых соответственно в емкостях 5 и 15.

Газовый хроматограф обеспечивает снижение предела обнаружения анализи- 2О руемых микропримесей благодаря уменьшению концентрации примесей в газеносителе (на 2-3 порядка); длительный ресурс работы за счет утилизации газа-носителя; снижение затрат на 25 проведение хроматографического анализа благодаря отсутствию жидкого азота или палладиевой мембраны для очи" стки газа-носителя от примесей и многократному использованию водорода для проведения повторных анализов.

Хроматограф может быть использован при создании малогабаритных пере.— носных газовых хроматографов в сочетании с капиллярной колонкой и детек.35 торами недеструктивного типа.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Газовый хроматограф, содержащий последовательно соединенные источник газа-носителя ; водорода, устройство ввода проб, яроматографичес; кую колонку и детектор, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью снижения предела обнаружения микропримесей и повьнпения экономичности

772

8 способа, источник rasa-носителя снаб- жен емкостью, заполненной частицами сплава металла, образующего с водородом гидрид, которая установлена перед устройством ввода проб и отделена от него управляемым запорным .клапаном, при этом емкость с частицами сплава металла помещена в термостат и имеет канал с запорным клапаном для сброса части rasa-носителя в атмоСферу.

2. Хроматограф по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью сокращения потерь водорода и удлинения срока службы хроматографа, в него введена дополнительная емкость с частицами сплава металла, образующего с водородом гидрид, установленная на выходе детектора, которая помещена в термостат и имеет канал с запорным клапаном для сброса части потока газа-носителя в атмосферу.

3. Хроматограф по п. 2, о т л ич а ю шийся тем, что дополнительная емкость снабжена приспособлением для создания движущегося вдоль длины емкости температурного поля.

4. Хроматограф по пп. 1-3, о т— л и ч а ю шийся тем, что выход дополнительной емкости и вход основной емкости соединены газовым каналом, в котором установлен управляемый запорный клапан.

5. Хроматограф по пп. 1-3, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен дополнительный детектор, установленный между основной емкостью и устройством ввода проб.

6. Хроматограф по п; 5, о т л и— ч а ю шийся тем, что в него введено дополнительное устройство для ввода проб, установленное на выходе хроматографической колонки перед основным детектором.

1 2

У Ю 0 12 1У 14

1368772 рр 1б 11 г,2 !

3 . 1

1У 1би П

Фиг.3 у Ю П. 13

21 15 1б 18 17

Фиг.б

12 U 25 1× N 15 И 5

Фиг.6

Составитель В. Толстых

Техред И.Попович Корректор В. Гирняк

Редактор В. ПетращЗаказ 284/45 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4