СПОСОБ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ И КОАКСИАЛЬНЫЙ МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК B01D11/04 G01N30/06 

Использование: для очистки жидких сред от растворенных в них летучих соединений и для выделения летучих соединений с целью их последующей промышленной переработки, или анализа.

Технический результат: увеличение степени экстракции, увеличение чувствительности аналитических систем и уменьшение влияния на характеристики аналитических систем обратимой адсорбции летучих компонентов и нестабильности метрологических характеристик побудителей расхода жидкой среды и газа-носителя.

Сущность изобретения

Способ: технический результат достигается путем преобразования поступающего в трубчатую массообменную камеру экстрактора аксиального потока жидкой среды в два стекающих жидкой пленкой коаксиальных потока, разделенных газом-носителем, при этом, в аналитических системах экстракцию осуществляют в один этап, когда жидкая и газовая фазы поступают в трубчатую массообменную камеру противотоком, или в два этапа, когда вначале проводят прокачку пробы через массообменную камеру с нормальным, или пониженном давлении неподвижной газовой фазы (расход газа-носителя поступающего в экстракционную камеру уменьшен до нуля), а потом, после наступления парофазного равновесия, образовавшееся облако насыщенной летучими компонентами парогазовой смеси током газа-носителя выталкивают из массообменной камеры в аналитическую ячейку анализатора.

Устройство: для получения технического результата массообменна камера устройства изготовлена их двух коаксиальных трубок с гидрофильными смежными поверхностями, имеющих в верхней части суженные формованные концы, из которых суженный формованный конец внешней трубки открыт и суженной верхней частью сочленен соосно с входным жидкостным патрубком, а суженный формованный конец внутренней трубки запаян, или суженный формованный конец внешней трубки запаян, а суженный формованный конец внутренней трубки открыт и соединен соосно с входным жидкостным патрубком, размещенным коаксиально во внутренней трубке, или каждый из суженных формованных концов трубок открыт и сочленен соосно с одним из двух противостоящих друг другу входных жидкостных патрубков. При этом обе трубки соединены нижними торцами, причем, между смежными поверхностями ссуженных формованных верхних концов образуется входной жидкостный канал, в виде расширяющейся к низу кольцевой щели с капиллярными свойствами в узкой части, а между смежными поверхностями трубок образуется сопряженная с кольцевой щелью коаксиальная полость со скошенным донцем, кроме того, газовые патрубки на внешней трубке размещены тангенциально и установлены под острым углом к вертикали, а выходной жидкостный патрубок размещен в нижней части скошенного донца.

Описание изобретения.

Изобретение относится к физической химии, а точнее к технике фракционного испарения содержащихся в жидких средах летучих примесей/компонентов, предусматривающей использование массообмена на границе раздела жидкой и газовой фаз в поточных газожидкостных системах и может использоваться в промышленном производстве и в аналитической химии.

Известные способы газовой экстракции летучих компонентов включают: организацию потоков жидкости и газа носителя в экстракторе, формирование в экстракционной камере поверхности раздела фаз, проведение массообмена и последующие разделение и вывод проэкстрагированной жидкости и обогащенного летучими компонентами газа-носителя [1]

Известен применяющийся в аналитической химии способ газожидкостной экстракции с формированием поверхности раздела фаз в проточных экстракционных камерах с неподвижной газовой фазой [1]. Применяющийся для реализации этого способа экстрактор содержит последовательно соединенные трубками газового тракта побудитель расхода газа, емкость для жидкой пробы и вертикальный термостатируемый реактор, разделенный капиллярными сужениями на 4 сферические камеры, объем которых не превышает объема аналитической ячейки. Верхняя сферическая камера реактора снабжена одним патрубком, соединенным с емкостью для жидкой пробы, а нижняя - двумя патрубками для раздельного вывода проэкстрагированной пробы и газа-носителя.

Для проведения анализа проба дозируется в устройство для введения жидкой фазы, из которого она последовательно продавливается током газа-носителя через камеры реактора, где она тонким слоем стекает по стенкам камер. Благодаря этому в экстракторе происходит четырехкратная газовая экстракция. После ее завершения поток газа носителя выталкивает сконцентрированные пары легколетучих компонентов из камеры в аналитическую ячейку анализатора.

К недостаткам способа относится невозможность его использования для концентрирования летучих компонентов из проб большого объема, т.к. в небольшом объеме камер быстро устанавливается межфазное концентрационное равновесие, и продолжение экстракции становится неэффективным.

Кроме того, цикличность способа не позволяет использовать его для измерения концентраций легколетучих компонентов в режиме on line с применением проточных аналитических систем и также не позволяет использовать его в перманентных технологиях промышленного производства.

Кроме того, в момент окончания продавливания жидкости через камеры, в каждом из четырех капиллярных сужений образуется и схлопывается жидкая пленка, что приводит к загрязнению газа носителя каплями жидкой пробы.

Указанных недостатков не имеет способ, предусматривающий формирование поверхности раздела фаз на стекающей по пальцеобразному элементу жидкой пленке, обдувающейся потоком газа-носителя (Patent US 5,792,663) [2]. Применяющийся для реализации этого способа сепаратор содержит вертикальную проточную экстракционную камеру и средства ввода и вывода жидкой среды и газа-носителя. Камера сепаратора представляет собой закрытую сверху цилиндрическую емкость с обращенным к ее закрытому верху формованным пальцеобразным выпячиванием на дне. Для хорошего смачивания жидкой средой поверхность пальцеобразного выпячивания обработана повышающими ее гидрофильность средствами. В верхней части цилиндрической емкости имеется отверстие с закрепленным в нем жидкостным патрубком с орошателем, по которому жидкая среда может подаваться на вершину пальцеобразного выпячивания. В нижней части камера снабжена двумя патрубками: - жидкостным патрубком в нижней части дна и газовым патрубком в стенке выше дна. Второй газовый патрубок расположен в верхней части, вблизи закрывающего камеру купола. Оба газовых патрубка установлены тангенциально так, что поступающий в камеру газ-носитель закручивается по восходящей спирали вокруг пальцеобразного выпячивания.

Сепаратор используется в экстракторах холодного пара ртути атомных спектрометрических анализаторов СТАС (QuickTrace™ М-7500, М-8500) [3]. Для извлечения ртути из пробы в виде атомного пара, водно-кислотный раствор пробы смешивается в миксере с раствором двухлористого олова, восстанавливающего ионную ртуть до свободных атомов, и в виде водно-ртутной суспензии через упомянутый орошатель подается на вершину купола пальцеобразного выпячивания. Под действием гравитации водно-ртутная суспензия коаксиальной жидкой пленкой стекает по поверхности формованного изделия в нижнюю часть полости сепаратора, из которой выводится в сливную емкость. При этом поверхность стекающего коаксиального потока вводно-ртутной суспензии обдувается потоком газа-носителя, закрученным вокруг него по восходящей спирали, чем достигается быстрый переход ртути из суспензии в газовый поток. Обогащенный ртутью поток газа-носителя подается в кювету спектрометрического анализатора ртути для ее детектирования.

Недостатками этого аналога является то, что: в камере экстрактора газ носитель контактирует не только с поверхностью стекающей экстрагируемой жидкости, но и с (гораздо большей по площади) сухой поверхностью внешней стенки камеры, на которой летучие компоненты, например ртутный пар, могут, как адсорбироваться на ней, так и десорбироваться с нее. При использовании способа в аналитических системах, это обстоятельство негативно проявляется как память о составе проанализированных проб. Например, при определении ртути методом МХП (методом холодного пара) [4] это явление вызывает необходимость перед анализом каждой пробы проводить демеркуризацию экстракционной камеры. Смыть адсорбированные компоненты с этой поверхности без демонтажа камеры сепаратора нельзя. Поэтому ее демеркуризацию проводят путем длительного продува камеры экстрактора газом носителем. При чем продолжительность продува камеры может в разы превышать время, затрачиваемое на детектирование ртути [3] (раздел 4, 20. табл.4 - 1а).

Кроме того, степень экстракции летучих компонентов сильно зависит от скоростей потоков жидкости и газа-носителя. Поэтому для минимизации погрешности анализов требуется использовать прецизионные побудители расхода потоков.

Прототипом предлагаемого изобретения выбран разработанный (Музыков, 1975) для выделения ртути способ, предусматривающий потенциально более технологичное формирование поверхности раздела фаз на вогнутой поверхности трубки, снабженной штуцерами и средствами ввода и вывода жидкой и газовой фаз [5]. На нижнем конце трубчатая камера имеет 2 штуцера - для ввода воздуха (газа носителя) и для слива проэкстрагированной жидкости. Ее верхний конец имеет штуцер для выхода газа носителя ртутного пара и закрыт пробкой с отверстием, в которое введен патрубок для подачи на ее стенку суспензии металлической ртути в смеси анализируемой жидкой пробы с раствором двухлористого олова. Газ-носитель и жидкая фракция поступают в камеру противотоком. При этом, поскольку камера установлена наклонно, жидкая фракция стекает по стенке камеры тонким потоком, образующим постоянно возобновляющуюся поверхность раздела фаз. Вследствие этого способ позволяет экстрагировать ртуть из непрерывного потока и, таким образом, позволяет проводить определения концентраций ртути проточным методом в режиме on line.

Недостатками способа - прототипа являются:

1. - низкая степень извлечения летучих компонентов и низкая чувствительность их определений при использования способа в аналитических системах. Это обусловлено тем, что в применяющейся трубчатой камере скорость массообмена на поверхности раздела фаз очень мала и не достигается парофазного равновесия, т.к. время контакта фаз очень мало (не превышает нескольких секунд), а толщина слоя потока велика - более 1 мм.

2. - Величина поверхности раздела фаз вследствие струйности стекающего потока может под влиянием многих неконтролируемых факторов меняться в значительной мере, вызывая вариацию степени экстакции летучих компонентов и ошибки в результатах определения их концентраций.

3. - Жидкая среда стекает, в лучшем случае, только по 1/4 поверхности камеры. Поэтому газ носитель, обогащенный летучими компонентами, контактирует с частью поверхности камеры, свободной от стекающего потока экстрагируемой жидкой среды, вследствие чего, летучие компоненты могут, как адсорбироваться на ней, так и десорбироватья с нее. При использовании способа в аналитических системах это обстоятельство негативно проявляется как память о составе проанализированных проб, мешающая получению точных результатов анализа.

Целью изобретения является увеличение степени экстракции, увеличение чувствительности аналитических систем и уменьшение влияния на их (аналитических систем) характеристики обратимой адсорбции летучих компонентов на поверхности экстракционной камеры и нестабильности метрологических характеристик побудителей расхода жидкой среды и газа-носителя

Поставленная цель достигается тем, что поступающий в трубчатую камеру аксиальный поток жидкой среды для формирования поверхности раздела фаз преобразуется в два коаксиальных потока, разделенных газом носителем. При этом в аналитических системах экстракция может осуществляться в один, или два этапа. В один этап экстракцию проводят обычным методом, когда жидкая и газовая фазы подвижны. При экстракции в два этапа вначале проводят прокачку пробы через камеру при нормальном, или пониженном давлении неподвижной газовой фазы (расход газа-носителя поступающего в экстракционную камеру уменьшен до нуля), а потом, после наступления парофазного равновесия, образовавшееся облако насыщенной летучими компонентами парогазовой смеси током газа-носителя выталкивают из камеры в аналитическую ячейку анализатора.

Предлагающийся способ реализуется в вертикальной трубчатой массообменной камере, снабженной патрубками для ввода и вывода экстрагируемой жидкости и газа-носителя, образованной двумя коаксиальными трубками, имеющими в верхней части суженные формованные концы, из которых суженный формованный конец внешней трубки открыт и суженной верхней частью сочленен соосно с входным жидкостным патрубком, а суженный формованный конец внутренней трубки запаян, или суженный формованный конец внешней трубки запаян, а суженный формованный конец внутренней трубки открыт и соединен соосно с входным жидкостным патрубком, размещенным коаксиально во внутренней трубке, или каждый из суженных формованных концов трубок открыт и сочленен соосно с одним из двух противостоящих друг другу входных жидкостных патрубков, при этом обе трубки имеют гидрофильные смежные поверхности и соединены нижними торцами, причем между смежными поверхностями ссуженных формованных верхних концов образуется входной гидрофильный жидкостный канал в виде расширяющейся к низу кольцевой щели с капиллярными свойствами в узкой части, а между смежными поверхностями трубок образуется коаксиальная полость со скошенным донцем, кроме того, газовые патрубки размещены на внешней трубке тангенциально и установлены под острым углом к вертикали, а патрубок для вывода из камеры жидкости размещен в нижней части скошенного донца.

Анализ связи отличительных признаков, с достигаемым техническим результатом.

1. предусмотренное способом преобразование аксиального потока в два разделенных газом-носителем коаксиальных потока, приводит к формированию гораздо большей, чем у прототипа поверхности раздела фаз и позволяет существенно уменьшить объем массообменной камеры и газа-носителя в ней. Вследствие этого, увеличивается отношение площади массообменной поверхности к объему газовой фазы, что приводит к соответствующему увеличению скорости массообмена, более быстрому установлению межфазового концентрационного равновесия и, в конечном итоге, к увеличению чувствительности и производительности аналитических систем. При этом также полностью исключается возможность адсорбции летучих компонентов на сухих частях поверхности экстракционной камеры, (которые могут иметь большую адсорбционную емкость летучих компонентов, например, ртути) и, как следствие, уменьшается память аналитических систем о составе ранее проанализированной пробы. Это уменьшает погрешность измерения и уменьшает непроизводительные затраты времени на продув камеры для очистки ее от следов летучих компонентов проанализированной пробы.

2. Прокачка пробы через массообменную камеру с неподвижной газовой фазой позволяет сформировать в полости массообменной камеры и получить в аналитической ячейке анализатора фиксированный объем газа носителя с равновесной концентрацией определяемого летучего компонента. Это не только повышает чувствительность аналитических систем, но и снижает составляющую погрешности измерений, обусловленную нестабильностью метрологических характеристик применяющихся побудителей расхода жидкой среды и газа носителя.

3. Выполнение прокачки пробы через камеру при пониженном давлении неподвижной газовой фазы увеличивает скорость массообмена; и позволяет сконцентрировать образовавшееся в массообменной камере облако ртутного пара в результате его сжатия при выталкивании его из массообменной камеры в аналитическую ячейку, где давление газа-носителя равно атмосферному

4 Изготовление экстракционной камеры из двух коаксиальных трубок с гидрофильными смежными поверхностями, имеющих в верхней части суженные формованные концы, из которых суженный формованный конец внешней трубки открыт и суженной верхней частью сочленен соосно с входным жидкостным патрубком, а суженный формованный конец внутренней трубки запаян, или суженный формованный конец внешней трубки заглушен, а суженный формованный конец внутренней трубки открыт и сочленен соосно с входным жидкостным патрубком, размещенным коаксиально во внутренней трубке, или каждый из суженных формованных концов трубок открыт и сочленен соосно с одним из двух противостоящих друг другу входных жидкостных патрубков, и соединение трубок нижними торцами так, что между смежными поверхностями ссуженных формованных верхних концов образуется входной жидкостный канал в виде расширяющейся к низу кольцевой щели с капиллярными свойствами в узкой части, а между смежными поверхностями трубок образуется коаксиальная полость, обеспечивают преобразование аксиального потока жидкости в два коаксиальных, разделенных газом-носителем.

5. Размеры расширяющейся щели (в широкой части больше 8 мм, а в узкой входной части менее 4 мм) обеспечивают условия формирования двух стекающих коаксиальных пленочных потоков, исключающие развитие неустойчивых процессов, вызывающих струйное течение жидкости

6. Тангенциальное размещение газовых патрубков на поверхности камеры обеспечивает закручивание газового потока между коаксиальными пленочными потоками по восходящей спирали, что обеспечивает оптимальный режим массообмена на поверхности раздела фаз и уменьшает время установления концентрационного межфазного равновесия.

7. Установка газовых патрубков (штуцеров) под острым углом к вертикали исключает возможность попадания стекающей экстрагируемой жидкости в газовый тракт экстрактора в силу действия на нее гравитации и, таким образом, обеспечивает номинальный режим газовой экстракции.

8. Придание внутренней поверхности экстракционной камеры свойства гидрофильности обеспечивает хорошую ее смачиваемость и устраняет эффекты струйности, благодаря чему коаксиальный поток жидкой среды при достаточно малом расходе стекает по ней однородной жидкой пленкой, как в пленочных испарителях [6].

Способ и конструкция устройства для газожидкостной экстракции поясняется Рис.1-2.

На Рис.1 изображены варианты схем массообменной камеры с коаксиальной полостью (Фиг.а, б, в, г, д, е).

На Рис.2. изображена одна из возможных схем устройства для извлечения ртути из проб жидких сред для последующего атомно-абсорбционного детектирования ртути с вакуумным побуждением расхода растворов. (Схемы с пневматическим, или перистальтическим побуждением расхода растворов не представлены).

На Фиг.а, (Рис.1) вертикальная цилиндрическая экстракционная камера. образована двумя коаксиальными трубками 1 и 2 с формованными сужениями 3 и 4 на верхних концах. Формованное сужение 3 внешней трубки 1 узкой частью соединено с входным патрубком 5, а формованное сужение 4 внутренней трубки 2 запаяно. Внешняя трубка 1 снабжена выходным жидкостным патрубком 6, размещенным на ее нижнем конце и газовыми патрубками 7 и 8, размещенными вблизи ее концов тангенциально и установленными под острым углом к вертикали. Трубки 1 и 2 имеют гидрофильные смежные поверхности и соединены нижними торцами так, что между ними образуется коаксиальная полость 10 со скошенным донцем 12, а между поверхностями формованных ссуженных концов 3 и 4 образуется расширяющаяся коаксиальная щель 9. Для придания смежным поверхностям трубок 1 и 3 свойства гидрофильности их обрабатывают абразивным порошком, или плавиковой кислотой, или на них наносят пленку из диоксида титана.

На Фиг.б, (Рис.1) вариант, отличающийся от первого тем, что формованное сужение 3 внешней трубки 1 запаяно, а формованное сужение 4 внутренней трубки 2 открыто и соединено с входным жидкостным патрубком 11, размещенным соосно во внутренней трубке 2.

На Фиг.в, (Рис.1) вариант отличающийся тем, что каждое из формованных сужений 3 и 4 трубок 1 и 2 открыто и соединено соосно с соответствующим входным жидкостным патрубком 5 и 11.

На Фиг.г, д, е, (Рис.1) изображены варианты, отличающиеся от вариантов а, б, уменьшенным сечением коаксиальной полости 10

Экстракционная камера работает с реализацией следующих этапов: формирование массообменной поверхности, осуществление массообмена, разделение жидкой и газовой фаз с последующим выводом насыщенного летучими компонентами облака газа-носителя в аналитическую ячейку.

Формирование массообменной поверхности в экстракционной камере осуществляется следующим образом:

при подаче в экстракционную камеру жидкости с достаточно малым расходом, в вертикальном входном жидкостном патрубке 5 образуется аксиальный поток с вогнутом мениском на переднем фронте. В момент касания центральной частью вогнутого мениска вершины формованного ссуження 4, аксиальный поток жидкости преобразуется в коаксиальный поток с кольцевым мениском на фронте, движущимся вниз по расширяющейся кольцевой щели 9. По мере продвижения фронта коаксиального потока в низ по расширяющейся кольцевой щели 9, скорость центральной части его вогнутого мениска под действием атмосферного давления становится меньше скорости краев его мениска, на которые дополнительно к силам гравитации действуют силы смачивания, В какой то момент, при достижении фронтом коаксиального потока достаточно широкой части кольцевой щели 9, где силы гравитации, поверхностного натяжения и атмосферного давления, действующие на центральную часть кольцевого вогнутого мениска, уравновешиваются, скорость движения центральной части кольцевого вогнутого мениска замедляется до нуля. При этом, огибая остановившуюся центральную часть вогнутого мениска, жидкость начинает стекать с его краев двумя коаксиальными пленочными потоками на поверхности коаксиальных трубок 1 и 2.

Таким образом, в массообменной камере формируется массообменная поверхность в виде двух стекающих жидкой пленкой коаксиальных потоков разделенных газом-носителем.

Осуществление массообмена:

в зависимости от задач, массообмен в коаксиальной камере можно осуществлять в режиме встречных потоков жидкости и газа-носителя, или в режиме с неподвижной газовой фазой.

Первый режим применяют в промышленных целях, или в аналитический целях для перманентного рутинного, или on-line анализа.

Второй режим применяют в аналитических системах для прецизионных измерений.

При проведении экстракции с массообменном по второму варианту, процесс осуществляют в двухтактном режиме. Вначале экстрагируемую жидкость прокачивают через камеру при остановленном газовом потоке до наступления в камере концентрационного равновесия, а затем включают поток газа носителя и сформировавшееся в камере облако парогазовой смеси выталкивают в аналитическую ячейку. При этом на первом этапе давление в экстракционной камере может быть на много ниже атмосферного.

Представленный на Рис.2 экстрактор ртутного пара включает коаксиальную массообменную камеру 13, соединенную газовым и жидкостным трактами, имеющими клапаны 14, 15, 16, 17, 18, с кюветой 19 АА спектрометра, побудителем 22 расхода газа-носителя, емкостью 20 для раствора двухлористого олова, емкостью 21 для раствора пробы и емкостью 23 для слива отработанных растворов, которая через клапан 24 соединена с вакуумным насосом 25. Дополнительно экстрактор комплектуется емкостью 26 для раствора разбавления градуировочных стандпринятых растворов ртути.

Правила проведения измерений концентраций ртути с использованием коаксиального экстрактора в двухстадийном режиме.

Включают атомно-абсорбционный анализатор. После его прогрева в экстракторе открывают клапан 24 и включают водоструйный вакуумный насос 25. Чрез 10 минут конец пробозаборной трубки с клапаном 17 из емкости 21 переносят в емкость 26 с раствором разбавления, открывают клапаны 16, 17, 18 и прокачивают раствор разбавления и раствор двухлористого олова через коаксиальную массообменную камеру 13 в течение 1 мин. до наступления в массообменной камере парофазного равновесия. Далее, закрывают клапаны 16, 17, 18 и открывают клапаны 14 и 15 и включают побудитель расхода газа-носителя 22. При этом сформировавшееся в массообменной камере 13 облако ртутного пара потоком газа-носителя переносится в кювету 19 АА спектрометра, где происходит измерение атомного поглощения. После этого закрывают клапаны 14, 15, считывают на индикаторе АА спектрометра аналитический сигнал и фиксируют его значение - А хол

Далее, конец пробозаборной трубки переносят из емкости 26 переносят в емкость 21 со стандартным градуировочным раствором ртути с концентрацией C_Hg и проводят измерение его абсорбционности так же, как измеряли абсорбционность раствора разбавления, и регистрируют аналитический сигнал А. По полученным данным рассчитывают значение градуировочного коэффициента чувствительности по уравнению 1:

После измерения абсорбционности градуировочного раствора проводят демеркуризацию газожидкостных трактов и коаксиальной массообменной камеры 13. Для этого конец пробозаборной трубки из емкости 21 переносят в емкость 26 и открывают клапаны 17 и 16 жидкостного тракта и клапаны 14 и 15 газового тракта. Таким образом одновременно осуществляется промывание и подув газом-носителем массообменной камеры, жидкостного и газового трактов. Промыв и продув экстрактора проводят, до полной демеркуризации всех газожидкостных трактов и коаксиальной массообменной камеры 13, т.е. до установления текущего значения атомной абсорбции на индикаторе АА спектрометра на «0». По окончании демеркуризации закрывают ранее открытые клапаны и переходят к анализу проб. Для этого измеряют величину абсорбционности проб вше описанным способом и умножают ее на коэффициент чувствительности Кч.

Правила проведения измерений концентраций ртути с использованием коаксиального экстрактора в режиме встречных потоков жидкости и газа-носителя:

Включают анализатор. После его прогрева в экстракторе открывают клапан 24 и включают водоструйный вакуумный насос 25. Чрез 10 минут конец пробозаборной трубки с клапаном 17 из емкости переносят в емкость 26 с раствором разбавления. Далее открыв клапаны 14, 15, 16, 17, 18 и включив побудитель расхода газа-носителя 22 прокачивают раствор разбавления и раствор двухлористого олова через коаксиальную массообменную камеру 13 до установления на индикаторе АА спектрометра стабильного аналитического сигнала А хол. Регистрируют значение А холл. закрывают клапаны 17 и 18 и переносят конец пробоотборной трубки из емкости 26 в емкость 21 со стандартным градуировочным раствором и открыв клапаны 17 и 18, аналогично описанному, измеряют его абсорбционность А.

По полученным данным рассчитывают значение градуировочного коэффициента чувствительности по уравнению 1:

После измерения абсорбционности градуировочного раствора проводят демеркуризацию газожидкостных трактов и коаксиальной массообменной камеры 13. Для этого конец пробозаборной трубки из емкости 21 переносят в емкость 26 и открывают клапаны 17 и 16.

Промыв и продув камеры 13 продолжают в течении 30 сен. до полной демеркуризации всех газожидкостных трактов и коаксиальной массообменной камеры 13, т.е. до установления текущего значения атомной абсорбции на индикаторе АА спектрометра на «0». По окончании демеркуризации закрывают ранее открытые клапаны и переходят к анализу проб. Для этого измеряют величину абсорбционности проб А и умножают ее на коэффициент чувствительности Кч

Примеры применения.

Эффективность способа оценивалась в опытах по установлению чувствительности атомно-абсорбционного определению ртути с использованием анализатора ртути ДАР 254 [7].

Коаксиальная массообменная камера с высотой 30 см, объемом 30 см³ была изготовлена из боросиликатного стекла. Внутренние смежные цилиндрические поверхности камеры обрабатывались абразивным веществом для придания им лиофильности.

В качестве газа-носителя использовали воздух.

Побудитель расхода воздуха - микрокомпрессор sonic 9903 с расходом 300 см³/мин.

Объем прокачиваемого раствора при использовании режима двухстадийной экстракции - 20 см³.

Объем прокачиваемого раствора при использовании режима перманентных измерений 5 см³.

Скорость прокачки раствора проб стандартных растворов ртути) - 20. см³/мин.

Все измерения проводили при давлении газовой фазы в коаксиальной камере равном 1 атмосфере.

Результаты опытов со стандартными градуировачными растворами ртути показали, что экспериментах характеристическая концентрация ртути (концентрация ртути вызывающая 1% ослабления света) при измерениях в перманентом режиме равна 14 нг/дм³, а при измерениях в двухтактном режиме 2 нг/дм³, что много меньше характеристической чувствительности анализаторов ртути мировых лидеров аналитического приборостроения

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.Г. Виттенберг, Б.В. Иоффе, Газовая экстракция в хроматографическом анализе. Ленинград, «Химия». Ленинградское отделение, 1982, с.273

2. A fractional-volatilization separator system. Patent US 5,792,663

3. QuickTrace™ M-7500 Mercury Analyzer Operator Manual Version 1.0.3, (раздел 4, 20. табл.4 - 1а).

http://www.cetac.com/pdfs/manuals/M7500_Op_Manual.pdf

4. Лапердина Т.Г. Определение ртути в природных водах. - Новосибирск. Наука, 2000. с.222.

5. Музыков Г.Г. Простая установка для определения ртути методом холодного пара. // Материалы всесоюзного научно-технического совещания 10-12 ноября 1975 г. «Аналитическое приборостроение. Методы и приборы для анализа жидких сред». Т.1 ч.1, Тбилиси 1975 г.

6. Э. Крель. Руководство по лабораторной перегонке. Перевод с немецкого В.И. Чернышева, А.В. Шафрановского под редакцией д-ра техн. наук В.М. Олевского. Москва «Химия» 1980 (стр.94, 95)

7. Аниканов А.М. Патент RU 2353908

Изобретение предназначено для газожидкостной экстракции. Способ включает организацию потоков жидкости и газа-носителя, формирование в экстракционной камере поверхности раздела фаз и проведение массообмена с последующим разделением проэкстрагированной жидкости и обогащенного летучими компонентами газа-носителя. Поступающий в камеру аксиальный поток жидкой среды преобразуется в два коаксиальных потока, разделенных газом-носителем. В аналитических системах экстракцию осуществляют в один этап, когда жидкая и газовая фазы подвижны, или в два этапа: вначале проводят прокачку пробы через камеру при нормальном или пониженном давлении неподвижной газовой фазы, а потом, после наступления концентрационного фазового равновесия, образовавшееся облако насыщенной летучими компонентами парогазовой смеси газа-носителя выталкивают из камеры в аналитическую газовую ячейку анализатора, где давление газа-носителя равно атмосферному. Устройство включает проточную трубчатую массообменную камеру, установленную вертикально, имеющую коаксиальную полость с гидрофильной поверхностью, сопряженную на верхнем конце с расширяющейся коаксиальной щелью. Технический результат: увеличение степени экстракции, увеличение чувствительности и повышение точности аналитических систем. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ газожидкостной экстракции летучих компонентов, предусматривающий использование трубчатой экстракционной камеры, снабженной жидкостными и газовыми патрубками для ввода и вывода экстрагируемой жидкости и газа-носителя, включающий организацию потоков жидкости и газа носителя, формирование в экстракционной камере поверхности раздела фаз и проведение массообмена с последующим разделением проэкстрагированной жидкости и обогащенного летучими компонентами газа-носителя, отличающийся тем, что поступающий в камеру аксиальный поток жидкой среды преобразуется в два коаксиальных потока, разделенных газом-носителем, при этом в аналитических системах экстракцию осуществляют в один этап, когда жидкая и газовая фазы подвижны, или в два этапа: вначале проводят прокачку пробы через камеру при нормальном или пониженном давлении неподвижной газовой фазы, а потом, после наступления концентрационного фазового равновесия, образовавшееся облако насыщенной летучими компонентами парогазовой смеси током газа-носителя выталкивают из камеры в аналитическую газовую ячейку анализатора, где давление газа-носителя равно атмосферному.

2. Устройство для газожидкостной экстракции летучих компонентов, включающее проточную трубчатую массообменную камеру, снабженную патрубками для ввода и вывода экстрагируемой жидкости и газа-носителя, отличающееся тем, что камера образована двумя коаксиальными трубками с гидрофильными смежными поверхностями, имеющими в верхней части суженные формованные концы, из которых суженный формованный конец внешней трубки открыт и суженной верхней частью сочленен соосно с входным жидкостным патрубком, а суженный формованный конец внутренней трубки заглушен или запаян, или суженный формованный конец внешней трубки заглушен, а суженный формованный конец внутренней трубки открыт и сочленен соосно с входным жидкостным патрубком, размещенным коаксиально во внутренней трубке, или каждый из суженных формованных концов трубок открыт и сочленен соосно с одним из двух противостоящих друг другу входных жидкостных патрубков, при этом трубки имеют гидрофильные поверхности и соединены нижними торцами, причем между смежными гидрофильными поверхностями суженных формованных верхних концов образуется входной жидкостный канал в виде расширяющейся к низу кольцевой щели с капиллярными свойствами в узкой части, а между смежными гидрофильными поверхностями трубок образуется коаксиальная полость со скошенным донцем.

3. Устройство для газожидкостной экстракции летучих компонентов по п.2, отличающееся тем, что размер расширяющейся щели в широкой части больше 8 мм, а в узкой части не превышает 4 мм.

4. Устройство для газожидкостной экстракции летучих компонентов по п.2 или 3, отличающееся тем, что газовые штуцеры на поверхности камеры размещены тангенциально и установлены под острым углом к вертикали.