СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА КИСЛОРОДА И ПРИМЕСЕЙ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В КИСЛОРОДЕ МЕДИЦИНСКОМ ГАЗООБРАЗНОМ Российский патент 2023 года по МПК G01N30/88 

Изобретение относится к способу качественного и количественного измерения содержания в кислороде газообразном медицинском кислорода и примесей - паров воды, окиси и двуокиси углерода, азота и метана, методом газовой хроматографии с применением портативного газового хроматографа, основанного на использовании планарных и микрофлюидных технологий.

Известен способ определения объемной доли кислорода (ГОСТ 5583-78 пункт 3.2), который проводят на аппарате АК-М1 или газоанализаторе типа ПАК путем поглощения кислорода. К недостаткам данного метода анализа относятся громоздкость аппаратурного оформления метода, высокая погрешность проведения измерений и отсутствие возможности одновременного определения токсичных микропримесей в кислороде.

Также известен способ определения объемной доли двуокиси углерода согласно ГОСТ 5583-78 п. 3.5, реализующийся путем поглощения CO₂ раствором гидрата окиси бария. В качестве основного минуса метода выделяют высокую погрешность определения и низкую экспрессность, а также ограниченное число определяемых компонентов.

Известен способ определения окиси углерода, представленный в п. 3.6 ГОСТ 5583-78. Способ реализуется путем пропускания кислорода через склянку с аммиачным раствором азотнокислого серебра в течение 30-35 минут. Кроме этого возможно определение содержание окиси углерода линейно-колористическим методом с помощью газоопределителя типа ГХ-4 или универсального переносного газоанализатора УГ-2 и индикаторной трубки. Недостатками данного метода является длительность анализа, отсутствие возможности определения других веществ.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности, селективности и экспрессности проведения анализа.

Технический результат достигается тем, что способ качественного и количественного анализа кислорода и его примесей в кислороде газообразном медицинском включает отбор пробы к анализу, проведение анализа содержащихся в кислороде газообразном медицинском примесей при помощи портативного газового хроматографа, проведение расчёта содержания компонентов по методу внешнего стандарта или по методу абсолютной градуировки для всех примесей, используя площади хроматографических пиков, с последующим определением количественного содержания кислорода, при этом в качестве портативного газового хроматографа используется газовый хроматограф, имеющий три независимых канала, где первый канал включает термохимический микродетектор и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом - углеродные молекулярные сита с удельной площадью поверхности 1200 м²/г и воздух в качестве газа-носителя; второй канал включает микродетектор по теплопроводности и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом - сополимер дивинилбензола и винилпирролидона и гелий в качестве газа-носителя; третий канал включает микродетектор по теплопроводности и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом молекулярные сита - цеолиты (NaX) и гелий в качестве газа-носителя, а хроматографирование пробы осуществляется одновременно по трем каналам хроматографа.

Технический результат также достигается тем, что система для качественного и количественного анализа кислорода и его примесей в кислороде газообразном медицинском состоит из набора инструментов и вспомогательного оборудования для отбора и дозирования проб, портативного газового хроматографа, аккумуляторной батареи, воздушного аккумуляторного компрессора, фильтра для газа носителя, расположенных в защитном кейсе для транспортировки, рабочей станции и поверочной газовой смеси, при этом в качестве портативного газового хроматографа используется газовый хроматограф, имеющий три независимых канала, где первый канал включает термохимический микродетектор и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом - углеродные молекулярные сита с удельной площадью поверхности 1200 м²/г и воздух в качестве газа-носителя; второй канал включает микродетектор по теплопроводности и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом - сополимер дивинилбензола и винилпирролидона и гелий в качестве газа-носителя; третий канал включает микродетектор по теплопроводности и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом молекулярные сита - цеолиты (NaX) и гелий в качестве газа-носителя.

Использование для анализа кислорода и примесей в кислороде медицинском газовой хроматографии позволяет повысить точность их качественного и количественного определения, увеличить скорость проведения анализа и расширить спектр определяемых веществ.

Метод газо-адсорбционной хроматографии основан на разделении компонентов смесей газов на поверхности твердого пористого носителя, обусловленном различием адсорбционной способности и механизмов взаимодействия адсорбент-адсорбат.

Способ измерения и количественного анализа кислорода и содержащихся в газообразном медицинском кислороде примесей осуществляется с помощью портативного газохроматографического комплекса, который предназначен для определения объемной доли кислорода, оксида и диоксида углерода, азота, метана в кислороде медицинском газообразном из баллонов или систем подачи кислорода в больничных учреждениях. Способ основан на разделении компонентов газовой смеси в микрофлюидных (микронасадочных) колонках 2м×1 мм с неподвижной фазой в виде цеолитов NaX, углеродного молекулярного сита с удельной площадью поверхности 1200 м²/г и сополимера дивинилбензола и винилпирролидона, элюированием их в токе гелия и воздуха и последующей регистрацией на микрофлюидных детекторах по теплопроводности и термохимическом детекторе.

Портативный газохроматографический комплекс состоит из:

- портативного газового хроматографа с программным обеспечением;

- воздушного аккумуляторного портативного компрессора;

- противоударного кейса;

- металлического пробоотборного сосуда (ПГО-400, бесшовный или аналогичный) объемом 0,4 л и стеклянного шприца объемом 0,1 л в защитном кейсе;

- вентиля точной регулировки (ВТР);

- рабочей станции с установленным программным обеспечением;

- гелия газообразного марки А или выше в баллоне объемом 1 л;

- сжатого воздуха класса 0 или 1 в баллоне объемом 0,7 л;

- фильтра для газа носителя, содержащего цеолит синтетический NaX, активированный;

- силиконовых трубок с внутренним диаметром 6-8 мм;

- трубок из нейлона или полиуретана 2×1,2 мм;

- редуктора газового кислородного;

- рожкового гаечного ключа №27/32, №27/30 или разводного гаечного ключа (0-40 мм);

- переходников на резьбу (21,8 СП – 3/4 дюйма);

- поверочной газовой смеси в кислороде (далее - ПГС): угарный газ 0,0005 (±20% отн.) %, метан 0,0015 (±10% отн.) %, азот 0,491 (±5% отн.) %, углекислый газ 0,01 (±10% отн.) % в баллоне объемом 5 или 2 л. Примечание: в скобках указаны допустимые отклонения истинного (паспортного) значения концентрации от указанного.

- уплотнения для газовых соединений до 15 МПа (разрешенные для кислорода, например, фторопласт, полиимид).

На фиг.1 представлена общая схема портативного газового хроматографа для проведения анализа,

на фиг.2 представлена схема соединений элементов системы,

где 1 - источник анализируемого газа; 2 - регулятор давления анализируемой пробы; 3 - манометр; 4, 5 и 6 - дозирующие устройства газового хроматографа; 7, 8 и 9 - хроматографические колонки с адсорбентами “молекулярные сита типа NaX”, “сополимер дивинилбензола и винилпирролидона” и “углеродные молекулярные сита”, соответственно; 10 и 11 - микродетектор по теплопроводности; 12 - микротермокаталитический (термохимический) детектор; 13 - источник газа-носителя гелия; 14 и 16 - регуляторы давления; 15 - источник газа-носителя “очищенный воздух”, 17 - портативный газовый хроматограф, 18 - точка отбора пробы, 19 - редуктор газовый кислородный или клапан запорный, включая переходники с прокладками, 20- пробоотборный сосуд, 21-вентиль тонкой регулировки, 22-портативный газовый хроматограф, 23 - редуктор для баллона с гелием, 24 - баллон с гелием марки А, 25 - редуктор для воздуха, 26 - баллон со сжатым воздухом, 27 - фильтр с цеолитами NaX, 28 - воздушный портативный компрессор, 29 - портативная аккумуляторная батарея, 30 - противоударный защитный кейс, 31 - капилляры и силиконовые трубки.

Из источника анализируемого газа газ через регулятор давления подается в дозирующее устройство, откуда выходит в атмосферу. Газы-носители через механические регуляторы давления подаются на вход электронных регуляторов давления, откуда поступают в устройства дозирования, позволяющие вводить дискретную пробку из анализируемого газа в ток газа-носителя, далее газ-носитель с дискретной зоной анализируемой пробы поступает в хроматографическую колонку, где за счет многократных актов сорбции десорбции смесь анализируемых компонентов разделяется на зоны индивидуальных веществ, которые в токе газа носителя вводятся детекторы, которые регистрируют время прохода вещества через хроматографическую систему и отклик, прямо пропорциональный концентрации анализируемых компонентов.

Система для измерения и количественного анализа примесей, содержащихся в газообразном медицинском кислороде, включает набор инструментов и вспомогательного оборудования для отбора и дозирования проб (пробоотборные сосуды - отбор проб из баллонов, используются совместно с устройством для заправки малых баллонов (при отборе пробы кислорода) и вентилем тонкой регулировки (при дозировании пробы); вентиль тонкой регулировки - дозирование пробы, используется совместно с пробоотборными сосудами и баллонами кислородными; редуктор газовый кислородный - дозирование пробы кислорода из баллонов; клапан запорный для кислородной консоли - дозирование пробы из кислородной консоли; заправочное устройство для малолитражных баллонов - заправка малолитражных баллонов и пробоотборников, используется совместно с комплектом переходников для соединения с прокладками; комплект переходников для соединения с прокладками - соединение баллонов с редукторами, пробоотборников с устройством для заправки малолитражных баллонов, редукторов с пробоотборниками, баллонов с вентилем тонкой регулировки; силиконовые трубки и капилляры - подача пробы к хроматографу, используются совместно с вентилями тонкой регулировки, редукторами, запорным клапаном; газовый ключ - открытие вентилей баллонов), портативный газовый хроматограф, включающий баллоны с газами-носителями гелием (газ-носитель гелий через редуктор подается на вход хроматографа «ГН-гелий») и воздухом (газ-носитель воздух через редуктор подается на вход хроматографа «ГН-воздух»), аккумуляторную батарею (посредством штекера подает питание 12 В на электропитание хроматографа), воздушный аккумуляторный портативный компрессор (нагнетает воздух в баллон с газом-носителем «воздух» хроматографа), фильтр для газа носителя, содержащий, цеолит синтетический активированный NaX (адсорбция примесей воды и углеводородов из воздуха, подаваемого насосом), в защитном кейсе для транспортировки, рабочую станцию и ПГС в баллоне 5 или 2 л. В рабочем состоянии системы к хроматографу с помощью кабеля подсоединяют аккумуляторную батарею, баллон с гелием марки А с помощью капилляра через редуктор, подсоединенному к баллону через переходник с прокладкой. Также к хроматографу с помощью капилляра подсоединяют баллон со сжатым воздухом через редуктор. К баллону с воздухом присоединен также через капилляр фильтр с цеолитами, а затем воздушный компрессор. В процессе анализа исследуемый газ от точки отбора пробы отбирается в пробоотборник через редуктор или запорный клапан, снабженный соответствующим переходником, или подается напрямую в хроматограф с использованием редуктора или вентиля тонкой регулировки и полиуретанового капилляра. Схема соединений приведена на фиг. 2. Данные хроматографирования от хроматографа поступают на рабочую станцию посредством Bluetooth соединения, где происходит их обработка и расчет. Газовый ключ используется в системе для присоединения ее элементов друг к другу, например, для присоединения редукторов и переходников к баллону или пробоотборному устройству. Заправочное устройство для малолитражных баллонов используется либо вместо редуктора в качестве соединения баллона с кислородом (точкой отбора) с пробоотборником, либо для заполнения баллона для газа-носителя гелием марки А, путем соединения данного 1л баллона с баллоном-донором, объемом 40 л.

Способ измерения и количественного анализа примесей, содержащихся в газообразном медицинском кислороде, включает в себя следующие этапы:

1) Подготовка пробы к анализу (при помощи газового редуктора /вентиля тонкой регулировки с целью контроля давления анализируемого газа, подаваемого на вход в прибор).

2) Проведение анализа содержащихся в кислороде газообразном медицинском примесей - окиси и двуокиси углерода, азота и метана при помощи трехканального портативного газового хроматографа (фиг. 1).

3) Определение качественного и количественного анализа методами внешнего стандарта и абсолютной градуировки.

Портативный газовый хроматограф имеет в своем составе три независимых канала:

1. Термохимический микродетектор и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом - углеродные молекулярные сита - и воздух в качестве газа-носителя;

2. Микродетектор по теплопроводности и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом сополимер дивинилбензола и винилпирролидона, гелий в качестве газа носителя;

3. Микродетектор по теплопроводности и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом молекулярные сита - цеолиты (NaX), гелий в качестве газа носителя.

Хроматографирование пробы осуществляется одновременно по трем каналам хроматографа. На первом канале происходит разделение кислорода и примесей угарного (СО) газа и метана (CH₄). На втором канале происходит разделение суммарного пика кислорода и азота и примеси углекислого газа (СО₂), на третьем канале происходи разделение кислорода (O₂) и примеси азота (N₂).

При проведении испытания кислорода медицинского газообразного методом газовой хроматографии необходимо:

- определить место и порядок пробоподготовки образца кислорода медицинского газообразного для проведения анализа;

- подготовить хроматографическое оборудование к анализу;

- произвести анализ поверочной газовой смеси;

- произвести проверку пригодности хроматографической системы;

- произвести пробоподготовку;

- произвести анализ пробы;

- обработать полученные результаты и произвести необходимые вычисления.

Перед началом работы следует убедиться в том, что баллоны с газом-носителем имеют необходимое избыточное давление для гелия не ниже 2 МПа, заполнить баллон с газом-носителем «воздух» с помощью портативного компрессора до избыточного давления не ниже 3 атм., визуально проверить все соединения и уплотнения газовых линий. Далее устанавливают и включают рабочую станцию, подключают питание газохроматографического комплекса к сети переменного тока 220 В/0,7А или к портативной аккумуляторной батарее. Запускают программу сбора данных и устанавливают связь между ПК и хроматографом посредством использования USB-кабеля или Bluetooth-соединения.

Затем при помощи редуктора, находящегося на внешней панели корпуса газохроматографического комплекса, на газовой линии подачи воздуха устанавливают управляющее давление 210-230 кПа и открывают вентиль баллона с гелием, выставляют с помощью редуктора давление газа на выходе из баллона 2,0 - 3,5 бар (0,20 - 0,35 МПа на манометре со шкалой 0 - 2,5 МПа).

После подачи газов-носителей запускают термостат колонок и питание детекторов, и дожидаются прогрева термостатов и детекторов до установленных температур и выхода хроматографа на режим готовности на всех трех каналах. Контроль выхода хроматографа на режим готовности осуществляют по стабильности дрейфа и отсутствию высокочастотных шумов на хроматограммах, а также по параметрам пригодности хроматографической системы.

Для проверки пригодности хроматографической системы присоединяют баллон с поверочной газовой смесью (ПГС) с помощью редуктора или ВТР и капилляра ко входу пробы хроматографа, открывают вентиль баллона и устанавливают поток газа на входе в газовую колонку с давлением 20±1 кПа. Омывают газовые коммуникации и дозирующую петлю узла ввода хроматографа анализируемой пробой не менее 30 секунд. Далее активируют режим анализа и дожидаются его окончания и записи хроматограммы. ПГС вводят не менее 3 раз. Обрабатывают полученные хроматограммы, размечают пики, определяют их время удерживания, площадь, ширину пиков на половине высоты.

На первом канале с установленным микрофлюидным термохимическим детектором и планарной микрофлюидной колонкой с адсорбентом Carboxen 1000 определяют пики кислорода, углерода монооксида, метана. При этом температура термостатов колонки и детектора 70-80°С, газ-носитель - сжатый воздух, скорость потока газа носителя 10 мл в мин., время хроматографирования 5 минут.

На втором канале с установленным микрофлюидным детектором по теплопроводности и планарной микрофлюидной колонкой с адсорбентом Porapak N определяют суммарный неразрешенный пик кислорода с азотом и углерода диоксида. При этом температура термостатов колонки и детектора 50-70°С, газ-носитель - гелий, скорость потока газа носителя 10 мл в мин., время хроматографирования 5 минут.

На третьем канале с установленным микрофлюидным детектором по теплопроводности и планарной микрофлюидной колонкой с адсорбентом NaX определяют пики кислорода и азота. При этом температура термостатов колонки и детектора 40-70°С, газ-носитель - гелий, скорость потока газа носителя 10 мл в мин., время хроматографирования 5 минут.

Критерии пригодности хроматографической системы:

1) разрешение между пиками (resolution), не менее, для пар

CO - пик воздуха (перед ним), 1,5;

CO₂ - воздух, 1,5;

O₂ - N₂, 1,5;

Разрешение рассчитывается по формуле:

где , - время удерживания пиков, при этом ≥ ;

- ширина пиков на половине их высоты.

2) RSD площадей определяемых пиков не более 10%, RSD времени удерживания определяемых пиков не более 1%. RSD рассчитывается по следующей формуле:

,

где - среднее значение результатов определений;

X_i - результаты единичных определений;

n - число определений;

3) Отношение сигнал/шум (S/N) для пика азота должно быть не менее 5, для угарного газа и углекислого газа - не менее 3. Определение ведут на хроматограмме без фильтрации шумов.

Отношение сигнал/шум рассчитывают по формуле:

где H - высота пика соответствующей примеси на хроматограмме ПГС;

h - размах фонового шума, измеряемый на хроматограмме того же ПГС.

В случае, если все критерии пригодности соответствуют требованиям, можно проводить анализ образца кислорода медицинского. А полученные хроматограммы ПГС для пригодности хроматографической системы используют для калибровки по методу внешнего стандарта (калибровка по одной точке).

Кислород в медицинских учреждениях может находиться: в кислородных баллонах, в сжиженном состоянии в установке для газификации (находится на огороженной территории вне здания), в линиях подачи кислорода (газопровод).

В зависимости от места нахождения кислорода, типа использующегося оборудования в медицинском учреждении, доступа к нему, климатических условий дозирование кислорода медицинского газообразного в газохроматографический комплекс возможно осуществить несколькими способами.

Первый из них - дозирование пробы в хроматограф из сосуда с газообразным кислородом, находящимся под давлением до 15 МПа (из баллона). При дозировании анализируемого газа в хроматограф непосредственно из баллона, на штуцер вентиля этого баллона присоединяют накидной гайкой кислородный редуктор или вентиль точной регулировки (ВТР) через переходник на соответствующую резьбу. На выходном ниппеле редуктора или ВТР фиксируют газовый канал (капилляр диаметром 2 мм), который присоединяют к штуцеру ввода пробы хроматографа. Перед тем, как открыть вентиль баллона, убеждаются в том, что кислородный редуктор перекрыт. После открытия вентиля баллона устанавливают рабочее давление (давление в камере редуктора) не более 0,1 МПа (1 атм) для создания слабого потока газа. Перед вводом пробы в хроматограф в течение 0,5 - 3 минут омывают рабочие камеры редуктора и газовый канал анализируемым газом.

Второй способ - дозирование пробы в хроматограф с использованием металлического бесшовного пробоотборника и ВТР. Анализ испытуемого образца осуществляется с использованием ПГО-400 (или его аналога), снабженного двумя запорными вентилями и заглушками на них, с разрешенным давлением заполнения до 15 МПа. Пробоотборник заполняют анализируемым газом из баллона или из консоли для кислородотерапии в медицинском учреждении и подключают его к хроматографу. При заполнении пробоотборника из баллона применяют редуктор высокого давления или заправочное устройство и газовый рукав (факультативно). Предельно допустимое давление для газового рукава - 4 МПа. Подсоединяют друг к другу последовательно: баллон - редуктор высокого давления (заправочное устройство) – переходник - пробоотборник (по стрелке). В местах контакта используют уплотнения. Перед заполнением пробоотборник омывают не менее чем 3-кратным объемом анализируемого газа, после чего заполняют и отсоединяют от баллона.

Перед тем, как открыть вентиль пробоотборника, находящегося под давлением газа, убеждаются в том, что кислородный редуктор или ВТР перекрыт. После открытия вентиля сосуда устанавливают рабочее давление (давление в камере редуктора) не более 0,1 МПа (1 атм.) для создания слабого потока газа. Перед вводом пробы в хроматограф в течение 0,5 - 3 минут омывают рабочие камеры редуктора или ВТР и газовый канал анализируемым газом.

В случае анализа газа, полученного путем газификации субстанции сжиженного медицинского кислорода непосредственно в медицинском учреждении или при необходимости анализа газа из баллона, подключенного к системе подачи медицинских газов, дозирование газифицированного кислорода осуществляется из консоли подвода медицинских газов в медицинском учреждении.

Подача газа для анализа осуществляется с помощью штекера кислорода или соответствующего запорного клапана с возможностью регулировки расхода (или давления) газа, использующегося медицинским учреждением для данного типа консоли. Часто на выходе штекеры снабжены увлажнителями кислорода. Присоединение газовых коммуникаций комплекса необходимо осуществлять до увлажнителя. На выходном ниппеле штекера фиксируют газовый канал, состоящий из силиконовой трубки или переходника на капилляр 2 мм. Открывают вентиль штекера и устанавливают слабый поток газа (0,2-1 мл/мин). Омывают газовую линию анализируемым газом в течение 0,5 - 2 мин, после чего проводят газохроматографический анализ.

При заполнении пробоотборника из кислородной консоли к розетке консоли подключают штекер или запорный клапан для кислорода с разъемом DIN, снабженный расходомером или манометром. К запорному клапану с помощью переходника подключают пробоотборник. Перед заполнением пробоотборник омывают не менее чем трехкратным объемом анализируемого газа, после чего заполняют и отсоединяют от запорного клапана.

Для дозирования анализируемого газа в хроматограф из пробоотборника после его наполнения, на выходной штуцер этого пробоотборника присоедините накидной гайкой кислородный редуктор или вентиль точной регулировки (ВТР). При необходимости используют переходные фитинги и уплотнения к ним. На выходном ниппеле редуктора или ВТР фиксируют газовый канал, состоящий из силиконовой трубки и переходника на капилляр 2 мм.

Пробу анализируемого кислорода хроматографируют не менее трех раз. Количество испытуемых образцов между вводами ПГС не должно превышать шести (N ≤ 6). Относительное стандартное отклонение площадей пиков (RSD, %) для повторных вводов испытуемых образцов не должно превышать 10%. Для последующих вводов ПГС отличие получаемой концентрации от паспортной не должно превышать 10% для монооксида углерода и не более 5% для остальных компонентов, RSD - не более 10%. RSD рассчитывается по результатам последовательных измерений не менее 3 вводов по формуле:

,

где - среднее значение результатов определений;

X_i - результаты единичных определений;

n - число определений.

По окончании работы отключают питание нагревательных элементов хроматографа, дожидаются температуры колонок и термостатов ниже 50°С, после чего отключают электропитание хроматографа и перекрывают подачу газов-носителей. Переходят к обработке полученных результатов.

Обработка полученных хроматограмм осуществляется с помощью ПО хроматографа согласно руководству по эксплуатации.

Идентификация определяемых компонент осуществляется по времени удерживания. Время удерживания пика определяемого компонента на хроматограмме испытуемого образца должно соответствовать времени удерживания пика этого же компонента на хроматограмме стандартного образца. Подлинность кислорода определяют по пикам, полученным на двух каналах (ДТХ с колонкой Carboxen 1000 и ДТП с колонкой NaX).

Содержание примесей диоксида и монооксида углерода, азота, метана в препарате в объёмных процентах (X, %) вычисляют согласно методу внешнего стандарта по формуле:

где S_n - площадь пика определяемого компонента на хроматограмме испытуемого образца;

S₀ - площадь пика определяемого компонента на хроматограмме стандартного образца;

X₀ - концентрация определяемого компонента в стандартном образце в %.

Количественное содержание кислорода в объемных процентах (X_k) вычисляют по формуле:

где X_n - концентрация примесей (азота, диоксида и монооксида углерода, метана в испытуемом образце в %, полученных методом газовой хроматографии, а также концентрация водяных паров, полученная с помощью ИВГ-1).

Результат анализа кислорода медицинского считается положительным, в случае если концентрация кислорода в анализируемом образце не менее 99,5%, монооксида углерода не более 0,0005%, диоксида углерода не более 0,01%, водяных паров не более 0,009%.

Были проведены испытания, результаты которых представлены ниже.

Состав ПГС включает CO - 0,000550%, CH₄ - 0,00165%, CO₂ - 0,00980%, N₂- 0,515%, O₂ - основа.

Был произведен хроматографический анализ ПГС. ПГС хроматографируют не менее трех раз. Результаты анализа представлены в таблице №1-4.

Таблица №1. Данные разметки пиков хроматограмм ПГС, полученных для проверки пригодности хроматографической системы и калибровки, анализ №1 № Name S t_R H w_1/2 N Канал 1 1 О₂ 0.2330 66.9 8.854 4.9 1017 2 СО 0.0020 84.6 0.092 4.7 1805 3 СН₄ 0.0120 193.3 0.254 9.5 2294 Канал 2 1 О₂ 26.7950 8.7 971.66 5.3 15 2 СО₂ 0.0230 31 1.38 3.3 504 Канал 3 1 О₂ 31.2840 118.1 402.029 14.1 387 2 N₂ 0.1000 208 1.047 17.9 750

Таблица №2. Данные разметки пиков хроматограмм ПГС, полученных для проверки пригодности хроматографической системы и калибровки, анализ №2 № Name S t_R H w_1/2 N Канал №1 1 О₂ 0.2310 66.9 8.819 5 992 2 СО 0.0020 84.4 0.094 4.9 1619 3 СН₄ 0.0120 193.4 0.251 9.4 2358 Канал №2 1 О₂ 26.8160 8.7 971.288 5.4 15 2 СО₂ 0.0230 31 1.399 3.2 524 Канал №3 1 О₂ 31.3300 118.2 402.849 14.3 381 2 N₂ 0.1070 206.4 1.068 19.2 641

Таблица №3. Данные разметки пиков хроматограмм ПГС, полученных для проверки пригодности хроматографической системы и калибровки, анализ №3 № Name S t_R H w_1/2 N Канал 1 1 О₂ 0.2330 66.9 8.844 5 992 2 СО 0.0020 84.7 0.088 5.4 1376 3 СН₄ 0.0120 193.9 0.251 9.1 2536 Канал 2 1 О₂ 26.8510 8.7 970.51 5.4 15 2 СО₂ 0.0220 31 1.351 3.2 524 Канал 3 1 О₂ 31.3470 118.1 403.756 14.2 384 2 N₂ 0.1050 207.1 1.076 18.1 723

Таблица №4. Данные полученных для проверки пригодности хроматографической системы и калибровки Канал h, размах фона 1 0.007188 2 0.013438 3 0.019375

Далее вычисляются средние площади для каждого из анализируемых пиков (кроме кислорода) по формуле:

Затем вычисляется RSD по формуле:

Все расчётные данные приведены в таблице№5. Полученные значения RSD не превышают 10%, значит, пригодность хроматографической системы по данному требованию удовлетворяет требованиям.

Таблица №5. ПЛОЩАДЬ, S₀ Примесь S (площадь) S ср. RSD, % Д.б.: не более % 1 2 3 CO 0.002 0.002 0.002 0.002 0.0 10.0 CH₄ 0.012 0.012 0.012 0.012 0.0 10.0 CO₂ 0.023 0.023 0.022 0.023 2.1 10.0 N₂ 0.100 0.107 0.105 0.104 2.8 10.0

Аналогичным образом рассчитываются средние значения для времени удерживания, высоты, ширины пика на половине высоты для интересующих пиков для трех хроматограмм ПГС. Для времени удерживания дополнительно рассчитываем RSD. Полученные значения RSD для времен удерживания не превышают 1%, значит, пригодность хроматографической системы по данному требованию также удовлетворяет требованиям. Результаты вычислений приведены в таблице №6-8.

Таблица №6. ВРЕМЯ УДЕРЖИВАНИЯ Компонент t_R (время удерживания), сек t_R ср. RSD, % 1 2 3 CO 84.6 84.4 84.7 84.6 0.1 CH₄ 193.3 193.4 193.9 193.5 0.1 CO₂ 31.0 31.0 31.0 31.0 0.0 N₂ 208.0 206.4 207.1 207.2 0.3 O₂ (2 канал) 66.9 66.9 66.9 66.9 0 O₂ (3 канал) 8.7 8.7 8.7 8.7 0 O₂ (4 канал) 118.1 118.2 118.1 118.1 0

Таблица №7. Компонент H (высота) H ср. 1 2 3 CO 0.092 0.094 0.088 0.091 CH₄ 0.254 0.251 0.251 0.252 CO₂ 1.380 1.399 1.351 1.377 N2 1.047 1.068 1.076 1.064

Таблица №8. Компонент w1/2 (ширина пика на полувысоте) w1/2 ср 1 2 3 CO 4.7 4.9 5.4 5.0 CH₄ 9.5 9.4 9.1 9.3 CO₂ 3.3 3.2 3.2 3.2 N₂ 17.9 19.2 18.1 18.4 O₂ (1 канал) 4.9 5.0 5.0 5.0 O₂ (2 канал) 5.3 5.4 5.4 5.4 O₂ (3 канал) 14.1 14.3 14.2 14.2

Рассчитываем разрешение по формуле:

результаты в таблице №9.

Таблица №9. РАЗРЕШЕНИЕ Канал Пара Вычисленное Rs: не менее Rs1 Rs2 Rs3 1 O₂-CO 2.2 2.1 2.0 1.5 2 O₂-CO₂ 3.1 3.1 3.1 1.5 3 O₂-N₂ 3.3 3.1 3.3 1.5

Пригодность хроматографической системы по разрешению хроматографических пиков соответствует требованию.

Рассчитывается отношение сигнал/шум по формуле:

результаты представлены в таблице №10.

Таблица №10. Компонент H ср. h, размах фона S/N Д.б.: не менее % CO 0.091 0.007188 25.31 3 CH₄ 0.252 0.007188 70.12 3 CO₂ 1.377 0.013438 204.94 3 N₂ 1.064 0.019375 109.83 5

По соотношению сигнал/шум все хроматографические пики соответствуют требованиям.

Далее переходят к анализу кислорода и расчёту хроматограмм анализируемого кислорода. Данные разметки хроматограмм из программы обработки хроматографа приведены ниже в таблицах №11-12а.

Таблица №11. Данные разметки пиков хроматограмм проб, полученных для проверки пригодности хроматографической системы и калибровки, анализ №1 № Name S Tr H W/2 N Канал 1 1 О₂ 0.2 66.9 8.886 5 991.8 СО 0 0 0 0 0 3 СН₄ 0.0 193.5 0.218 9.4 2328.9 Канал 2 1 О2 26.8 8.7 971.812 5.4 14.5 СО₂ 0 0 0 0 0 Канал 3 1 О₂ 31.2 118.1 402.108 14.2 383.9 N₂ 0 0 0 0 0

Таблица №12. Данные разметки пиков хроматограмм проб, полученных для проверки пригодности хроматографической системы и калибровки, анализ №2 № Name S Tr H W/2 N Канал 1 1 О₂ 0.2 66.9 8.93 5 991.8 CO 0 0 0 0 0 3 СН₄ 0.0 193.3 0.226 9.3 2386.9 Канал 2 1 О₂ 26.8 8.7 972.608 5.4 14.5 CO₂ 0 0 0 0 0 Канал 3 1 О₂ 31.3 118.1 401.836 14.2 383.9 2 N₂ 0 0 0 0 0

Таблица №12а. Данные разметки пиков хроматограмм проб, полученных для проверки пригодности хроматографической системы и калибровки, анализ №3 № Name S Tr H W/2 N Канал 1 1 О₂ 0.235 66.9 8.92 4.9 1017.1 CO 0 0 0 0 0 2 СН₄ 0.0 192.8 0.22 9.6 2222.9 Канал 2 1 О₂ 26.702 8.7 972.861 5.3 14.9 CO₂ 0 0 0 0 0 Канал 3 1 О₂ 31.2 118.1 400.641 14.2 383.9 N₂ 0 0 0 0 0

Определяется подлинность кислорода (табл.13). Для этого определяется время удерживания пиков кислорода на 1 и 3 канале. Рассчитывается среднее значение и сопоставляется с данными, полученными для ПГС. Время удерживания пиков кислорода на хроматограммах анализируемого кислорода медицинского совпадает со временем удерживания пиков кислорода на хроматограммах ПГС.

Таблица №13. ПОДЛИННОСТЬ Примесь Tr (время удерживания), сек Tr_ср., выч Допуск, 5% Прим-е 1 2 3 мин макс O₂ (1 канал) 66.9 66.9 66.9 66.9 63.6 70.2 O₂ (3 канал) 118.1 118.1 118.1 118.1 112.2 124.0

Для расчёта содержания примесей определяются их площади, рассчитывается среднее значение по трем хроматограммам (табл.14). Далее рассчитывается содержание по формуле:

, результаты приведены в табл.15, в качестве значения S₀ берется среднее значение площадей, полученное для ПГС.

Таблица 14. ПЛОЩАДЬ, Sn Примесь S S ср. RSD, % Д.б.: не более, % 1 2 3 CO 0.00 0.00 0.00 0.00 0 10 CH4 0.01 0.01 0.01 0.01 4.4 10 CO2 0.00 0.00 0.00 0.00 0 10 N2 0.00 0.00 0.00 0.00 0 10

Таблица 15. СОДЕРЖАНИЕ ПРИМЕСЕЙ Компонент Сод.,% Д.б., % CO 0.0000 не более 0.0005 CH4 0.0015 CO2 0.00 не более 0.01 N2 0.00

Содержание кислорода рассчитывается по формуле:

.

В данном примере случае X_К = 100-0,0015 = 99,9985%~100%.

Таким образом, преимущество предложенного способа заключается в том, что с его применением возможно провести испытания кислорода по четырем показателям одновременно (подлинность, количественное определение, содержание примесей угарного и углекислого газов), а также оценить содержание примесей метана и азота. Более того, применение данного способа позволяет существенно сократить время анализа и расход пробы. Также благодаря использованию портативного газового хроматографа возможно проведение испытаний в полевых условиях на базе передвижной лаборатории или непосредственно в медицинском учреждении (больнице).

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к анализу содержащихся в кислороде газообразном медицинском примесей: паров воды, окиси и двуокиси углерода, азота и метана. Способ качественного и количественного анализа кислорода и его примесей в кислороде газообразном медицинском включает отбор пробы к анализу, проведение анализа содержащихся в кислороде газообразном медицинском примесей при помощи портативного газового хроматографа, проведение расчёта содержания компонентов по методу внешнего стандарта или по методу абсолютной градуировки для всех примесей, используя площади хроматографических пиков, с последующим определением количественного содержания кислорода в объемных процентах (X_K) по формуле:

где X_n - концентрация примесей в испытуемом образце в %, полученных методом газовой хроматографии. В качестве портативного газового хроматографа используется газовый хроматограф, имеющий три независимых канала, где первый канал включает термохимический микродетектор и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом - углеродные молекулярные сита с удельной площадью поверхности 1200 м²/г и воздух в качестве газа-носителя; второй канал включает микродетектор по теплопроводности и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом - сополимер дивинилбензола и винилпирролидона и гелий в качестве газа-носителя; третий канал включает микродетектор по теплопроводности и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом молекулярные сита - цеолиты (NaX) и гелий в качестве газа-носителя, а хроматографирование пробы осуществляется одновременно по трем каналам хроматографа. Техническим результатом является повышение точности, селективности и экспрессности проведения анализа. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 15 табл.

1. Способ качественного и количественного анализа кислорода и его примесей в кислороде газообразном медицинском, включающий отбор пробы к анализу, проведение анализа содержащихся в кислороде газообразном медицинском примесей при помощи портативного газового хроматографа, проведение расчёта содержания компонентов по методу внешнего стандарта или по методу абсолютной градуировки для всех примесей, используя площади хроматографических пиков, с последующим определением количественного содержания кислорода в объемных процентах (X_K) по формуле:

,

где X_n - концентрация примесей в испытуемом образце в %, полученных методом газовой хроматографии,

при этом в качестве портативного газового хроматографа используется газовый хроматограф, имеющий три независимых канала, где первый канал включает термохимический микродетектор и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом - углеродные молекулярные сита с удельной площадью поверхности 1200 м²/г и воздух в качестве газа-носителя; второй канал включает микродетектор по теплопроводности и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом - сополимер дивинилбензола и винилпирролидона и гелий в качестве газа-носителя; третий канал включает микродетектор по теплопроводности и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом молекулярные сита - цеолиты (NaX) и гелий в качестве газа-носителя, а хроматографирование пробы осуществляется одновременно по трем каналам хроматографа.

2. Система для качественного и количественного анализа кислорода и его примесей в кислороде газообразном медицинском, состоящая из набора инструментов и вспомогательного оборудования для отбора и дозирования проб, портативного газового хроматографа, аккумуляторной батареи, воздушного аккумуляторного компрессора, фильтра для газа носителя, расположенных в защитном кейсе для транспортировки, рабочей станции и поверочной газовой смеси, при этом в качестве портативного газового хроматографа используется газовый хроматограф, имеющий три независимых канала, где первый канал включает термохимический микродетектор и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом - углеродные молекулярные сита с удельной площадью поверхности 1200 м²/г и воздух в качестве газа-носителя; второй канал включает микродетектор по теплопроводности и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом - сополимер дивинилбензола и винилпирролидона и гелий в качестве газа-носителя; третий канал включает микродетектор по теплопроводности и планарную микрофлюидную хроматографическую колонку с адсорбентом молекулярные сита - цеолиты (NaX) и гелий в качестве газа-носителя.