Способ исследования органических веществ и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01N25/14 

1

Изобретение относится к исследованию органических веществ, в частности к определению количественного и качественного состава продуктов термодеструкции органических веществ.

Цель изобретения - повышение точности измерений, информативности процесса исследования и его степени автоматизации.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследуемый образец линейно нагревают с градиентом температуры 16-10 2 К/с в условиях динамического вакуума в пределах 1,3-3,6 Па до тех пор, пока вещество не начнет разлагаться с выделением продуктов деструкции. Фиксируют температуру начала деструкции и подвергают образец выдержке при данной температуре в течение 4 ч. Углеродные компоненты, образующиеся в процессе пиролиза, подвергают температурной сепарации для выделения жидкой фазы. По окончании изотермической выдержки измеряют количество газообразных и жидких углеводородов и исследуют их состав при помощи хроматографи- ческого анализа. Далее весь цикл исследований повторяют, но уже при температуре следующего деструктивного перехода. Количество циклов определяют по числу деструктивных переходов, свойственных данному веществу. Исследования прекращают,

Јь 1

ОЪ

со о со

когда дальнейшее нагревание образца не вызывает деструктивного газообразования в заметных количествах.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - схема манометрического датчика.

Устройство содержит печь 1 сопротивления, в которую помещен реактор 2, представляющий собой кварцевую трубку, имеющую на торцах шлифовые соединения, нижнее из которых защищено водяным холодильником 3, снизу реактор закрыт пробкой 4 с держателем 5 для стакана и полым каналом 6 для введения термодатчика, в держатель установлен стакан 7 для образца. На верхнее шлифовое соеди- нение надет водяной холодильник 8, внутренняя сферическая поверхность которого является конденсационной камерой 9. Последняя герметично соединена газовой линией 10 с колбой манометрического датчика 11 и второй конденсационной ловушкой 12, помещенной в холодильную камеру 13 термоэлектрического микрохолодильника типа ТЛМ. Далее установлен соленоидный одно- ходовой кран 14 и измерительный ртутный насос Маклеода 15, снабженный изме- рительными шкалами: миллиметровой 16 и миллилитровой 17, и соединенный через одноходовой кран с дозирующим устройством 18, которое через другой одноходовой кран подсоединено к газораспределительному устройству 19, связанному по входу с источником газа-носителя, а по выходу - с газовыми хроматографами.

В электрическую схему устройства входит терморегулятор 20 с программным задатчи- ком температуры, соединенный входом с датчиком 21 температуры, выход терморегулятора связан с тиристорной схемой 22, обеспечивающей пропускание на нагреватель импульсов зажигания необходимой длительности для установления или поддержания заданной температуры, схема автоматическо- го управления процессом пиролиза (АУП) 23, соединенная входом с датчиком 11, одним выходом - с обмоткой соленоида 14, другим - с входом таймера 24, выход таймера соединен с тиристорной схемой 22. Температура образца непрерывно регистри- руется компенсационным самопишущим потенциометром 25 типа КСП-4, датчиком для которого служит измерительная термопара 26.

Вакуумирование системы и управление ртутным насосом Маклеода осуществляет- ся с помощью форвакуумных насосов 27. Контроль за состоянием вакуума производят по показаниям вакуумметров 28.

Манометрический датчик представляет собой чувствительный проволочный терморе- зистор, помещенный герметически плотно в стеклянную колбу, являющуюся частью вакуумной системы устройства, и служит ак

Q 5 5

0 5

0

5

5

тивным плечом моста 29, питание на который подается со стабилизатора 30 напряжения, нуль-гальванометр 31 является индикатором точной балансировки моста 29, в измерительную диагональ которого он включен. Последовательно гальванометру 31 в ту же диагональ включен вход схемы АУП, состоящей из операционного усилителя 32, вход которого соединен с гальванометром 31, выход - с входом компаратора 33, второй вход компаратора связан со стабилизатором 34 опорного напряжения, а выход - с управляющим электродом тиристора 35, к аноду которого подключен один конец обмотки коммутационного реле 36, к катоду - земля. К свободному концу обмотки реле подведено питание.

Соленоидный механизм, приводящий в действие одноходовой кран 14, представляет собой соленоид с подвижным стальным сердечником, соединенный с втулкой крана кри- вошипно-шатунным механизмом. Питание обмотки соленоида замыкается контактным реле 36.

Устройство работает следующим образом.

В реактор 2 в канале 6 вводят микронавеску образца (20 мг) и создают разрежение порядка 1,3-6,6 Па при помощи вакуумной системы. Включают электродвигатель, приводящий в движение подвижный контакт реохорда программного задатчика температуры. При этом температура нагревателя увеличивается со скоростью 16Х К/с, соответственно растет температура вещества. Нагрев проводят в условиях непрерывной откачки реакторной зоны насосом 27.

Когда температура вещества достигает нижнего порога термостабильности, начинается процесс термодеструкции с выделением больших объемов газов, что приводит к существенному изменению давления в системе, и сигнал с манометрического датчика 11 включает схему АУП. Вследствие увеличения теплопроводности среды через терморезистор датчика происходит разбаланс моста 29 и появление тока разбаланса. Сигнал разбаланса подается на вход операционного усилителя 32, а затем - на вход компаратора 33. На компараторе производится сравнение уровня напряжения разбаланса и опорного напряжения с источника. На управляющий электрод тиристора 35 подается отпирающий импульс, и питание подается на обмотку реле 36. При этом первая пара контактов замыкается и включает таймер 24, вторая пара замыкает цепь питания другого реле, которое отключает двигатель задатчика температуры и переводит нагреватель в изотермический режим при температуре деструкции, третья замыкает цепь питания обмотки соленоида. Последний переводит одноходовой кран 14 в положение «Закрыто,

что позволяет начать накопление газообразных продуктов пиролиза. Продукты пиролиза конденсируются на стаканах первой ловушки 12 (253К) в зависимости от собственной температуры конденсации. Через 4 ч изотермической выдержки таймер отключает питание нагревателя 1.

Содержимое реакторной зоны открытием соленоидного крана переводится в измерительную трубку насоса Маклеода 15, в котором измеряют объем газов. Затем определяют относительное газовыделение

л V-АР-273.2 п lOlO.S-T .-m

где V - измеренный объем газа, мл/ч; АЯ - разность между атмосферным и измеренным давлениями, Па;

Тв - температура воздуха, К;

m - масса образца, г.

Если обнаруживают присутствие атмосферных газов, производят соответствующий пересчет газовыделения на безвоздушность.

После замера объема газов необходимую их часть переводят в дозирующее устройство 18 и далее в газораспределительное устройство 19, где они смешиваются с газом-носителем (гелий) и подаются на делительные колонки хроматографов.

Затем производят разгерметизацию вакуумной системы, снимают ловушки 9 и 12 и их содержимое после растворения нейтраль ным эфиром переносят в боксы, в которых доводят до постоянного веса, и производят анализ методами газожидкостной хроматографии.

Формула изобретения

1.Способ исследования органических веществ путем ступенчато-изотермического

5 пиролиза, включающий определение качественного состава летучих компонентов хрома- тографическими методами, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности, образец линейно нагревают с граQ диентом 16-10 2 К/с в условиях динамического вакуума с разряжением 1,3-6,6 Па до температуры выделения деструктивных газов, подвергают образец изотермической выдержке при этой температуре в течение 4 ч, осуществляют температурную сепарацию уг5 леводородов для выделения жидкой составляющей и измеряют количество образовавшихся газообразных и конденсатных фракций.

2.Устройство для исследования органических веществ, содержащее печь сопротивления, герметичный реактор, ловушки для конденсации паров, з-адатчик температуры, соединительную газовую линию, вакуумную систему, насос Маклеода и таймер, отличающееся тем, что, с целью повышения

5 точности измерений и автоматизации процесса исследования, оно дополнительно содержит монометрический датчик, соленоидный кран и схему автоматического управления процессом, вход манометрического датчика подключен к выходу реактора, а выход - к

0 схеме автоматического управления, с выходами которой соединены задатчик температуры, механизм привода соленоидного крана и таймер, причем реактор соединен с вакуумной системой и насосом Маклеода.

0

Изобретение относится к исследованию органических веществ ,в частности, к определению количественного и качественного состава продуктов термодейструкции органических веществ. Цель изобретения - повышение точности и информативности исследований и повышение автоматизации процесса. Образец исследуемого вещества линейно нагревают с градиентом 16^.10^-2К/с при давлении 1,3-6,6 Па до начала термодеструкции. Подвергают образец изотермической выдержке в течение 4 ч при температуре деструкции. Углеводородные компоненты подвергают температурной сепарации для выделения жидкой фазы. Измеряют количества жидких и газообразных продуктов пиролиза и исследуют их состав хроматографическими методами. Устройство содержит нагреватель, реактор, задатчик температуры, соединительную газовую линию, таймер, ртутный насос Маклеода, вакуумную систему, манометрический датчик, соленоидный кран и схему автоматического управления процессом, соединенную с задатчиком температуры, приводом соленоидного крана и таймером. 2 ил.

Не

фаг.2