Хроматограф для анализа микропримесей О @ , СО @ , СН @ , С @ в инертных газах Советский патент 1992 года по МПК G01N30/08 

Изобретение относится к приборам для контроля качественного и количественного анализа газов, в которых используются методы адсорбционного обогащения микропримесей и реакционной хроматографии.

Известны автоматический газовый хроматограф для анализа микропримесей в аргоне,содержащийдетектор высокочастотного разряда с порогом детектирования об %, и автоматический газовый хроматограф для анализа микропримесей в гелии.

Эти хроматографы предназначены для контроля определенного газа и не могут быть использованы как универсальные. Кроме того, эти приборы не позволяют опреде- лять примесь диоксида углерода, а чувствительность определения других примесей недостаточно высока

Известен также хроматограф для анализа примесей в газах, содержащий накопительную хроматографическую колонку,

блоки нагрева и охлаждения, устройство перемещения колонки из зоны охлаждения в зону нагрева, детектор и кран-переключатель.

Однако в известном хроматографе используется метод адсорбционного накопления примесей, который может быть применен для определения примесей в гелии и неоне, но не может быть использован при анализе аргона, так как из-за близких физико-химических свойств невозможно определять примеси кислорода в аргоне.

Цель изобретения - повышение чувствительности определения.

Поставленная цель достигается тем, что хроматограф для анализа микропримесей 02, С02, СН4, СО в инертных газах, содержащий накопительную хроматографическую колонку, блоки нагрева и охлаждения, устройство перемещения колонки из зоны охлаждения в зону нагрева, детектор и кран-переключатель, снабжен колонкой заЁ

Х|

СП

ел

ю

держки, двумя реакторами с независимыми нагревателями и двумя дополнительными накопительными колонками, заполненными одним и тем же сорбентом, предназначенными для поглощения двуокиси углерода, соединенными последовательно с основной колонкой по ходу газа и расположенными над ней на одной перемещаемой оси так, что вход каждой из них ориентирован в сторону блока нагрева, а выход - в сторону блока охлаждения, при этом выход основной накопительной хроматографической ко- лонки соединен с входом первой дополнительной колонки через реактор превращения кислорода в двуокись углерода, выход первой дополнительной колонки соединен с входом второй дополнительной ко- лонки через реактор превращения углеводородов, а выход основной колонки через колонку задержки и выход второй до- полнительной колонки соединены с детектором через кран-переключатель.

На фиг. 1 представлена принципиальная газовая схема хроматографа; на фиг. 2 - взаимное расположение элементов конст- рукции.

Хроматограф содержит основную накопительную хроматографическую колонку 1, дополнительные накопительные хроматог- рафические колонки 2 и 3, блок 4 нагрева, блок 5 охлаждения, реакторы 6 и 7, колонку 8 задержки, переключающее устройство с дросселем 9 и клапанами 10-15, детектор 16 по теплопроводности, газовый счетчик 17 и входной штуцер 18.

Все три колонки 1-3 выполнены из трубки в форме змеевика с отводами для ввода и вывода газа и расположены вертикально на одной оси одна над другой. Колонки соединены так, что газ проходит последова- тельно от нижней колонки к верхней, а в каждой из колонок - от верхнего витка к нижнему. Все три колонки связаны с механизмом 19 перемещения, снабженным электродвигателем, осуществляющим пере- мещение колонок из зоны блока охлажде- ния-криостата в зону нагрева и обратно. Все три накопительные колонки заполнены сорбентом на основе оксидов никеля и хрома.

Колонка 8 задержки выполнена в виде трубки, заполненной полисорбом 1.

Реактор 6 служит для превращения кислорода в двуокись углерода и выполнен в виде кварцевой трубки с системой регулиру- емого нагрева, заполненной активированным углем с нанесенной на него платиной в количестве 5% от массы угля. В реакторе при 500°С происходит реакция

(V- С С02

Реактор 7 служит для превращения углеводородов в двуокись углерода и выполнен в виде кварцевой трубки с системой регулируемого нагрева, заполненной ни- кельхромовым оксидом. В реакторе при 330°С происходит превращение углеводородов

NICr СН4 + 02 - С02+Н20.

Блок 5 охлаждения обеспечивает охлаждение колонок до температуры, необходимой для накопления примесей путем адсорбции. Так, например, в случае контроля примесей воды, оксида и диоксида углерода в инертных газах достаточно охлаждения до комнатной температуры, а в случае контроля примеси азота необходимо охлаждение до криогенных температур. Блок охлаждения может быть выполнен в виде криостата с регулируемой подачей различных типов хладагента.

Б ок 4 нагрева обеспечивает нагрев колонок до температуры, при которой происходит десорбция накопленных примесей, т.е. 300°С, и выполнен в виде электрической печи.

Хроматограф работает следующим образом.

В исходном положении накопительные хроматографические колонки 1-3 находятся в блоке 4 нагрева. Газ-носитель через дроссель 9 продувает со скоростью 5-10 см/мин колонки 1-3 и реакторы 6 и 7 и сбрасывается в атмосферу через клапан 10, а через колонку задержки и клапаны 11 и 12 продувает детектор 16.

Далее согласно алгоритму осуществляется переключение газовой схемы в положе- ние Накопление, при котором накопительные колонки 1-3 перемещаются в криостат 5. Анализируемый газ через штуцер 18 поступает в колонку 1, где улавливаются тяжелые примеси (вода, азот, оксид и диоксид углерода). В выбранных условиях примеси кислорода и углеводородов не адсорбируются на колонке 1, а проходят через дроссель 9 в реактор 6 с Р (5%)-БАУ, где при 500°С происходит превращение кислорода в диоксид углерода, который далее концентрируется в колонке 2. Примесь метана из анализируемого газа свободно проходит через колонки 1 и 2 и реактор 6 и поступает на реактор 7 с никельхромовыми оксидами, где происходит превращение метана в диоксид углерода при 330°С, который улавливается в колонке 3.

Далее анализируемый газ поступает в газовый счетчик 17. При этом газ-носитель через клапан 13 продувает детектор 16. Сдувка основного компонента осуществляется очищенным газом-носителем, поступающим через штуцер 18, клапан 10 и газовый счетчик в атмосферу.

После сдувки основного компонента осуществляется анализ определяемых примесей, при котором накопительные колонки 1-3 перемещаются в термостат с температурой 330°С навстречу потоку газа-носителя, поступающему через штуцер 18 в колонку 1, колонку 8 задержки, клапан 14, реактор 6, колонку 2, реактор 7, колонку 3 и через клапаны 15 и 12 в детектор 16. Десорбция накопленных примесей происходит вначале с колонки 3, при этом регистрируется несдувшийся основной компонент и диоксид углерода, полученный из метана в реакторе 7. С колонки 2 десорбируется диоксид углерода, полученный из кислорода в реакторе 6. При десорбции с колонки 1 тяжелые примеси поступают в колонку задержки и после переключения крана при открытых клапанах 11 и 12 регистрируются детектором. Прибор останавливается в исходном положении.

Хроматограф позволяет определить примеси кислорода и углеводородов, оксида и диоксида углерода в инертных газах на уровне 1 10 об.% и может быть использован для контроля чистых газов.

Формула изобретения Хроматограф для анализа микропримесей 02, СОа, СЙ4, СО в инертных газах, содержащий накопительную хроматографическую колонку, блоки нагрева и охлаждения, устройство перемещения колонки из зоны охлаждения в зону нагрева, детектор и кран-переключатель, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности определения хроматограф снабжен колонкой задержки, двумя реакторами с независимыми нагревателями и двумя дополнительными накопительными колонками, заполненными одним и тем же

сорбентом, предназначенными для поглощения двуокиси углерода, соединенными последовательно с основной колонкой по ходу газа и расположенными над ней на одной перемещаемой оси так, что вход каждои из них ориентирован в сторону блока нагрева, а выход- в сторону блока охлаждения, при этом выход основной накопительной хроматографической колонки соединен с входом первой дополнительной колонки

через реактор превращения кислорода в двуокись углерода, выход первой дополнительной колонки соединен с входом второй дополнительной колонки через реактор превращения углеводородов, а выход основной

колонки через колонку задержки и выход второй дополнительной колонки соединены с детектором через кран-переключатель.

Использование: электронная промышленность, приборы для контроля чистых газов. Сущность изобретения: устройство содержит нагреватель и криостат, между кото-, рыми перемещаются установленные на одной оси одна над другой три накопительные хроматографические колонки. Колонки соединены таким образом, что анализируемый газ проходит последовательно от нижнейколонки к верхней, а в каждой колонке - от верхнего витка к нижнему. Между нижней и верхней колонками по ходу газа подсоединен реактор превращения кислорода в двуокись углерода, а между средней и верхней колонками - реактор превращения углеводородов в двуокись углерода, 2 ил.

I1

I

I I

Фиг.1

Uy