Хроматограф для анализа примесей в газах Советский патент 1988 года по МПК G01N30/08 

13

Изобретение относится к хроматографам, в частности к низкотемпературным газовым хроматографам, в которых с целью обогащения и разделения примесей используют перемещение те.мпера- турног о поля, а в качестве газа-носителя - сам анализируемый газ, и может найти применение лля определения примесей в легких газах, в частности в гелии.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности анализа за счет проявления примесей на фоне основного компонента газа.

На фиг.1 представлена принципиальная схема хроматографа; на фиг.2 - газовая схема хрс матографа; на фиг.З вариант схемы переключения колонок. Хроматограф содержит ванну 1 для хладагента и нагреватель 2, хрома- тографические колонки 3-5 и привод с валом 6 для вращения колонок.

Колонки 3-5 изогнуты по окружностям и установлены концентрически на валу 6 в плоскости, перпендикулярной оси вала. Колонки 4 и 5 установлены иде}1тичио, а колонка 3 смещена относительно колонок 4 и 5 в направлении их перемещения при вращении на угол 180°.

Колонки 3-5 соединены между собой с помощью переключающего устройства 7 последовательно, причем входы 8 и 9 колонок 4 и 5 связаны через переключающее устройство 7 с каналом 10 для подачи газа и с выходом 11 колонки 3, а выходы 12 и 13 колонок 4 и 5 - с каналом 14 для вывода газа и входом 15 колонки 3.

7 выпо.п- валом 6

Вал 6 установлен в неподвижных опорах 16 и 17 с помощью уплотни- тельных втулок 18 и 19, Ппя прохода газа неподвижные опоры 16 и 1/ имеют канал1)1 20 и 21.

Переключающее устройстве немо, например, совместно с в виде системы сообщающихся каналов или в виде управляемых клапанов, установленных на валу 6.

Для реализации первого варианта (фиг.З) уплотнительная втулка 18 снабжена каналами 22 и 23, а уплотнительная втулка 19 - каналами 24 и 25, а вал 6 - каналами 26-31.

Дчя реализации второго варианта уплотнительные втулки снабжены лишь осевыми каналами (не показано), а

15

0

25

30

35

40

45

50

55

вал - синхронно управляемыми клапанами 32-35.

Хроматограф на примере определения примесей в гелии работает следующим образом.

Идентично установленные колонки 4 и 5 выполнены в виде пустых капиллярных трубок из нержавеющей стали, а колонка 3 - в виде трубки из нержавеющей стали, заполненной молекулярными ситами СаА. Анализируемый гелий из баллона 36 через регулятор 37 давления и дроссель 38, с помощью которых устанавливают заданное давление и расход газа, канал 10 для подачи газа, канал 20 неподвижной опоры 16, канал 22 уплотнительной втулки 18 и канал 26 вала 6 непрерывно поступает б хроматографическую колонку 5. Из колонки 5 гелий через канал 31 вала 6, канал 24 уплотнительной втулки 19 и канал 30 вала 6 непрерывно поступает в колонку 3, а из колонки 3 через канал 27 вала 6, канал 23 уплотняющей втулки 18 и канал 28 вала 6 - в колонку 4. Из колонки 4 он через канал 29 вала 6, канал 25 уплотнительной втулки 19, канал 21 неподвижной опоры 17 и канал 14 для BI,I- вода газа непрерывно поступает в высокочувствительный ионизационный детектор 39.

После этого вал 6 синхронно с уплотняющими втулками 18 и 19 приводят во вращение. Направление вращения противоположно направлению потока газа через хроматографические колонки (фиг.1-3, направление потока газа указано стрелками).

Таким образом, гелий непрерывно проходит через последовательно соединенные колонки по схеме 5-3-4,

При вращении вала 6 вдоль хрома- тографических колонок 3-5 перемещается температурное поле, обладающее градиентом температуры с интервалом от температуры хладагента (жидкого азота) до необходимой для регенерации слоя сорбента. Температурное поле и поток газа приводят к обогащению и разделению примесей, которые распределяются по хроматографическим колонкам следующим образом. В незаполненной капиллярной колонке 5 обогащаются и разделяются СО и . Другие примеси, содержащиеся в гелии, не удерживаются в этой колонке и поступают в колонку 3, заполненную мо

лекулярными ситами, в которой обогащаются и разделяются Ne, Hg, 0,;, СН, СО, Nj н другие, а свободный от примесей гелий проходит через незаполненную колонку 4 в детектор.

В заданный момент времени, например момент, при котором хроматогра- фические колонки занимают положение, показанное на фиг.1, путем быстрого поворота уплотнительных втулок 18 и 19 относительно их оси на угол 180 (первый вариант выполнения переключающего устройства 7) или путем синхронного переключения клапанов 32-35 (второй вариант выполнения) последовательное соединение колонок по схем 5-3-4 заменяется последовательным соединением по схеме 4-3-5,

С момента переключения колонок на чинается новый цикл анализа, В новом цикле анализа гелий из баллона 36 поступает в колонку 4, освобождается от примесей СО- и Н„0, которые удер

живаются в этой колонке, затем проходя колонку 3, освобождается от приN, СН4 и СО, и,

месей Ne, Н, О, таким образом, свободный от примесей он поступает в колонку 5 и далее в детектор. По мере поступления с выхода 13 колонки 5 в нагреватель 2 свободный от примесей гелий выносит из колонки 5 накопленные в ней в предыдущем цикле анализа (до момента переключения) примеси 00 и t :() в деН,0

тектор. Далее по мере поступления с выхода 11 колонки 3 в нагреватель свободный от примесей гелий выносит накопленные в колонке 3 примеси Ne, Hj, Oj, fij , СН и СО в детектор, при этом они предварительно проходят (не удерживаясь) незаполненную колонку 5 Все указанные примеси элюируются в детектор раздельно в виде узких полос .

В момент прохождения хроматографи- ческими колонками положения, показанного на фиг.1, вновь с помощью пе

0

0

5

о

реключающего устройства 7 осущестнля- ется переключение хроматографических колонок. Последовательное соединение колонок по схеме 4-3-5 заменяется последовательным соединением по схеме 5-3-4. Начинается очередной цикл анализа, который повторяет предыдущий с той лишь разницей, что в новом цикле анализа вновь поступающие в хроматограф в потоке анализируемого газа примеси СО и будут накапливаться в колонке 5, а накопленные в колонке 4 в предыдущем цикле анализа примеси COj и будут илюированы в детектор.

Таким образом, в предлагаемом хроматографе осуществляется попеременная работа идентично установленных колонок.

Легкие примеси в отличие от тяжелых поступают на заполненную колонку 3 практически непрерывно и злю- ируются из нее в детектор в каждом цикле анализа. Время цикла анализа (время одного оборота колонок) не превышает 6 мин. За этот период времени выдается полная информация о содержании как легких, так и тяжелых примесей, присутствующих в анализируемом газе.

Предлагаемый хроматограф в сравнении с известными позволяет автоматически определять в потоке широкий

g диапазон примесей, например, в гелии с более высокой чувствительностью, и точностью,что обеспечивается благодаря тому, что поступление сконцентрированных зон примесей в детектор осуществлено в нем в потоке очищенного от всех примесей газа-носителя.

Благодаря тому, что в предлагаемом хроматографе отпадает необходимость использования источника газа-носите5 ля высокой чистоты, изобретение обеспечивает получение экономического эффекта, так как сокращаются затраты на эксплуатацию прибора.

5

0

/ 7 / /

г S 4 J

Фиг.1

37

3Z

/ /« J5 /4

--. «.---. - -I/ I

EIDrb- ltir fK

iz: H i V

j r -r I j

/J V5

N

/

s