Хроматограф для анализа микропримесей в газах Советский патент 1980 года по МПК G01N31/08 

(54.) ХРОМАТОГРАФ ДЛЯ АНАЛИЗА МИКРОПРИМЕСЕЙ В ГАЗАХ

.1

Изобретение относится к хроматографическим приборам, в которых используется перемещающееся температурное поле, и может найти примене- 5 ние для определения широкого диапазона веществ, присутствующих в-лёгких газах, в частности в гелии.

Известен хроматограф для анализа примесей в газах 1 , содержащий |Q односекционную хроматографическую колонку, охладитель, нагреватель, командный аппарат и приводное устройство, осуществляющее перемещение хроматографической колонки из охла- г дителя в нагреватель и обратно. Командный аппарат и электродвига-. тель приводного устройства соединены с концевыми выключателями, которые обеспечивают их попеременную работу 20 и ограничивают пределы перемещения колонки.

Недостатком известного хроматографа является невозможность одновременного определения прймедей, зна- 25 чительно отличающихся своими адсорбционными свойствами. Это существенно .сужает диапазон определяемых веществ.

Известен также хроматограф для анализа примесей в газах 2 , содерa Gb«bi ffi i«3fe-.

:j,,i-juk: tifeaifa-ififi

жащий обогатительную колонку, выполненную из двух секций, вход первой секции соединен через клапан с источником анализируемого продукта, а выход второй секции соединен через клапан с измерителем количества анализируемого продукта, аналитический блок, охладитель, нагреватель, командный аппарат и пр иводное устройство для перемещения колонки в пр1еделах зон охлаждения и нагрева.

Этот хроматограф решает задачу определения ширЬкого диапазона веществ, присутствующих в легких газах. Однако он сложен конструктивно в связи с реализованным здесь решением раздельного подвода и вывода газов из каждой секции колонки.

Другой недостаток известного хроматографа состоит в том, что в процессе концентрирования поток анализируемого газа, выходящий из первой секции, выводится за пределы обогатительной колонки перед поступлением его во вторую секцию. Это связано с возможностью изменения состава газа (подсос воздуха, аДсорвция на стенках) и с соответствующим снижением точности определения.

Целью изобретения является упрощение конструкции хроматографа, повышение точности определения и упроЩёйиё процесса анализа.

Указанная цель достигается тем, что в хроматографе вход первой секции и выход второй секции соединены через переключающее устройство с источником газа-носителя и аналитическим блоком, выход первой и вход второй секции соединены непосредственно между собой, причем секции установлены последовательно, выходы их обращены друг к другу и разнесены на расстояние, обеспечивающее одновременное нахождение одной секции в охладителе, к другой в нагревателе.

На фиг. 1-3 представлено схематическое изображение последовательны стационарных пoJloжeний обогатительно колонки в процессе анализа; фиг.1 при накоплении, фиг-. - при элюировнии из второй секции; фиг. 3 - при элюировании из первой секции; на фиг. 4 - газовая схема хроматографа.

Хроматограф содержит охладитель 1 и нагреватель 2, создающие зоны охлаждения и нагрева, и обогатительную колонку 3, изготовленную из нержавеющей сталй. Обогатительная колонка 3 состоит из двух секций 4 и 5, заполненных сорбентами и предназначенных для обогащения и разделе1яия примесей. Секций 4 и. 5 выполнены в виде трубок, со.гнутлх по дуге окружности, в виде прямолинейных трубок или в виде трубокj согнутых по спирали., и установлены последовательно на валу б приводного устройства, таким образом, что между ними имеется расстояние, обеспечивающее одновременое нахождение одной секции в охладителе 1, а другой в нагревателе 2. Выходы 7 и 8 секций 4 и 5 обращены друг к другу, причем выход 7 секции 4 и вход 9 секции 5 соединены не посредственно между собой капиллярной трубкой 10.

На газовой схеме фиг. 2 хроматографа имеется переключающее устройство 11,соединяющее с помощью газовых линий вход 12 секции 4 с источником 13 анализируемого продукта, с источником 14 газа носителя и с .аналитическим блоком 15, а выход 8, секции 5 с измерителем 16 количества анализируемого продукта, с анали тическим блоком 15 и с источником 14 газа-носителя.

Переключающее устройство 11 содержит газовые краны 17 и 18, а аналитический блок 15 - разделительную колонку 19, дроссель 20 (или вторую разделительную колонку), регулятор 21 расхода газа и детектор 22.

В каждом цикле анализа обогатительная колонка 3 перемещается из нагревателя 2 в охладитель 1 и обратно по установленной прог рамме. Перемещение осуществляется П15йводньм устройством с электродвигателем, кинематически связанным с валом б. Программой работы хроматографа управляют командный аппарат и измеритель 16 количества анализируемого продукта. В процессе перемещения обогатительная колонка 3 трижды останавливается: для накопления (обе секции 4 и 5 располагаютс в охладителе), для элюирования примсей, накопленных в секции 5 (секция 4 - в охладителе, а секция 5 - в нагревателе) и для элюирования примесей, накопленных в секции 4 (обе секции 4 и 5 - в нагревателе).

Принцип работы хроматографа сводится к следующему.

Началу анализа соответствует стационарное положение обогатительной колонки 3, при котором секции 4 и 5 располагаются в нагревателе 2 (фиг.

В этом положении газ-носитель гелий от источника 14 проходит последвательно через регулятор 23 давлени секции 4 и 5 колонки 3, распределительную колонку 19, регулятор 21 расхода и детектор 22, а анализируемый продукт от источника 13 проходит через регулятор 24 расхода и далее через дроссель 25 выводится из прибора (фиг. 4).

Для накопления примесей обогатительная колонка 3 путем вращения вала 6. перемещается в нижнее стационарное положение, при котором секция 5 погружена в охладитель 1 (в ванну с хладагентом) полностью, а секция 4 - приблизительно на 2/3. Затем при помощи газового крана 17 анализируемый, продукт от источника 13 направляется последовательно чер регулятор 24 расхода, секции 4 и 5 колонки 3, клапан 26 подпора в измеритель 16 количества анализируемого . продукта, а газ-йоситель от источника 14 - через регулятор 23 давления, разделительную колонку

19,регулятор 21 расхода в детектор

. и включение измерителя 16 поступают от командного аппарата.

Примеси, содержащиеся в анализируемом .продукте, например в гелии, распределяются по секциям 4 и 5. В секции 4, заполненной кварцевым стеклом,накапливаются С0„ и HgO. При этом начальный участок секции 4 (приблизительно одна треть .ее длины) остается свободным отнакапливаемых примесей.

После прохождения заданного объема анализируемого газа, газовый кран 17 переключается в исходное положение, вновь направляя гаэ-но.ситель последовательно через секций 4 и 5 колонки 3, разделительную колонку 19, регулятор 21 расхода и детектор 22, а анализируемый продукт через дроссель 25 на сброс. Одновременно приводится во вращение вал 6 для перемещения обогатительной колон ки в стационарное положение, при которомсекция 5 располагается в нагревателе 2, а секция 4 еще остается В охладителе 1 (в ванне с хладаге том). Направление вращения колонки противоположно направлению потока газа через секцию 5. КоманДы на переключение газового крана 17, в исходное положение и перемещение колонки 3 в вышеуказанное положение поступают от измерителя 16 количества анализируемого продукта. При вращении обогатительной колонки 3 вдоль секции 5 в направлении потока газа перемещается температурное поле, обЛслдающее градиентом температуры с интервалом, от температуры хладагента до температуры, необходимой для регенерации слоя, а температура секции 4 остается неизменной Ьавной температуре хладагента. В результате сконцентрированные примеси, накопленные в секции 5, элюируются в разделительную колонку 19, заполненную активирова нным углем, а примеси, накопленные в секции 4, остаются адсорбированными (на сло.е сорбента) . После регистрации вьщелившихся пр месей детектором 22 переключается га зовый кран 18, изменяя направление потока газа-носителя через обогатительную колонку 3 на обратное. Одновременно возобновляется вращение вал 6 для перемещения обогатительной колонки в верхнее стационарное положение, при котором секция 4 располагается также в нагревателе. Команды на изменение направления потока газа через обогатительную колонку 3 и пер мещение ее в верхнее стационарное положение поступайт от командного аппарата. При вращении колонки температурное поле, обладающее градиентом температуры перемещается вдоль секции 4, Направление перемещения температурного поля совпадает с направлением потока газа через эту с.екцию. При этом на начальном участке секции 4 свободном от накопленных примесей, осуществляется режим стационарной хроматермографии и по мере поступления входа 12 секции в нагреватель 2 накопленные в ней примеси раздельно в виде узких полос , элюируются в детектор 22. Для подготовки хроматографа к оче редному циклу анализа переключается газовый кран 18 в исходное положение вновь направляя поток газа-носителя последовательно через секции 4 и 5 колонки 3. Команда на переключение крана 18 поступает от командного аппарата. Далее цикл повторяется. Хроматограф работает автоматически в потоке. Время одного цикла анализа складывается из суммы трех независимых друг от друга времен: накопления в охладителе, перемещения колонки (перемещения температурного поля) и остановок колонки для элюирования накопленных примесей. Первое зависит от концентрации содержащихся примесей. Оно пропорционально объему анализируемого газа, поступающего на анализ, который задается измерителем 16 количества анализируемого продукта. Второе подбирается с целью хорошего разделения примесей и устанавливается с помощью приводного устройства с электродвигателем. Третье зависит от диапазона определяемых примесей и устанавливается с помощью командного аппарата. Изобретение обеспечивает определение широкого диапазона примесей в низкокипящих газах, различной степени чистоты. Изготовленный образец прибора проще по устройству и удобнее в эксплуатации по сравнению с известным. Программа работы прибора легко перестраивается для решения конкретной аналитической задачи. Изобретение может быть использовано для контроля качества готовой продукции на предприя.тиях, производящих чистые газы. Формула изобретения Хроматограф для анализа микропримесей в газах,содержащий обогатительнзю колонку,выполненную из двух секций, ход первой секции соединен через клапан с источником анализируемого продукта, а выход второй секции соединеи через клапан с измерителем количества анализируемого продукта, аналитический блок, охладитель, нагреватель, командный аппарат и приводное устройство для перемещения колонки в пределах зон охлаждения и нагрева, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции хроматографа, повышения точности определения и упрощения анализа, вход первой секции и выход второй секции соединены через переключающее устройство с Источником газа-носителя и аналитическим блоком, выход первой и вход второй секций соединены непосредственно между собой, причем секции установлены последовательно, выходы их обращены друг к ругу и разнесены на расстояние, обеспечивающее одновременно нахожленив одной секции в охладителе, а другой в нагревателе.

Источники информации, й йнйтые во внимание при экспертизе

.г/