Газовый хроматограф Советский патент 1988 года по МПК G01N30/00 

1 13687722

Изобретение относится к аналити- Перед началом работы осуществляет- ческому приборостроению и может най-ся заполнение емкости 5 водородом от ти применение при анализе летучих ор-источника. 1 газа-носителя водорода ганических и неорганических соеди-с одновременной очисткой подаваемого нений методом газовой хроматографии.в емко.сть 5 водорода от содержащихся Цель изобретения - снижение преде-в нем примесей. Для этого при закрыла обнаружения микропримесей и затраттых клапанах 8 и 9 и открытом клапана проведение хроматографическогоне 4 в емкость 5 подается водород от анализа.10 источника 1 газа-носителя (баллон 90 На фиг.1 изображена схема газово-сжатым газом) при регулируемом с по- го хроматографа; на фиг.2 - схема га-помощью регулятора 2 давлении или зового хроматографа с утилизацией расходе водорода. При этом темпера- очищенного водорода; на фиг.З-- 5-туру емкости 5 поддерживают равной варианты выполнения газового хромато-is комнатной температуре, а давление на графа с различными системами стабили-входе емкости 5. поддерживают иесколь- зации и регулирования расхода газа-ко превышающим равновесное давление носителя; на фиг.6 - схема газовоговодорода над частицами сплава метал-, хроматографа с реверсионной системой. ла, образующего с водородом гидрид, подачи газа-носителя.20 Например, при использовании интерметаллида давление поддерживаетГазовый хроматограф содержит ис-ся равным 5-8 атм, а при использова- точник 1 газа-носителя (баллон со - нии интерметаллида TiMn.,.25-30 атм. сжатым водородом или электролизер),После заполнения емкости 5 водоро- на выходе которого установлен регуля-25 дом, о чем свидетельствуют показания тор 2 давления или расхода потока во-манометра 3, клапан 4 перекрывают и дорода и манометр 3. Источник 1 газа-на короткое время открывают клапан 8, носителя 1 через управляемый запор-стравливая часть водорода с выхода ный клапан 4 соединен с емкостью 5,емкости 5 в атмосферу, При этом осу- заполненной частицами сплава металла,ЗО Ществляется стравливание в атмосферу образующего с водородом гидрид, нап-сконцентрированных примесей.. Выполне- ример LaNij-, TiMn,. и др. Емкость 5ние емкости-5 в виде трубки с разме- представляёт собой трубку из нержа-рами, типичными для наполненной хро- веющей стали внутренним диаметром 4-матографической колонки, приводит к 6 мм и длиной 100-150 см, свериутую35 ° передвижение потока водоро- в спираль и заполненную частицами ин- да по слою частиц интерметаллида в терметаллида LaNi. или раз-емкости 5 сопровождается процессом мером 50-100 мкм. Емкость 5 установ-фронтального обогащения микроприме- лена в термостате 6, температура всями головной части полосы водорода котором .может регулироваться и прог-40 после заполнения емкости 5 водо ро- раммироваться во времени. Выход ем-ДОМ примеси, в нем содержащиеся, кон- кости 5 снабжен каналом 7 для сбросацентрируются в виде узкой полосы у части потока водорода с обогащеннымивыхода емкости 5. Это объясняется примесями в атмосферу, в котором ус-тем, что частицы интерметаллида про- тановлен управляемый запорный клапан45 являют адсорбционные свойства не 8. На выходе емкости 5 последова-только по отношению к водороду., ко- тельно установлены также управляемыйторый интенсивно поглощается, связы- запорный клапан 9, дополнительный ре-ваясь в гидрид, но и по отношению к гулятор 10 давления или расхода водо-примесным компонентам водорода (Аг, рода и манометр 11. Емкость 5 черезво z 0, СО, СН и др.). управляемый запорный клапан 9 и регу-Кроме того, реакция связывания во- лятор 10 соединена с устройством 12дорода в гидрид сопровождается выде- для ввода проб в хроматографическуюлением значительного количества теп- колонку 13. На выходе хроматографи-ла и в емкости 5 при перемещений по- ческой колонки 13 установлен детек-55 тока водорода от входа к выходу ее тор 14., например детектор по тепло-образуется движущееся вдоль слоя проводности или электронного захвата.частиц интерметаллида температурное Газовый хроматограф работает еле-поле, которое оказывает вытесняющее дующим образом. .действие на примесные компоненты водорода, что приводит к образованию движущейся впереди полосы водорода полосы сконцентрированных примесей. Эти примеси вьщуваются при стравливании головной части потока водорода ИЗ емкости 5 по каналу 7 в атмосферу при открытом клапане 8. Затем клапан 8 закрывают и открывают клапан 9, устанавливая с помощью регулятора 0 необходимый расход газа через хрома- тографическую колонку 13. С этого момента емкость 5 начинает работать как источник газа-носителя водорода высокой чистоты (до 99,999 об.%) при отключенном (или отсоединенном) от газового хроматографа источнике I водорода, содержащего примеси.

Хроматографический анализ в данной системе проводят путем ввода пробы анализируемой смеси веществ с помощью устройства 12 для ввода проб в хрома- тографическую колонку 13, где анализируемая смесь разделяется на составляющие ее компоненты, которые детектируются на выходе из колонки 13с помощью детектора 14. Уменьшение давления водорода в емкости 5 в процессе работы компенсируется повышением температуры в ней с обеспечением постоянства расхода в колонке- 13.

Хроматогра ф, принципиальная схема которого изображена на фиг.2, снабжен дополнительной емкостью 15, заполненной частицами сплава металла, образующего с водородом гидрид, которая установлена на выходе детектора 1 4 и помещена в отдельный термостат 16. Емкость 15 выполнена идентично емкости 5 и также имеет канал 17 для стравливания части потока водорода в атмосферу через управляемый запорный клапан 18. Емкость 15 снаб,- жена присоединением 19 для создания движущегося вдоль ее длины температурного поля, представляющим собой набор последовательно размещенных по длине емкости 15 витков электрической спирали, нагреватели, снабжены электрытом клапане 18. При этом в емкости 15 постепенно накапливаются и анализируемые вещества, вводимые в хрома- тографическую колонку 13 с помощью устройства 12 для ввода проб (шприц, кран-дозатор и т.п.). После завершения необходимого числа циклов анализа ( после завершения рабочей смены

10 или после того, как давление водорода в емкости 5 упадет настолько, что нельзя будет обеспечить необходимые условия хроматографического анализа в колонке 13) клапан 2I на входе ем15 кости - 15 перекрывают и вдоль емкости 15 создают движущееся вдоль ее длины температурное поле, осуществляющее десорбцию части связанного в гидрид водорода и вытеснение скопившихся в

20 емкости 15 анализируемых веществ к выходу емкости I5, путем последовательного подключения витков электрической спирали 19 к источнику напряжения. После того, как температурное

25 поле достигнет выхода емкости 15, клапан 18 открывают на короткое время, осуществляя стравливание части водорода вместе со сконцентрированными анализируемыми веществами в ат30 мосферу. Затем емкости 5 и 15 меняют местами, устанавливая емкость 15, заполненную чистым водородом, на входе газового -хроматографа и используя его в качестве источника газа-носителя.

35 1

В указанных вариантах выполнения

хроматографа имеется возможность изменения расхода газа-носителя ( водорода) через -хроматографическую колон40 ку 13 во времени по заданной про- .грамме путем программированного изменения температуры емкости 5 в термо- стате 6. При анализе многокомпонентных смесей с целью ускорения времени

45 выхода тяжелых компонентов и, следовательно, сокращения времени анализа нередко возникает необходимость увеличения скорости потока газа-носителя

через хроматографическую колонку по рическими выводами 20, которые пооче- gg линейному или иному (параболическому, редно подключаются к источнику напря- экспоненциальному) закону во времени, жения (не показан). На входе емкости В известных газовых хроматографах 15 установлен уйравляемый запорный для этой цели используют специальные клапан 21..довольно сложные системы программиОсобенностью работы этого варианта 55 расхода газа-носителя. В выполнения хроматографа является то, предлагаемом газовом хроматографе | что водород с выхода детектора 14 не увеличение скорости потока газа-носи- выбрасывается в атмосферу, а связыва- теля (водорода) через хроматогра- ется в гидрид в емкости 15 при зак- фическую колонку 13 обеспечивается

68772

рытом клапане 18. При этом в емкости 15 постепенно накапливаются и анализируемые вещества, вводимые в хрома- тографическую колонку 13 с помощью устройства 12 для ввода проб (шприц, кран-дозатор и т.п.). После завершения необходимого числа циклов анализа ( после завершения рабочей смены

10 или после того, как давление водорода в емкости 5 упадет настолько, что нельзя будет обеспечить необходимые условия хроматографического анализа в колонке 13) клапан 2I на входе ем15 кости - 15 перекрывают и вдоль емкости 15 создают движущееся вдоль ее длины температурное поле, осуществляющее десорбцию части связанного в гидрид водорода и вытеснение скопившихся в

20 емкости 15 анализируемых веществ к выходу емкости I5, путем последовательного подключения витков электрической спирали 19 к источнику напряжения. После того, как температурное

25 поле достигнет выхода емкости 15, клапан 18 открывают на короткое время, осуществляя стравливание части водорода вместе со сконцентрированными анализируемыми веществами в ат30 мосферу. Затем емкости 5 и 15 меняют местами, устанавливая емкость 15, заполненную чистым водородом, на входе газового -хроматографа и используя его в качестве источника газа-носителя.

35 1

В указанных вариантах выполнения

хроматографа имеется возможность изменения расхода газа-носителя ( водорода) через -хроматографическую колон40 ку 13 во времени по заданной про- .грамме путем программированного изменения температуры емкости 5 в термо- стате 6. При анализе многокомпонентных смесей с целью ускорения времени

45 выхода тяжелых компонентов и, следовательно, сокращения времени анализа нередко возникает необходимость увеличения скорости потока газа-носителя

5 1368772

увеличение температуры емкости 5 поравляемый запорный клапан 23. Это

заданному закону во времени.обеспечивает возможность после того-,

Возможны различные варианты стаби-как водород из емкости 5 стравится лизации и регулирования расхода газа-через колонку 13 в емкость 15 и дав- носителя в предлагаемом газовом хро-ление в емкости 5 упадет, при перек- матографе. При использовании в каче-рытых клапанах 9, 8, 21 и 18 и от- стве регулятора 10 расхода газа-носи-крытом клапане 23 осуществить перетеля (фиг.З) регулируемого дросселя,качку водорода из.емкости 15 в ем- например игольчатого вентиля, расход юкость 5 путем охлаждения емкости 5 и газа-носителя через хроматографичес-нагрева емкости 15. При зтом введен- кую колонку 13 определяется величинойные в систему примеси в виде анализи- сопротивления дросселя и значениямируемых веществ могут быть сконцентри- температур Т в термостате основнойрозаны у выхода емкости 5 и стравлены емкости 5 с частицами сплава метал- 45 атмосферу через клапан 18. ла, насыщенными водородом, и 12 вВ газовый хроматограф (фиг.6) мо- термостате дополнительной емкости 15,гут быть введены дополнительный де- заполненной частицами сплава металлатектор 24, установленный на выходе и предварительно регенерированной.основной емкости 5 перед устройством При этом Т/ , Т и расход газа-носите-2о ввода проб, дополнительное ля может меняться путем измененияустройство 25. для ввода проб, уста- температуры в термостатах 6 и 16 илиновленное на выходе хроматографичес- путем изменения величины сопротивле-кой колонки 13, и регулятор 26 давления дросселя. ния или расхода, установленный между

Для стабилизации потока газа-но-25 детектором 14 и дополнительной емсителя может использоваться регуляторкостью 13.

10 давления (фиг.4), при этом темпе-Особенностью работы этого вариан- ратура в термостате 6 (Т) поддержи-та выполнения газового хроматографа . вается постоянной, а величина потокаявляется то, что в силу симметрично- газа-носителя определяется значениемзО газовой схемы по отношению к хро- температуры Т в термостате 16 и за-матографической колонке 13 поток га- данным с помощью регулятора 10 давле-за-носителя.(водорода) может пода- кия давлением на входе в колонку.ваться в колонку 13 как в прямом, так Причем программирование расхода газа-и в обратном направлении. Перемещение носителя черел колонку 13 может осу-газа-носителя от емкости 5 к емкости ществляться в очень узких пределах15 обеспечивается созданием перепада носителя через колонку 13 может осу-давления между этими емкостями. Про- ществляться в очень узких пределахбу анализируемой смеси вводят в поток путем изменения температуры Т в тер-газа-носителя с помощью устройства мостате 16.40 ввода проб, и после разделе

Схема, согласно которой, стабили-«ия ее на колонке 13 разделенные ком- зация потока газа-носителя осуществ-поненты пробы- детек-гируются с помощью, ляется с помощью регулятора 10 расхо-детектора 14 и перевЬдятся в емкость да газа (фиг.5), предназначена для15. Здесь полосы отдельных компонен- работы с постоянным расходом газа-45 тов пробы могут быть сжаты с использова- носителя через колонку 13 в процессением термического фактора и поток газа- анализа. В этом случае требования кносителя может быть обращен путем наг- точности поддержания температуры врева емкости 15 и охлаждения емкости термостатах 6 и 16 уменьшаются до та-5. Таким образом, одна и та же смесь кой степени, что емкости 5 и 15 могутt Q введенная в систему, может быть про- находиться при комнатной температуре,анализирована многократно путем мно-, т.е. можно использовать более прос-гократного обращения направления дви- тые и дешевые системы термостатирова-жения газа-носителя в колонке 13. 06- ния емкостей 6 и 16.ращение направления потока газа-носиХарактерной особенностью схем,55 может быть осуществлено и после

изображенных на фиг.З - 5, являетсятого, как емкость 5 отработает свой

то, что выход емкости 15 соединен сзапас водорода и давление в ней упавходом емкости 5 посредством газовогодет. В зтом случае емкость 5 охлаждаканала 22, в котором установлен уп-ют до 25-30 С и путем нагрева емкости

1 г

3 V

9 Ю л It 13 14fXy L

h. Vvw-u-

ФигЛ 5 6 9 10 12}3

Щ 2J J5 J6 18 Л

L/ JJMjl

AWVVWVV-i -6- {I тОЧ

Щ 2J J5 J6 18 Л

2 2

-A-:

Изобретение относится к газовому анализу и может найти применение при анализе летучих органических и неорганических соединений методом газовой хроматографии. Цель изобретения - снижение предела обнаружения микропримесей и затрат на проведение хро- матографического анализа. Газовый хрб- матограф содержит емкость, заполненную частицами сплава металла, образующего с водородом гидрид, например, LaNi или TiMn, . Выход емкости снабжен каналом для сброса части потока водорода с обогащенными примесями в атмосферу, в котором установлен запорный клапан. На выходе емкости последовательно установлены дополнительные запорный клапан, регулятор давления и манометр. Емкость соединена через клапан и регулятор давления с устройством ввода пробы в хро- матографическую колонку, на выходе которой установлен детектор. В хроматографе обеспечивается программирование расхода газа-носителя во времени путем изменения температуры термостата. Хроматограф может быть снабжен дополнительной емкостью, заполненной частицами того же сплава ме-. талла, установленной на выходе детектора и соединенной с входом основной емкости. Это обеспечивает многосу- эксплуатацию прибора без внешнего источника газа-носителя. 5 3.п. ф-лы, 6 ил. с (Л с 00 О5 00 1C

2J Фиг.В

Составитель В. Толстых

Редактор В. Петраш- Техред И.Попович

Заказ 284/45Тираж 847Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж.-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

П

Корректор В. Гирняк