Капиллярный газовый хроматограф Советский патент 1992 года по МПК G01N30/02 

Изобретение относится к газовой хроматографии и может найти применение при анализе состава многокомпонентных смесей веществ в таких отраслях народного хозяйства, как химия, нефтехимия, медицина, биология, пищевая промышленность и др.

Известен капиллярный газовый хроматограф, содержащий инжектор для ввода пробы, включающий цилиндрический корпус с каналом для ввода носителя пробы (иглы микрошприца), в котором установлен поворотный запорный кран, и каналом для подачи газа-носителя, капиллярную хрома- тографическую колонку, входной участок которой установлен в инжекторе напротив

канала для ввода носителя пробы и коакси- ально ему термостат для хроматографиче- ской колонки и детектор, соединенный с выходом колонки.

Недостатком известного хроматографа является то, что в нем ограничены возможности повышения эффективности разделения и сокращения времени аналиса путем уменьшения внутреннего диаметра капиллярной хроматографической колонки. Это связано с тем, что ввод пробы жидкой анализируемой смеси веществ осуществляется путем введения иглы микрошприца непосредственно во внутренний канал капиллярной колонки. Это необходимо для

XI

О

о о

обеспечения точности и воспроизводимости анализа Однако это исключает возможность применения капиллярных колонок, внутренний диаметр которых меньше внешнего диаметра иглы микрошприца, В частности, практически невозможно в известном хроматографе использовать капиллярные колонки с внутренним диаметром 100 мкм и менее, которые обеспечивают эффективность 10,0 тыс. т.т. на метр колонки и более. Кроме того, известный хроматограф конструктивно чрезвычайно сложен, что обусловлено сложной конструкцией инжектора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому хроматографу является капиллярный газовый хроматограф, содержащий инжектор для ввода пробы, включающий цилиндрический корпус с каналом для ввода носителя пробы и каналом для подачи газа-носителя, в котором установлен управляемый запорный клапан, капиллярную хроматографическую колонку, входной участок которой установлен в инжекторе напротив канала для ввода носителя пробы и коаксиально ему, термостат для капиллярной хроматографической колонки и детектор, соединенный с выходом капиллярной хроматографической колонки.

Хотя данный капиллярный газовый хроматограф имеет более простую и надежную в работе конструкцию, в нем также ограничены возможности повышения эффективности разделения и сокращения времени анализа за счет уменьшения внутреннего диаметра капиллярной хроматографической колонки.

изобретения является повышение эффективности разделения и сокращение времени анализа.

Указанная цель достигается тем, что ка- пилпярный газовый хроматограф, содержащий инжектор для ввода пробы, включающий цилиндрический корпус с каналом для ввода носителя пробы и каналом для подачи газа-носителя, в котором установлен управляемый запорный клапан, капиллярную хромэтографическую колонку, входной участок которой установлен в ин-. жекторе напротив канала для ввода носителя пробы и коаксиально ему, термостат для капиллярной хроматографической колонки и детектор, связанный с выходом капиллярной хроматографической колонки, капиллярная хроматографическая колонка имеет два участка с различным внутренним диаметром капилляра и снабжена тройником и дополнительным трубопроводом для подачи газа-носителя, в котором установлен дополнительный управляемый запорный клапан, причем участок колонки, имеющий больший внутренний диаметр, соединен с инжектором и одним из каналов тройника,

участок колонки, имеющий меньший диаметр, соединен с детектором и вторым каналом тройника, а дополнительный трубопровод для подачи газа-носителя соединен с третьим каналом тройника.

0 Тройник, соединяющий два участка капиллярной хроматографической колонки, снабжен трубопроводом для сброса газа- носителя в атмосферу, в котором установлен управляемый запорный клапан.

5 Благодаря тому, что капиллярная хроматографическая колонка имеет два участка, один из которых, имеющий больший внутренний диаметр капилляра, соединен с инжектором, а второй, имеющий меньший

0 внутренний диаметр капилляра, соединен с детектором, а также благодаря наличию трубопровода для подачи газа-носителя, подведенного к месту соединения обоих участков колонки и снабженного управляемым за5 порным клапаном, обеспечивается такой способ ввода пробы, при котором иглу микрошприца вводят в первый участок колонки, выполняющий функции составной части инжектора. Затем путем программируемого

0 нагрева этого участка колонки пары анализируемых веществ переносят потоком газа- носителя во второй участок колонки, выполняющий функции разделительного элемента. После перевода паров анализиру5 емых веществ во второй участок колонки, диаметр которого может быть равен 100 мкм и меньше, поток газа-носителя переносят на вход второго участка колонки, где осуществляется основной процесс высокоэффектив0 ного хроматографического разделения анализируемых веществ. При этом первый участок хроматографической колонки отдувается в обратном направлении частью потока газа-носителя и освобождается от

5 остатков предыдущей пробы.

Таким образом, в предлагаемом хроматографе первый участок колонки служит для перевода пробы из носителя пробы (микрошприца) во второй участок колонки, выпол0 няющий функции разделительного элемента. При такой конструкции повышение эффективности разделения и сокращение времени анализа может быть обеспечено путем значительного уменьше5 ния диаметра второго участка колонки. При этом диаметр иглы микрошприца не ограничивает возможность уменьшения диаметра второго участка колонки, в котором осуществляется основной процесс хроматографического разделения.

На чертеже изображена принципиальная схема капиллярного газового хроматографа.

Хроматограф содержит инжектор 1 для ввода проб, в цилиндрическом корпусе 2 которого имеется канал 3 для ввода иглы 4 микрошприца 5, служащего в качестве носителя пробы. Корпус 2 инжектора снабжен также патрубком б, образующим канал для подачи газа-носителя, который поступает в инжектор 1 по трубопроводу 7, в котором установлен управляемый запорный клапан 8, например электромагнитный клапан, Клапан 8 зашунтирован постоянным пневмосопротивлением 9. Канал 3 образован отверстием в цилиндрической металлической пробке 10, ввинчиваемой внутрь корпуса 2 и имеющей конический внутренний вырез, в который -упирается своим торцом входной конец первого участка 11 капиллярной хроматографической колонки. Второй участок 12 капиллярной хроматографической колонки соединен с первым участком

11посредством тройника 13, к которому подведен трубопровод 14 для подачи газа- носителя, в котором установлен управляемый запорный клапан 15, зашунтированный постоянным пневмосопротивлением 16. Трубопроводы 7 и 14 для подачи газа-носителя в инжектор 1 и тройник 13 запитаны от общего регулятора 17 давления, установленного в общем трубопроводе 18 для под-, ачи газа-носителя. Выход второго участка

12капиллярной хроматографической колонки соединен с детектором 19, например, пламенно-ионизационным детектором. Тройник 13 снабжен трубопроводом 20 для сброса газа-носителя в атмосферу, в котором установлен управляемый запорный клапан 21, зашунтированный постоянным пневмосопротивлением 22.,

Оба участка 1 и 12 капиллярной хроматографической колонки размещены в термо-. стате 23 колонок (изображен условно штриховой линией), на крышке 24 которого установлены инжектор 1 и детектор 19. Первый участок 11 капиллярной хроматографической колонки может быть выполнен в виде пустой капиллярной трубки из нержавеющей стали или плавленного кварца, внутренний диаметр которой превышает внешний диаметр иглы 4 микрошприца 5. У основания иглы 4 микрошприца 5 размещена кольцевая уплотнительная прокладка 25 из силиконовой резины, служащая для герметизации канала 3 для ввода иглы 4 микрошприца 5 в инжектор 1. Размеры корпуса 2 инжектора 1 и длину иглы 4 выбирают такими, чтобы при вводе пробы (положение, изображенное на чертеже) кончик иглы 4

размещался во внутреннем канале участка 11 колонки в зоне внутреннего обьемэ термостата 23 колонки.

Предлагаемый хроматограф работает 5 следующим образом.

В момент, предшествующий вводу пробы, клапаны 8 и 21 закрыты, а клапан 15 открыт. Поток газа-носителя с выходом регулятора 17 давления по трубопроводу 14 10 поступает в тройник 13, где делится на две части. Одна часть потока (0.5-1,0 мл /мин) поступает в участок 12 капиллярной хроматографической колонки и движется в направлении к детектору 19 и через него 15 сбрасывается в атмосферу. Вторая часть потока (5-10 мл/мин) поступает в участок 11 капиллярной хроматографической колонки, движется к инжектору 1 и через открытый клапан 3 для ввода носителя пробы сбрасы- 0 вается в атмосферу. При этом участки 1 и 12 колонки прогреты до максимальной рабочей температуры и освобождаются от мешающих анализу примесей (остатки предыдущей пробы и т.п.). После выхода 5 хроматографа на режим, о чем свидетельствует стабильная нулевая линия детектора 19, температуру участков 1 и 12 хроматографической колонки понижают с помощью термостата 23 до 40-45°С. С помощью мик- 0 рошприца 5 отбирают пробу анализируемой жидкой смеси веществ (из ампулы) и иглу 4 микрошприца 5 через канал 3 для ввода носителя пробы вводят во внутренний канал первого участка 11 капиллярной хроматог- 5 рафической колонки, герметизируя канал 3 с помощью прокладки 25 у основания иглы 4 микрошприца 5. Одновременно осуществляется переключение клапанов 8, 15 и 21 в положение, изображенное на чертеже, при 0 котором клапаны 8 и 21 открыты, а клапан 15 закрыт. При этом положении клапанов поток газа-носителя с выхода регулятора 17 давления по трубопроводу 7 поступает во внутренний объем корпуса 2 инжектора 1 и 5 через зазоры между торцовой поверхностью входного конца участка 11 колонки и коническим вырезом пробки 10 поступает во внутренний канал участка 11 колонки и с его выхода по каналу 20 сбрасывается в 0 атмосферу. При указанном положении клапанов осуществляется с помощью микрошприца 5 впрыскивание жидкой пробы во внутренний объем участка 11 капиллярной хроматографической колонки. После впры- 5 скивания пробы во внутренний канал участка 11 колонки клапан 21 запирают к начинают программируемый нагрев обоих участков 11 и 12 колонки с помощью термостата 23. При этом жидкая проба начинает испаряться во внутреннем канале участка

11 колонки и ее пары потоком газа-носителя переносятся во второй участок 12 колонки. Пос ле полного испарения пробы и переводе ее паров из первого участка 11 во второй участок 12 капиллярной хроматографиче- ской колонки клапан 8 запирают и открывают клапан 15, при этом клапан 21 также остается закрытым. Иглу 4 микрошприца 5 извлекают из инжектора 1. разгерметизируя тем самым канал 3. Поток газа-носителя с выхода регулятора 17 давления по трубопроводу 14 поступает в тройник 13, где делится на две части. Одна часть потока газа-носителя (0,5-1,0 мл/мин) поступает в участок 12 капиллярной хроматогрэфиче- ской колонки, осуществляя перенос паров анализируемой смеси веществ в направлении к детектору 19. В процессе переноса паров веществ вдоль участка 12 колонки осуществляется их разделение на составляющие компоненты, которые на выходе участка 12 колонки детектируются с помощью детектора 19. Вторая часть потока газа-носителя (5-10 мл/мин) из тройника 13 поступает в участок 11 колонки и через канал 3 для ввода носителя пробы сбрасывается в атмосферу, осуществляя отдув участка 11 колонки от остатков вещества предыдущей пробы. После завершения процесса разделения компонентов анализируемой смеси в участке 12 капиллярной хроматографиче- ской колонки температуру обоих участков 11 и 12 колонки понижают до исходной, предшествующей вводу следующей пробы (40-45°С).

Таким образом, в предлагаемом хроматографе обеспечивается возможность применения высокоэффективных капиллярных хроматографических колонок диаметром

100 мкм и меньше, что позволяет резко повысить эффективность разделения (до 10.0 тыс. т.т. на метр длины колонки) и сократить время анализа сложных смесей.

Формулаизобретения

1. Капиллярный газовый хроматограф, содержащий инжектор для ввода пробы, включающий цилиндрический корпус с каналом для ввода носителя пробы и каналом

для подачи газа-носителя, в котором установлен управляемый запорный клапан, капиллярную хроматографическую колонку, входной участок которой установлен в инжекторе напротив канала для ввода носителя пробы и коаксиально ему, термостат для капиллярной хроматографической колонки и детектор, связанный с выходом хроматографической колонки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности

разделения и сокращения времени анализа, капиллярная колонка имеет два участка с различным внутренним диаметром капилляра и снабжена тройником и дополнительным трубопроводом для подачи

газа-носителя, в котором установлен дополнительный управляемый запорный клапан, причем участок колонки, имеющий больший внутренний диаметр, соединен с инжектором и одним из каналов тройника, участок

колонки, имеющий меньший внутренний диаметр, соединен с детектором и другим каналом тройника, а дополнительный трубопровод для подачи газа-носителя соединен с третьим каналом тройника.

2. Хроматограф поп.1,отличающий- с я тем, что тройник, соединяющий два участка капиллярной хроматографической колонки, снабжен трубопроводом для сброса газа-носителя в атмосферу, в котором установлен управляемый запорный клапан.

24

21

Изобретение относится к области газовой хроматографии и может найти примене- ниеприанализесостава многокомпонентных смесей веществ, в таких отраслях народного хозяйства как химия, нефтехимия, медицина, биология, пищевая промышленность и др. Цель изобретения - повышение эффективности разделения и сокращение времени анализа. Капиллярный газовый хроматограф содержит инжектор для ввода пробы, капиллярную колонку, термостат для колонки и детектор Новым в капиллярном хроматографе является то, что капиллярная колонка имеет два участка с различным внутренним диаметром, снабжена тройником и трубопроводом для подачи газа-носителя, причем первый участок капиллярной колонки, соединенный с инжектором и одним из каналов тройника. имеет внутренний диаметр больше внешнего диаметра иглы микрошприца, служащего носителем пробы, а второй участок колонки, соединенный с детектором и вторым каналом тройника, имеет внутренний диаметр меньше диаметра иглы микрошприца. Тройник, соединяющий два участка капиллярной хро- матографической когонки, снабжен трубопроводом для сброса газа-носителя в атмосферу, в котором установлен управляющий запорный клапан. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. ё