ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРАПОЛИРОВАННЫХ ВЕЛИЧИН УДЕРЖИВАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01N30/20 

Изобретение относится к хроматографии и может быть использовано для идентификации индивидуальных соединений или отдельных компонентов сложных смесей в различных отраслях народного хозяйства: химической, нефтяной, газовой, нефтехимической, металлургии, медицине, биологии, экологии и др.

Известен хроматограф для определения экстраполированных величин удерживания, на которых проводят несколько последовательных анализов индивидуальных соединений или отдельных компонентов сложных смесей со стандартными веществами сравнения и несорбируемого компонента поочередно на двух колонках с различным содержанием неподвижной жидкой фазы (НЖФ) на твердом носителе [1] По результатам анализов определяют времена удерживания несорбируемого и анализируемого компонентов, стандартов (веществ сравнения) и вычисляют относительные или интерполяционные величины удерживания, значения которых экстраполируют к бесконечно большому проценту пропитки твердого носителя неподвижной жидкой фазой, нулевой величине пробы или нулевому давлению в колонке по формулам
I_э=100+Z
или
r_э= , (1) где r_э и I_э экстраполированные величины относительного удерживания и индекса Ковача;
t_o, t, t,t,t времена удерживания несорбируемого и анализируемого компонентов, стандарта (вещества сравнения) и нормальных парафиновых углеводородов с числом углеродных атомов в молекулах z и z+1;
1, 2 обозначения относятся к 1-й и 2-й разделительным колонкам;
а₁ и а₂ значения задаваемых параметров для экстраполяции величин удерживания на 1-й и 2-й разделительных колонках (содержание НЖФ, объем пробы, давление и др.).

Недостатком известного устройства является то, что для определения экстраполированных величин относительного удерживания или индекса Ковача используют результаты анализов несорбируемого компонента, идентифицируемого вещества и стандартов из нескольких циклов хроматографирования, что снижает точность и достоверность получаемой информации и значительно увеличивает трудоемкость процесса измерения [2]
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа хроматографическое устройство для определения экстраполированных величин удерживания, содержащее последовательно соединенные источник газа-носителя, блок подготовки газов с регуляторами расхода и манометрами на двух параллельных независимых потоках газа-носителя, автоматический дозатор газов и жидкости, детектор, дифференцирующий усилитель, систему автоматизации анализа и регистратор [3] Экстраполированные величины относительного удерживания r_э и индекса Ковача I_э определяют по формулам.

Недостатки известного устройства следующие.

Низкая точность измерения из-за определения времени удерживания несорбируемого компонента, анализируемого компонента и стандартов из нескольких циклов хроматографирования. Тем самым полностью не используются специфические особенности хроматографии, связанные с взаимной корреляцией погрешностей измеряемых величин удерживания компонентов.

Невозможность одновременного ввода двух проб (газа и жидкости) разного объема в каждую колонку; невозможность работы двух идентичных колонок в режиме одинакового расхода газа-носителя, но при разных значениях давления в каждой колонке.

Система автоматизации анализа не обеспечивает возможности вычисления относительных и интерполяционных величин удерживания, а также экстраполяции их значений к бесконечно большому проценту пропитки НЖФ, нулевой величине пробы или нулевому давлению в колонке.

Целью изобретения является повышение точности определения экстраполированных величин удерживания.

Цель достигается за счет того, что в хроматографическом устройстве для определения экстраполированных величин удерживания, содержащем последовательно соединенные источник газа-носителя, блок подготовки газов с регуляторами расхода и измерениями давления на двух параллельных между собой линиях газа-носителя, автоматический дозатор, две параллельно соединенные разделительные колонки, детектор, выход которого соединен с системой автоматизации анализа, а также с дифференцирующим усилителем и регистратором, дополнительно введены два регулируемых пневмосопротивления, расположенных между выходом каждой из разделительных колонок и детектором, а автоматический дозатор снабжен рядом доз различного фиксированного объема, причем вход каждой из колонок соединен одновременно с двумя фиксированными дозам и линией газа-носителя через запорные элементы дозатора. Кроме того, система автоматизации анализа дополнительно снабжена вычислительным устройством расчета экстраполированных величин удерживания по формуле (1).

При решении поставленной задачи создается технический результат, который заключается в одновременном хроматографировании в период одного цикла анализа фиксированных объемов проб несорбируемого компонента, например метана, в случае использования пламенно-ионизационного детектора, идентифицируемого соединения и стандартов на двух разделительных колонках. При этом режимы работы колонок задают в соответствии с одним из параметров экстраполяции, например различным содержанием НЖФ, различными объемами проб и давлением для каждой колонки при постоянстве двух других параметров, включая и расход газа-носителя.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых признаков: автоматического дозатора для одновременного ввода двух одинаковых или различных проб фиксированного объема в каждую разделительную колонку, регулируемых пневмосопротивлений на выходе колонок для изменения давления в колонках при сохранении постоянства расхода газа-носителя и дополнительного вычислительного устройства для расчета экстраполированных величин относительного удерживания или индекса Ковача.

Предлагаемое устройство характеризуется новой совокупностью существенных признаков, обеспечивающей повышение точности и сокращение трудозатрат и времени при определении экстраполированных величин удерживания.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство содержит источник 1 газа-носителя, блок 2 подготовки газа с двумя регуляторами 3 расхода и двумя измерителями 4 давления, по одному на соответствующую линию газа-носителя, автоматический дозатор 5 с рядом доз 6-13, различного фикcированного объема, четырьмя каналами 14 для подачи газа-носителя в колонки при наборе проб в дозы 6, 8, 10 и 12, тремя запорными элементами 15 и приводом 16 на три положения, две разделительные колонки 17 и 18, два регулируемых пневмосопротивления 19, детектор 20, дифференцирующий усилитель 21, систему 22 автоматизации анализа, дополнительное вычислительное устройство 23 и регистратор 24, линию 25 набора пробы газа, линию 26 набора пробы жидкости.

Устройство работает следующим образом.

При положении I привода 16 соединения каналов дозатора 5 соответствуют чертежу и несорбируемый компонент по линиям 25 заполняет дозы 6 и 8, а анализируемый компонент и стандарты по линиям 26 заполняют дозы 10 и 12. Колонки 17 и 18 продуваются газом-носителем через каналы 14 от источника 1 газа-носителя через блок 2 подготовки газа и линии газа-носителя.

При положении II привода 16 подвижные элементы дозатора 5 с дозами перемещаются влево по чертежу и в колону 17 одновременно дозируются для анализа проба газа (доза 6) и проба жидкости (доза 10), а в колонку 18 соответственно доза 8 газа и доза 12 жидкости. Объем дозы 6 равен объему дозы 8, а объем дозы 10 равен объему дозы 12. Одновременно происходит набор пробы через линии 25 и 26 газа и жидкости в дозы 7, 9, 11 и 13.

При положении III привода подвижные элементы перемещаются еще левее по чертежу и в колонки 17 и 18 одновременно дозируются соответственно пробы газа (дозы 7 и 9) и жидкости (дозы 11 и 13), причем объем дозы 7 не равен объему дозы 9, а объем дозы 11 не равен объему дозы 13.

Режимы проведения анализов для определения экстраполированных величин удерживания следующие.

Экстраполяция к бесконечно большому проценту пропитки твердого носителя неподвижной жидкой фазой.

Колонки 17 и 18 выполнены из трубок нержавеющей стали (длина 1 м, внутренний диаметр 3 мм) и заполнены сорбентом, содержащим разное количество НЖФ на одном и том же твердом носителе одинакового зернения. Регуляторами 3 расхода и регулировкой пневмосопротивлений 19 устанавливают одинаковый расход и давление газа-носителя в обеих колонках. Анализ производят в положении II привода дозатора. При этом в колонки вводят одинаковые пробы газа (дозы 6 и 8) и жидкости (дозы 10 и 12). Таким образом остается переменным только один параметр экстраполяции содержание НЖФ в колонках.

Экстраполяция к нулевому давлению.

Колонки 17 и 18 идентичны и заполнены сорбентом с одинаковым содержанием НЖФ. Расход газа-носителя в колонках устанавливают также одинаковым, а давление разным за счет изменения величины пневмосопротивления 19 в одной из колонок. Анализ проводят в положении II привода дозатора.

Экстраполяция к нулевой величине пробы.

Колонки 17 и 18 идентичны и заполнены сорбентом с одинаковым содержанием НЖФ. Расход и давление газа-носителя в колонках устанавливают регуляторами 3 и пневмосопротивлениями 19 также одинаковыми. Анализ проводят в положении III привода дозатора. При этом в колонки 17 и 18 вводят разные объемы газа (дозы 7 и 9) и жидкости (дозы 11 и 13).

Элюируемые из колонок 17 и 18 компоненты поступают в камеру детектора 20, сигналы которого через дифференцирующий усилитель 21 с двухполярной характеристикой регистрируются регистратором 24 в виде хроматограммы и одновременно поступают в систему 22 автоматизации анализа с дополнительным вычислительным устройством 23 для расчета экстраполированных величин относительного удерживания или индекса Ковача анализируемых компонентов.

Время выхода хроматографического пика несорбируемого компонента при равенства расходов газа-носителя в идентичных колонках 17 и 18 должно быть одинаковым, и детектор формирует один суммарный пик этого компонента одновременно с двух колонок. Критерием проверки формы пика (отсутствие его раздваивания) служит сигнал дифференцирующего усилителя 21 с двухполярной характеристикой. В случае получения двойного пика необходимо несколько изменить расход газа-носителя в одной из колонок с помощью регулятора 3 расхода.

Значения времени удерживания несорбируемого компонента, идентифицируемых соединений и стандартов, получаемых при одновременном хроматографировании проб на двух колонках, измеряются и хранятся в запоминающем устройстве системы 22 автоматизации анализа, откуда поступают в дополнительное вычислительное устройство 23, выполненное с применением микропроцессорных средств вычислительной техники. Вычислительное устройство 23 производит расчет экстраполируемых величин удерживания по формулам (1). Значения параметров экстраполяции а₁ и а₂задаются оператором. Результаты расчета r_э или I_э в зависимости от задания оператора регистрируются на цифропечатающем устройстве системы 22 автоматизации анализа.

Использование: в хроматографии для идентификации индивидуальных соединений или отдельных компонентов химических смесей. Сущность изобретения: хроматографическое устройство для определения экстраполированных величин удержания содержит две разделительные колонки, блок подготовки газов с регуляторами расходов и измерителями давления газа-носителя в каждой колонке, автоматический дозатор, снабженный рядом доз фиксированного объема, причем вход каждой из колонок одновременно соединен с двумя соответствующими фиксированными дозами и линиями газа-носителя через запорные элементы дозатора, а выходы колонок соединены с детектором через регулируемые пневмосопротивления и систему автоматизации анализа с дополнительным вычислительным устройством для расчета экстраполированных величин удержания. Изобретение обеспечивает повышение точности и сокращение трудозатрат и времени при определении экстраполированных величин удержания к бесконечно большому проценту пропитки твердого носителя неподвижной жидкой фазой, нулевой величине пробы, нулевому в колонке и др. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРАПОЛИРОВАННЫХ ВЕЛИЧИН УДЕРЖИВАНИЯ, содержащее последовательно соединенные источник газа-носителя, блок подготовки газов с регуляторами расхода и измерителями давления на двух параллельных линиях газа-носителя, автоматический дозатор, две параллельно соединенные разделительные колонки, детектор, выход которого соединен с системой автоматизации анализа, а также с дифференцирующим усилителем и регистратором, отличающееся тем, что в него дополнительно введены два регулируемых пневмосопротивления, расположенных между выходом каждой из разделительных колонок и детектором, а автоматический дозатор выполнен в виде двух подвижных параллельно расположенных элементов, соединенных с приводом, в каждом из которых над каждой из колонок выполнены дозы разного объема, причем к одному из элементов подведены две линии несорбирующегося газа, а к другому две линии анализируемой жидкости с веществами-стандартами, а вход каждой из колонок соединен одновременно с двумя дозами и линией газа-носителя через запорные элементы дозатора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система автоматизации анализа дополнительно снабжена вычислительным устройством расчета экстраполированных величин удерживания.