УСТРОЙСТВО для ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Советский патент 1972 года по МПК G01N30/08 

Известно устройство для хроматографического анализа, содержащее хроматографическую колонку, детектор и расноложенный между ними сепаратор-вымораживатель.

Сенаратор представляет собой контейнер с холодной и горячей зонами, в которых размещена выполненная в виде змеевика трубка, заполненная инертным материалом. Один конец трубки присоединен к хроматографической колонке. Детектор непрерывно следит за выходящими из хроматографической колонки комнонентами. В тот момент когда через трубку проходит какой-либо компонент, она нере мещвется из горячей зоны в холодную, и компонент на границе зон вымораживается. В режиме детектирования меняется направление движения трубки и потока газа-носителя, и компоненты размораживаются. Суммарный коэффициент обогащения газа-носителя компонентом (или коэффициент обеднения компонента газом-носителем) определя,ется в таких устройствах но соотношению массовых нотоков газа-носителя в режиме замораживаиия (наконления) и режиме размораживания (детектирования), a также но возможному дополнительному сужению временной ширины хроматографического ника.

печивающих вращение и неремещение трубкн относительно хроматографической колонки и детектора, необходимость реверсивного вращения и неремен1енпя трубки (нри этом требуется многократное нересоедннение устройства от хроматографической колонки к детектору и наоборот, либо сложная система коммутации нотоков газа), a также трудность устранения больших холостых объемов между границей зон устройства н детектором.

Последний недостаток оказывается весьма cyuiecTBeHHbiM при нснользованни устройства в режиме сепаратора с детектором малой пропускной способиости, например масс-спектрометром (наличие таких объемов ведет к резкому уширению хроматографическнх ников и соответственно уменьшению коэффициента обогащения). В предлагаемом устройстве сепаратор-вымораживатель содержит нагреватель и холодильник, выполненные в виде полуцилиндров, расположенных на диске с возмол ностью вращения в одном направлении. В полуцилиндрах имеется наз, в котором размещена трубка

сепаратора. Обогреватель и холодильник расноложены так, что во время замораживания (наконления) горячая зона устанавливается выще (по потоку) холодильника, a во время вытеснения компонент смеси в массНа фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства и положения нагревателя и холодильника; на фиг. 2 - предлагаемое устройство, поперечный разрез; иа фиг. 3 - то же, вид сверху; на фиг. 4 - электрическая схема управления устройства.

Предлагаемое устройство для хроматографического анализа содержит хроматографическую колонку Л трубку сепаратора 2, вентиль

3канала отделяемого газа-носителя, вентиль

4канала детектора, нагреватель 5, холодильник 6, диск 7 из теплоизоляциоиного материала, печи 8, 9 соответственно хроматографической колонки и коммуникаций, расположенных после трубки сепаратора, привод 10, обеспечивающий движение диска 7 с закрепленными иа нем нагревателем 5 и холодильником 6.

Блок 5 может нагреваться электрически, а блок 6 может охлаждаться введением в него хладагента, например л идкого азота или твердой углекислоты, либо подачей по теплопроводу хладагента, содержащегося в резервуаре.

Перед началом работы блоки 5 и 5 находятся в положении, показанном на фиг. 1,а. Сразу после введения в хроматограф иорции анализируемой смеси, состоящей из компонентов Х, xz,..., Хп (или с задержкой, равной например, времени движения через колоику газа-носителя или первого компонента смеси), блоки 5 и 5 приводятся в движение в направлении, указанном стрелкой {начинается работа в накопления). Скорость движения блоков желательно выбирать такой, чтобы к моменту выхода последного компонента Хп граница между блоками 5 и 5 была близка к позиции окончания движения, показанной на фиг. 1,г; тогда для вымораживания компонента используется вся длина трубки сепаратора.

При резком скачке температуры в трубке на границе блоков 5 и 6 вещество пика вымораживается в виде короткого слоя в том месте, где находилась граница во время прохождения этого вещества через трубку-сепаратор.

Имеется ввиду, что температура холодильника столь низка, а температура нагревателя столь велика, что вещество осаждается на поверхность трубки или набивки в результате конденсации, а адсорбционные эффекты предельно исключены (чтобы ие искажалась ии,формация о времени удержания компонент).

На фиг. 1, б, в, г, показан процесс накопления на разных стадиях. Зачерненными полосками обозначены сечения замороженных слоев вещества KI, Кг, .., Газ-носитель в режиме накопления уходит через вентиль 3, вентиль 4 закрыт.

чина потока в режиме детектирования определяется свойствами детектора. Нанример, в случае масс-спектрометрического детектора величина потока ограничена сверху пропускной способностью откачной системы массспектрометра при давлении, не превосходящем предельного рабочего, а снизу - величиной скорости, при которой ширина пика становится излищне больщой, т. е. начинает превосходить постоянизю времени детектора больще чем в несколько раз.

Скорость движения границы блоков 5 и 6 по трубке сепаратора в режиме детектирования меньще скорости потока газа-носителя.

Суммарный коэффициент обогащения газа-носителя компонентом определяется соотношением массовых потоков газа-носителя в режиме накопления и режиме детектирования, а также возможным дополнительньпм сужением

временной щирииы хроматографического пика.

Расчеты показывают, что этот коэффициент для трубки сепаратора длиной несколько десятков сантиметров и внутренним диаметром

несколько десятых миллиметра при использовании в качестве газов-носителей водорода или гелия достигает . Сепаратор может одновременно уменьшать ту составляющую фона, обусловленнзю неподвижной фаЗОЙ, которая связана с равновесной упругостью нара этой фазы; для этого надо поддерживать температуру нагревателя 5 в режиме детектирования ниже наивысшей температуры колонки в режиме накопления. Особенно важно, что эта составляющая не будет расти в режиме детектирования несмотря на то, что, например, в режиме накопления применялся программированный прогрев колонки. В результате повышается чувствительность. Сепаратор может применяться с любыми газохроматографическими детекторами, а также в комбинации с хромато-эффузиометрическими и хромато-эффузио-масс-спектррметрическими устройствами (в этом случае сепаратор устаиавливается между колонкой и ячейкой Кнудсена).

Нагреватель 5 и холодильник 6 (см. фиг. 2, 3) с помощью винтов 11 крепятся к диску 7, который вращается вокруг оси J2, закреплеиной иа плите 13, служащей основанием устройства. Диск 7 поддерживается подшипником 14. Для уменьшения теплопередачи между блоками 5 и 6 диск 7 изготовлен из материала с малой теплопроводностью, например

текстолита. Блоки 5 и 6 выполнены из хорошо теилопроводящего материала, например меди. В полость нагревателя 5 помещен нагревательный элемент 15. Подводка электрического тока к нагревательному элементу 15 осуществляется через провода 16, щетки 17, токосъемные кольца 18, впрессованные в основание диска 7, и штыри 19.

вой связи с окружающей средой сосуд 20 обложен теплоизоляционным материалом 21, папример пенопластом.

Трубка сепаратора 2 укладывается в паз, сделанный но окружности холодильника и нагревателя. Надежное прилегание трубки 2 к блокам 5, 6, обеспечивается пружиной 22, кренящейся одним концом к плите 13 через стойку, а другим концом к трубке сепаратора 2 через соединительное устройство 23. Последнее имеет штуцерное уплотнение 24, с помощью которого выходной конец трубки сеиаратора 2 подсоединяется к вентилям 3 и 4 (см. фиг. 1).

Вентили 3 и 4 могут быть установлены непосредственно иа устройстве или являться частью детектора. Например, во многих массспектрометрах вентилем 4 может служить дозирующий вентиль на входе масс-спектрометра.

Входной конец трубки сепаратора 2 крепится к плите 13 через соединительное устройство 25 и стойку 26, выполненную из теплоизоляционного материала (текстолита) и подсоединяется к хроматографической колонке 1 через щтуцерное уплотнение 27.

Вращение диска 7 с укрепленными на нем блоками 5 и 6 осуществляется с иомощью двигателя 28, установленного на плите 13 посредств-ом кронштейна 29. Крутящий момент двигателя передается на диск 7 через редуктор, содержащий щестерни 30-53.

Электрическая схема унравлепия устройством показана на фиг. 4.

..- x/-s№-(;;

В начальный момент тумблер Т замкнут. Контакты Кп концевого включателя 34 (см. фиг. 2), иредназначенные для автоматической остановки диска 7 в двух диаметрально нротивоположных позициях, разомкнуты. Управление переключателем /Сп производится кулачками 35, впрессованными в основание диска 7 (см. фиг. 2). Кнопка Ки тоже разомкнута, и ток в цепи двигателя отсутствует.

При замыкании кнопки Ян двигатель начинает вращать диск 7 и кулачок переводит концевой выключатель Кп в замкнутое полол ение, блокируя кнопку Кн. При повороте диска на 180° второй кулачок размыкает концевой

выключатель /Сп, и двигатель останавливается. В случае необходимости диск 7 может быть остановлен и занущен тумблером Т.

Предмет изобретения

Устройство для хроматографического анализа, содержащее хроматографическую колонку, детектор и расположенный между ними сепаратор-вымораживатель, выполненный в виде трубки, нагревателя и холодильиика, огличающееся тем, что, с целью увеличения надежности и повышения чувствительности, нагреватель и холодильник выполнены в виде полуцилиндров, расположенных на диске с возможностью вращения в одном направлеНИИ и снабженных назом, в котором расположена трубка сепаратора, неподвижно соединенная с выходом колонки и входом детектора.

7f derr.SHiOfXi Хб V х.з