Автоматический дозатор для жидкостного хроматографа Советский патент 1984 года по МПК G01F13/00 

1 Изобретение относится к автомати ческому дозированию точных количеств жидкости в поток под высоким давлением, а конкретнее к конструкциям автоматических дозаторов пробы для жидкостного хроматографа высоко го давления. Известен автоматический дозатор пробы, содержащий дозирующую петлю, отборную трубку, сосуд с пробойр . Недостатками дозатора являются размывание пробы при вымывании ее из петли в колонку хроматографа, лз лишек пробы для заполнения петли, недостаточное внешнее.промывание иглы отбора пробы и относительно сложная (а потому ненадежная)конструкция сосудов для пробы. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является до затор для жидкостного хроматографа, содержащий манипулятор, соединенный с трубкой дг1я отбора пробы, всасыватель, систему ввода пробы в колон ку и систему управления. Система ввода пррбы в колонку содержит пере ключаемый петлевой кран. Для промывания иглы отбора на конвейере с сосудами для пробы предусмотрен дополнительный сосуд с жидкостью, про мывающей трубки отбора и дозирующую петлю. Проба всасывается в петлю при помощи шприца 2 . Так как дозирующая петля соединена с иглой отбора при помощи капилляра определенной длины, то разр жение, необходимое для заполнения петли, может вызвать испарение легколетучих проб. Недостатками известного дозатора являются также излишек пробы при заполнении петли, сложная конструкция сосудов пробы, недостаточное внешнее промывание иглы отбора пробы и размывание пробы при вымывании ее из петли в колонку хроматографа. Цель изобретения - повышение аппаратурной эффективности разделения, исключение перехода следов пре дыдущей пробы в следующую и экономия пробы. Поставленная цель достигается тем, что в автоматическом дозаторе для жидкостного хроматографа, содержащем систему ввода и отбора про бы, систему управления, всасыватель конвейер с сосудами для пробы и систему промывания, система вводов 92 и отбора пробы выполнена в виде манипулятора, установленного с возможностью вращения и взаимодействия с узлом ввода пробы, при этом внутри манипулятора помещена капиллярная трубка для отбора и ввода пробы. Нижний конец капиллярной трубки установлен внутри двух телескопических трубок, снабженных пружиной и затвором. Система промывания выполнена в виде стакана с осевым отверстием, в нижней части которого эксцентрично отверстию установлен подпружиненный колпак, снабженный гнездом для установки конца капилляра, в верхней части боковой поверхности стакана выполнено отверстие подачи жидкости для промывания капилляра. На фиг.1 изображен дозатор, общий вид, на фиг. 2 - расположение узла ввода, узла промывания конца капилляра и конвейера с сосудами по отношению оси вращения манипулятора; на фиг.З - узел I на фиг.I; на фиг.4 - узел м на фиг.1) на фиг.5 - положение дозатора в начале цикла; на фиг.6 - положение манипулятора после промывания иглы; на фиг.7 - то же, перед отбором пробы; на фиг.8 - то.же, при отборе пробы; на фиг.9 - то же, после отбора пррбы; на фиг.10 - то же, перед промыванием иглы; на фиг.II - то же, над узлом ввода; на фиг.12 - то же, перед переключением заслонки шлюзовой камеры узла ввода; на фиг.13 положение дозатора при вводе пробы в колонку; на фиг.14 - положение манипулятора после ввода пробы. Автоматический дозатор для жидкостного хроматографа содержит манипулятор I с капилляром 2 для отбора и ввода пробы,.всасыватель 3, конвейер 4 с сосудами 5 для пробы, узел 6 ввода пробы в колонку, узел 7 промывания конца капилляра 2, источник 8 жидкости для промывания (насос ), привод 9 манипулятора 1, привод 10 . конвейера 4, привод 1I переключения узла 6 ввода, распределитель 12 потока элемента от насоса 13, пневмораспределители 14 и 15, блок 16 управления, основание 17. Манипуля- тор 1 состоит из пневмоцилиндра 18, перемещающегося на штоке 19, в котором имеются каналы 20 и 21 для подачи сжатого газа в разные полости цилиндра 18. Шток 19 вместе с цилин3дром 18 установлен на подшипнике 22 и снабжен ограничителем 23 осеBofo перемещения. Цилиндр 18 соединен через кронштейн 24 с внешней трубкой 25 пары телескопических трубок. Внутри трубки 25 установлена трубка 26,на дно которой опирается пружина 27. Капилляр 2 прикреп лен к трубке 25 при помощи нажимного ниппеля 28. К внешней трубке 25 в вырезу 29 на оси 30 прикреплен затвор 31 для фиксации внутренней телескопической трубки в верхнем положении. Пружина 32 поддерживает затвор 31 в-положении фиксации внутренней трубки. Часть капилляра 2 свернута в спираль 33 для достижения гибкости при поворотах манипуля тора 1 вокруг оси штока 19, а также для помещения пробы в капилляре 2. Шток 19 вместе с цилиндром 18 выпол нен вращающимся вокруг своей оси на 180 , а цилиндр 18 выполнен перемещающимся на штоке 19 вертикально, при этом отдельные положения манипулятора 1 определяются конечными выключателями (не показаны). Шток 19 соединен с пневмораспределителем 14. Всасыватель 3 состоит из цилиндра 34, внутри которого расположен щток 35. Длина хода штока 35 определяется поло)йением микрометрическо го винта 36. Шток 35 держится в ниж нем положении при помощи пружины 37 и выполнен перемещающимся вверх при подаче сжатого газа от распреде лителя 15. Камера 38 всасывания соединена с насосом элюента через рас пределитель 12. Конвейер 4 состоит из диска 39, в гнездах 40 которого расположены сосуды 5 для пробы. Сосуды 5 (фиг.4) срстоят из корпуса 41 и колпака 42, между которыми рас положены шайба 43 и мембрана 44. Внутренняя конфигурация; корпуса 41 сосуда 5 выполнена в виде двух цилиндров, расположенных эксцентричес ки друг относительно друга таким об разом, что ось нижнего, более малого, цилиндра сдвинута относительно оси сосуда. Все детали сосуда 5 выполнены из химически стойкого материала. Сосуды 5 опираются в гнездах 40 на пружины 45. Конвейер 4 получает вращение от привода 10. Узел 6 ввода пробы вколонку состоит из корпуса 46, в котором расположена вращающаяся заслонка 47. Между заслонкой 47 и крьш1кой 48 установлено 69- 4 уплотнение 49. Канал в колонку проходит через заслонку 47, уплотнение 49, уплотнение 50 и колпак 51. Заслонка 47 получает вращение от привода 11. Узел 7 промывания конца капилляра 2 (фиг.З) состоит из корпуса 52, в котором находится гнездо (отверстие) 53, диаметр которого на некоторую величину больше диаметра конца капилляра 2. В нижней части корпуса 52 находится колпак 54, который подпружинен пружиной 55, которая в свою очередь опирается в гнездо 56 Колпак 54 снабжен гнездом под торец конца капилляра 2 и отверстием 57. Канал 58 предусмотрен для подачи жидкости промывания от источника 8, в качестве которого можно использовать, например, мембранный насос с приводом от электромагнита. Приводы 9-11 могут быть электромеханическими либо пневматическими. Конвейер 4, узел 6 ввода и узел 7 промывания в плоскости, перпендикулярной оси штока I9 манипулятора I, расположены как показано на фиг.2. Над конвейером 4 расположена плита 59 с отверстием 60. На фиг.5 показан элемент 61 освобождения затвора 31. На фиг.1 позицией 62 обозначены линим элемента, позицией 63 - линии сжатого газа и позицией 64 линии электрического управления. Автоматический дозатор для жидкостного хроматографа работает следующим образом. В начале рабочего цикла манипулятор I находится в положении, когда конец капилляра в узле промьшания 7 (фиг.5). Хроматограф в это время осуществляет промывание колонки или элюирование предыдущей пробы. После команды от блока 16 управления переключается распредели,тель 15и элемент вытесняют из всасывателя 3, а следовательно и из капилляра 2. Количество вытесняемого элюента,.т.е. и отбираемой пробы, устанавливают в начале работы микрометрическим винтом 36. Затем включают насос 8 и промывают конец капилляра 2 в потоке элюента ли в каком нибудь другом растворителе, хорошо растворяющем возможные следы пробы. Так как отверстие 53 в корпусе 52 лишь немного больше диаметра капилляра 2, получается поток с высокой линейной скоростью и, следе5вательно, эффективное промывание. Еще до окончания промывания манипулятор 1 по команде блока 16 переключением распределителя 14 начинает передвигаться вверх. Таким образом промывается и гнездо в колпаке 54. Поскольку элемент 61 освобождения придерживает затвор 31 в выключенном положении, внутренняя телескопическая трубка 26 под воздействием пружины 27 при перемещении вверх манипулятора 1 вьщвигается до тех пор, пока не упрется на выступ внеш ней трубки 25. После достижения вер него положения (фиг.6) манипулятор 1 поворачивают при помощи привода 9 на 90 в положение над конвейером 4 (фиг.7). После этого переключением распределителя 14 манипулятор 1 опуркается вниз. Конец капилляра 2 проходит через отверстие 60 в плите 59 и через мембрану 44 в сосуд с пробой. Телескопическая Tpy6ka 26 опирается на плиту 59 и перемещается внутри трубки 25 до тех пор, пока не фиксируется в выдвинутом поло жении затвором 3I. Телескопические трубки 25 и 26 точно определяют мес то нахождения торца капилляра 2 и не дают ему перегибаться. В конце передвижения вниз (фнг.4) капилляра 2 конец последнего опирается на конусообразное дно сосуда 5 и цри необходимости сосуд перемещается вниз. Ось нижнего цилиндра корпуса 41 сосуда с конусообразным дном смещена относительно оси основного цилиндра на некоторую величину. Этим обеспечено то, что -в нижнем положении не закрывается отверстие в торце капилляра 2. Применение сосудов с внутренней конфигурацией эксцентрических цилиндров с выполнением нижнего более малого диаметра позволяет использовать один и тот же сосуд как для больших количеств пробы, так и для микроколичеств (510 мкл. Когда манипулятор 1 доходи до нижнего крайнего положения, распределитель 13 переключают и шток 35 всасывателя 3 под воздействием пружины 37 перемещаете назад, всасывая пробу в капилляр 2. Внутренний диаметр капилляра 2 выбирается таким, что предусмотренная максимальная доза размещается от торца капилляра 2 только на несколько сан тиметров. Тем самьм разрежение, необходимое для всасывания пробы, ост 696 ется незначительным и не вызывает испарения легколетучих проб. После этого распределитель 14 переключает манипулятор 1 вверх. Так как трубка 26 зафиксирована затвором 31 в задвинутом положении, то из сосуда выходит голый капилляр 2. Этим предотвращается попадание следа пробы на нижнюю часть трубки 26, в особенкости на стенки нижнего отверстия для прохода капилляра 2. Положение манипулятора I после отбора пробы показано-на фиг.9. Теперь манипулятор 2 поворачивают при помощи привода 9 обратно Б то положение, в котором торец капилляра 2 остается над узлом промывания 7 (фиг,10). Переключением распределителя I4 манипулятор I опускается вниз и конец капилляра 2 проходит в узел 7, промывания. В нижнем положении элемент 61 освобождения перемещает затвор. 31, Когда перемещение вниз прекращается, насосом 8 подается жидкость промывания. Торец капилляра 2 опирается в гнездо в колпаке 54, который предотвращает вымывание пробы из торца капилляра 2. Манипулятор I перемещается вверх только после выключения потока от насоса 8, При перемещении манипулятора 1 вверх внутренняя- телескопическая трубка 26 под воздействием пружины 27 выдвигается из внешней. Б конце операции манипулятор 1 занимает положение показанное на фиг.6. После этого приводом 9 манипулятор 1 поворачивают в положение, в котором торец капилляра 2 остается над каналом узла 6 ввода (фиг .11) .. Переключением распределителя 14 манипулятор 1 перемещается вниз в положение, показанное на фиг,12. Конец капилляра 2 проходит при этом через отверстие в уплотнении 49, после чего перемещение вниз прекращается. Для обеспечения герметичности отверстие в уплотнении 49 выбрано таким, что капилляр 2 проходит очень плотно. Те-, лескопические трубки 26 и 25 предо вращают при этом перегиб капилляра 2. Следующей операцией заслонка 47 узла ввода поворачивается при помощи привода 11 в положение, в котором образуется прямой канал в колонку. Затем манипулятор 1 перемещается вниз до отказа (фиг.13). Телескопическая трубка 26, которая опирается на колпак 51, передвигается

, 7

внутрь трубки 25 и .фиксируется зй твором 3..Следующей операцией пере1Й1ючают распределитель 12 и элюент проходит через камеру 38 всасывателя, спираль 33 и капилляр 2, промывая пробу в колонку. Спираль 3 капилляра 2 предусмотрена для предотвращения перемещения пробы в камеру 38 всасывателя 3 под влиянием напора в колонке. Если же под напором элюента за,счет эластичности системы всасывания проба перемещается в капилляре в сторону всасыва.теля 3, то она остается в капиллярной трубке 2 (в спирали 33 Но так как капилляр 2 выбран небольшого диаметра, то перемещение пробы в ней в ту или иную сторону заметного размывания не вызывает. Колонку прикрепляют к узлу 6 ввода так, что торец капилляра 2 доходит до слоя сорбента. Таким образом обеспечивается способ ввода пробы, гарантируюпц й наилучшую эффективность колонки. Продолжительность вымывания пробы из капилляра 2 определяется блоком 16 управления и в зависимости от подачи.насоса 13 и может быть перенастроена. После вымывания распределитель 14 переклю-чается в положение,показанное на фиг.1.

Затем переключением распределителя 14 манипулятор I перемещается вверх, пока конец капилляра 2 не выйдет из заслонки 47 и не переключит ее. После этого манипулятор 1 поднимается.вверх до отказа в поло0169

жение, показанное на фиг. 14. Поскольку внутренняя трубка 26 зафиксирована в трубке 25, то из узла 6 ввода выходит голый капилляр 2.

5 Этим предотвращается попадание следов пробы на нижнюю часть трубки 26, особенно на стенки нижнего отверстия для прохода капилляра 2. Теперь манипулятор 1 поворачивают при

o помощи привода 9 в положение над узлом 7 промывания, опускают вниз и промывают конец капилляра 2,как это описывалось в начале цикла. Этим один рабочий цикл автоматического

5 дозатора закончен и он остается, в положении ожидания до конца следующего цикла. В начале следующего цикла привод 10 поворачивает конвейер 4 на один шаг. Промывание капилляра 2 отбора и ввода пробы три раза в течение цикла полностью предотвращает попадание следов предьщущей пробы в следующую, как в сосудах для пробы, так и в колонке (в узле ввода )..

Использование предлагаемого устройства позволит существенно повысить аппаратурную эффективность разг деления (отпадает внеколоночное размывание пробы в дозаторе петлевого типа, как это имеет место у всех известных автоматических дозаторов ), исключить переход следов предыдущей пробы в следующую и повысить экономию пробы, так как возможен отбор из

5 весьма малого количества и отобранная .проба полностью вводится в колон-ку хроматографа.

Ось вращения манипуляторах

I, АВТОМАТИЧЕСКИЙ ДОЗАТОР ДЛЯ ЖИДКОСТНОГО ХРОМАТОГРАФА, содержащий систему ввода и отбора пробы, систему управления, всасьгаатель, конвейер с сосудами для пробы и систему промывания, о т л и ч а ю щ и И с и тем, что, с цепью повышения аппаратурной эффективности разделения исключения перехода и экономии про: бы I системаввода и отбора пробы вы-. полнена в виде манипулятора, установленного с возможностью вращения и . взаимодействия с узлом ввода пробы, при этом внутри манипулятора помещена капиллярная трубка для отбора и ввода пробы. 2.Дозатор по П.1, о т л и ч аю щи и с я Тем, что нижний конец капиллярной трубки установлен внутри двух телескопических трубок, снабженных пружиной и затвором. 3.Дозатор по п.1, о т л и ч аю щ н и с я тем, что система промывания выполнена в виде стакана с осевым отверстием, в нижней части которого эксцентрично отверстию установлен подпружиненный колпак, снабженный гнездом для установки конца капилляраi в верхней части боковой поверхности стакана выполнено отверстие подачи жидкости для промывания капилляра.

конец капилляра

В сброс Фиг.5

Конец капипляра W

ФигМ

л

Ы

26 31

17

Z

L

25

п ,

V .

2SЛ

& /t

BS

г «-

Риг.Л

59

/

f

Фиг.Ю

Фиг.9

. jr

г

г я

s.

Фиг. 11

Фиг.1г

П

Фиг.13

д

Фи1.1Ч