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

(54) ХРОМАТОГРАФ ДЛЯ.АНАЛИЗА ПРИМЕСЕР В ГАЗАХ

1

Изобретение относится к приборам для анализа микропримесей в газах с использованием низкотемпературного обогащения примесей и может 5 быть использовано для определения загрязнения окружающей среды, при контроле состава инертных атмосфер в химической, нефтехимической промышленности и других отраслях народ- ю ного хозяйств а C.i.

Известен хроматограф, использующий теплодинамический метод для.накопления примесей, в котором применяют накопительную колонку с адсорбейтом,, выполненную в виде незамкнутого кольца, установленную на вращающемся валу приводного устройства, таким образом, что колонка может проходить из криостата с хладаген- 20 том в нагревательную печь. Вход и выход накопительной колонки соединены с каналами вращающегося вала, обеспечивающими прохождение газаС21.

Недостатком этого хроматографа 25 является то, что он не позволяет на одной хроматографической колонке одновременно определять примеси, значительно отличающиеся по адсорбируемости.

Также известен хроматограф, в котором применяется по крайней мере две накопительные колонки, соединенные последовательно по ходу анализируемого газа. Накопительные примеси ана.тизируют на одной хроматографической колонке, что не позволяет установить полноту улавливания отдельных компонентов на каждой из накопительных колонок.

Прототипом изобретения является хроматограф з, использующий две соединенные последовательно накопительные колонки я две аналитические системы, каждая из которых подсоединяется к-соответствующей накопительной колонке.

Накопительные колонки заполнены адсорбентом: первая - кварцем, для накопления углекислого газа, вторая силикагелем для накопления кислорода, азота, метана и окиси углерода. Обе накопительные колонки .в период накопления погружали в ванну с криогенной жидкостью. Недостатком этого хроматографа является невозможность селективного накопления указанных компонентов на разных накопительных колонках, так как метан частично

задерживался на первой накопительной колонке, а углекислый газ проскакивал на вторую колонку с силикагелем. Это не могло обеспечить метрологических характеристик хроматографа.

Целью изобретения является повы шение селективности накопления примесей и повышение точности анализа.

Указанная цель достигается тем, что применяпот последовательно соединенные накопительные колонки, по крайней мере одна из которых П1редставляет стальной незаполненный капилляр, сложенный в несколько секций, имеющих форму сектора.

При расположении колонки в ванне с хладагентом по крайней мере между двумя расположенными в хладагенте участками есть один, располой енный вне хладагента, например, в нагревателе.

На фиг. 1 приведена схема хроматографа; на фиг. 2 - накопительная колонка; на фиг. 3 - xpoMaTorpaNtMti опытов по улавливанию примесей в анализируемой смеси.

Хроматограф включает в себя две накопительные колонки 1 и 2, погруя эные в ванну 3 с жидким азотом, две разделительные колонки 4 и 5 соотвественно, для каждой накопительной колонки, детекторы б и 7, самопишущие приборы КСП-4 8 и 9, переключающие краны 10 и 11 и газовый счетчик 12. .

Действие схемы основано на накоплении контролируемых примесей путем их адсорбции в накопительных колонках при температуре жидкого азота (положение накопление - открыты клапаны О/ сГ, - , к , и) с после;ДУЮ1ЧИМИ десорбцией при температуре +300°С и анализом накопленных примесей на--хроматографических колонках (положение анализ - открыты клапаны е, ж, ,t ,д ). Использование .двух аналитических систем, соответствующих каждой накопительной колонке, позволило контролировать степен улавливания и проскока примесей в накопительных колонках.

Накопительная колонка 1 вьтолнена таким образом, что анализируемая газовая смесь многократно проходит через чередующиеся холодные и теплы участки колонки. В результате - на первой незаполненной колонке обеспечивается полное улавливание компонентов с температурами кипения сильно отличающимися от температуры кипения хладагента (-19б°С). Логические примеси с температурами кипения, близкими к температуре кипения хладагента,можно полностью передуть на вторую накопительную колонку с адсорбентом, в то время как тяжелые примеси в указанных условиях полностью остаются на первой колонке.

Капли тумана примесных компонентов, неизбежно образующиеся при низких температурах, при многократном прохождении теплых и холодных зон разбиваются, что приводит к полному улавливанию компонентов.

В качестве накопителей было использовано несколько типов капиллярных колодок различной форг.ш и длины. Наиболее оптимальной оказалась конструкция, изображенная на фиг. 2. Колонка представляет собой стальной цельный капилляр длиной 6 м, внутренним диаметром 1 мм, сложенный в семь секций, скрученный в виде жгута и согнутый по форме сектора. Выход с первой накопительной колонки через переключающий кран соединен со второй накопительной колонкой, длиной 30 см, внутренним диаметром 0,3 см, заполненной силохромом С-80, Для проверки качества улавливания примесей в обеих аналитических системах были установлены одинаковые разделительные колонки (длина 3 м, внутренний диаметр - 0,3 см, расход газа-носителя гелия 40 см/мин).,

Анализировались смеси: 1) воздуха углекислого газа, сероводорода, пропана, паров воды и бутана и 2) кислорода, азота, метана и окиси углерода в водороде и гелии на уровне концентраций 2-10 об.% (объем накопления .составлял 50 л). Накопление примесей проводилось при температуре жидкого азота. Десорбция накопленных примесей осуществлялась перемещением накопительных колонок в печь при температуре +300°С.

На фиг. За показаны результаты анализа примесей первой смеси, соответственно, с первого и второго накопителей, полученные на хроматографических колонках с полисорбом при программировании температуры от комнатной до . Как видно из представленных данных, легкие примеси проскочили на вторую накопительну.ю колонку и вышли на полисорбе 1 одним пиком;, при этом тяжелые компоненты (Coj, И , вода и С. Н) целиком задерживались на незаполненной капиллярной трубке.

Н фиг. 36 показаны результаты анализа второй смеси, содержащей легкие коглпоненты, полученные на хроматографических колонках с молекулярными ситами СаА при температуре -t-SO C.

Аналогичные опыты, проведенные с использованием в качестве накопительной колонки односекционных полых капилляров или колонок, заполненных кварцем, показали частичный проскок тяжелых и задержку легких компонентов.

Изобретение обеспечивает определение широкого диапазона примесей в низкокипящих газах. Изготовленный

образец прибора по сравнению с известными позволяет селективно накапливать примеси различных компонентов и обеспечивает их полное улавливание Изобретение может быть использовано для контроля качества готовой продукции на предприятиях, производящих чистые газы.

Формула изобретения

Хроматограф для анализа примесей в газах, содержгиций последовательно соединенные накопительные колонки, установленные в ванной с хладагентом, разделительные колонки, установленные на выходе накопительных колонок, и детекторы, подключенные

к выходам разделительных колонок, отличающийся тем, что, с целью повышения селективности накопления примесей и точности анализа,по крайней мере одна из накопительных колонок выполнена в виде капилляра, сложенного в несколько секций, имеющих форму сектора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 241094, кл. G 01 N 31/08, 1962.

2.Авторское свидетельство СССР 503174, кл. G 01 N 31/08, 1974.

3.Автоматизированные системы управления в нефтяной и газовой

5 промышленности, выпуск 7, Киев, 1975, с. 25 - 29.

J4c ж т.

Газ -носитель п

ii

/-Л накопительная колонка

СО г HtS cjHf taSa ,,

rs i-A

2-Я накопительная колонка

aosdyt

f-я накопительное колонка Воздух

2-f накопительная колонка Ot HI си If со

л гА