Устройство для отбора и ввода пробВ гАзОВый ХРОМАТОгРАф Советский патент 1981 года по МПК G01N31/08 

Изобретение относится к аналитиче скому приборостроению и может применяться в устройствах для отбора и ввода проб жидкости в газовый хромат граф. Известно устройство для отбора и ввода пробы жидкости в анализатор состава, представляющее собой шприц. Шприц содержит цилиндрический корпус полую иг;11у, выступающую из корпуса, и поршень, проходящий через канал корпуса и иглу l. Однако данное устройство предназначено для ручного дозирования. Недо статком устройства является такх:е то, что оно мало надежно в работе, так как при возвратно-поступательном переметении поршня происходит изнашивание (истирание).стенок внутреннего канала иглы и самого поршня и, как следствие, нарушается герметичность шприца и воспроизводимость дозирования. Кроме того, устройство не обеспечивает необходимую точност воспроизведения дозировки пробы от цикла к циклу, так как установка до зы при каждом цикле отбора и ввода производится на глаз по делениям шк лы на корпусе шприца. Известно устройство для автоматического отбора и ввода проб в газовый хроматограф, содержащее корпус, полую иглу, установленную на оси корпуса, и подвижный цилийдр, размещенный на корпусе. Конец иглы, противоположный ее острию, соединен со входом в хроматографическую колонку и с каналом для подачи газа-носителя, в котором установлен управляемый клапан. В подвижном цилиндре перпендикулярно его оси установлена мембрана из самоуплотняющегося материала. Под цилиндром установлен с возможностью перемещения в вертикальном направлении контейнер с анализируемой жидкостью, вход которого перекрыт мембраной из самоуплотняющегося материала 2. Недостатком данного устройства является сложность конструкции, связанная с наличием подвижного цилиндра с уплотнителями, которые должны обеспечить герметичность в течение длительного периода работы устройства D автоматическом режиме дозирования. В устройстве практически невозможно осуществить промывку внутреннего канала иглы растворителем от остатков предьщущей пробы. Это ограничивает

Сферу использования данного устройства. Кроме того, известное устройство требует специальной конструкции хроматографа, у которого вход в испаритель должен быть расположен снизу его корпуса. .

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для ввода жидких проб в газовый хроматограф, содержащее корпус,приспособление для дозирования пробы, выполненное в виде двух полых игл, соединенных каналом, контейнер с анализируемой жидкостью, испаритель, выполненный в виде двух камер, соединенных элементом сопротивления, вход в который перекрыт самоуплотняющейся мембраной, и источник давления газа-носителя Сз Недостатком указанного устройства, предназначенного для ручного дозирования является то, что отбор пробы в дозирующий элемент осуществляется силами поверхностного натяжения жидкости. Это ограничивает объем дозируемой жидкости и не позволяет варьировать количеством вводимой в хроматограф пробы жидкости в широких пределах путем увеличения длины дозирующего элемента. Другим недостатком яв ляется то, что данное устройство-требует специальной довольно сложной конструкции испарителя, что исключает его использование в типовых конструкциях газовых хроматографов и, следовательно, ограничивает сферу использования.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства и расширение сферы его использования.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для отбора и ввода проб в газовый хроматограф, содержащем корпус, приспособление для дозирования пробы, выполненное в виде двух полых игл, соединенных каналом, контейнер с анализируемой жидкостью, испаритель газового хроматографа, выполненный в виде двух камер, соединенных элементом сопротивления, вход в который перекрыт мембраной из самоуплотняющегося материала, и источник давления газа-носителя, иглы приспособления для дозирования выполнены различной длины и установлены в подпружиненных направляющих в .корпусе, а концы игл, противоположные их острию, закреплены во втулке, соединенной со штоком установленным в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения, и конец иглы большей длины, выступаквдей из корпуса , установлен на оси защитного трубчатого элемента, к которому прикреплена с возможностью поворота вокруг него герметичная емкость, торец которой, обращенный к корпусу, перекрыт мембраной из самоуплотняющегося материсша.

Устройство может быть снабжено дренажной емкостью, прикрепленной к указанному защитному трубчатому элементу с возможностью вращения вокруг него. При этом дренажная емкость имеет отверстие, сообщающее внутренний ее объем с атмосферой., и ее торец, обращенный к корпусу, перекрыт мембраной из самоуплотняющегося материала.

Указанные герметичную и дренажную емкости предпочтительно выполнить в виде цилиндрических ампул с пробками из силиконовой резины, оси которых удалены от оси защитного трубчатого элемента на расстояние, равное расстоянию между иглами.

Устройство .снабжено приспособлением для термовакуумной сушки внутренних каналов игл, выполненным в виде емкости, снабженной нагревателем и соединенной с системой вакуумировани.я. При этом указанная емкость должна иметь вход, перекрытый мембраной из самоуплотняющегося материала.

Устройство моЖ|ет быть снабжено приспособлением для промывки внутренних каналов игл, выполненным в виде емкости, частично заполненной растворителем и имеющей вход, перекрытый мембраной из самоуплотняющегося материала. Пои этом указанная емкость с растворителем может быть соединена с источником давления Ьаза-носителя.

В предпочтительном варианте выполнения корпус устройства снабжен рукояткой-держателем, а между втулкой, соединенной со штоком, и торцовой стенкой корпуса, противоположной остриям игл, размещена пружина, причем в рукоятке-держателе смонтировано приспособление для стопорения втулки.

Благодаря указанной форме выполнения приспособления для дозирования пробы и. наличяк герметичной емкости, служащей аккумулятором давления, обеспечивается возможность ввода дозированного количества жидкости в испаритель обычной конструкции, широко используемый во всех выпускаемых в настоящее время газовых хроматографах, а.благодаря подпружиненным направляющим для игл и защитному трубчатому элементу, которые являются необходимыми составными частями устройства при указанной форме выполнения приспособления для дозирования повышается надежность работы устройства, так как исключается изгибание игл.

На фиг..1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез} на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - острие иглы, продольное сечение; на фиг. 4 - схема устройства в момент зарядки герметичной емкости давлением на фиг. 5 - схема устройства в момент отбора пробы анализируемой жидкости; на фиг. Ь - схема уст ройства в момент ввода в испаритель газового хроматографаJ на фиг. 7 схема устройства в момент сброса дав ления из герметичной емкости; на фиг. 8 - схема устройства в момент очистки внутренних каналов игл с помощью приспособления для термовакуум ной сушки; на фиг. 9 - схема уст ройства с полуавтоматическим вводом пробы. Устройство содержит цилиндрический корпус 1, в котором установлена с возможностью продольного перемещения направляющая втулка 2, соединенная со штоком 3. Для уменьшения трения направляющей втулки 2 о внутренние стенки корпуса 1 она снабжена продольными ребрами 4. Со стороны, противоположной штоку 3, направляющая втулка 2 имеет углуб ление, перекрытое пластинкой.5, в которой закреплены концы полых игл 6 и 7. При этом канал В, соединяющий полые иглы, помещен в углубление направляющей втулки 2. Направляющая втулка 2 выполнена иэ фторопласта. Иглы 6 и 7 размещены в подпружиненных направляю1цих 9, установленных на скользящей посадке внутри корпуса 1 с возможностью продольного перемещения их. Конец длинной иглы 6, выступающий из корпуса 1, заключен в труб чатый защитный элемент 10, служащий в качестве направляющей при перемещении иглы и предотвращающий ее изгиб. С трубчатым элементом 10 соединены с возможностью поворота вокруг него две емкости 11 и 12. Торцы емкостей 11 и 12, обращенные к корпусу перекрыты мембранами 13 и 14 из само уплотняющегося материала, например из силиконовой резины. Одна из емкостей 12 выполнена герметичной и служит аккумулятором давления, а вторая 11 имеет отверстие, сообщающее ее внутренний объем с .атмосферой, и слу жит в качестве дренажной емкости. На конце защитного трубчатого эле мента 10 закреплена круглая пластина 15, служащая в качестве упора при вв дении иглы б в емкость 16, соединенную с источником давления {фиг. 4), или в испаритель 18 газового хромато графа (фиг. 6), или в приспособление 19 для термовакуумной сушки (лиг. 7) или в контейнер с растворителем (не показан). Заостренные концы игл 6 и 7 имеют заглушку 20 и боковое отверстие (фиг Входы емкости 16, соединенной с исто ником давления, контейнера 17 с анализируемой жидкостью, испарения 18 газового хроматографа, приспособления 19 для термовакуумной сушки и контейнера с растворителем покрыты -оответстпующими мембранами 21, 22 23, и 24 из самоуплотняющегося ма,териала. Приспособление 19 для термовакуумной сушки представляет собой емкость, соединенную с системой вакуумирования (не показана). На стенках емкости размещена спираль 25 нагревателя. Устройство работает следующим образом. Перед отбором пробы жидкости произ водят зарядку герметичной емкости 12 устройства газом-носителем под давлением. С этой целью устройство подводят к емкости 16, соединенной с источ НИКОМ давления газа-носителя так. что круглая пластина 15 налагается на входной канал емкости 16, перекрытой мембраной 21 из самоуплотняющегося материала. При зтом заостренный конец длинной иглы 6 устанавливается по оси входного канала емкости 16, а конец короткой иглы 7 устанавливается по оси герметичной емкости 12. Удерживая одной рукой корпус 1 устройства в данном положении, оператор второй рукой перемещает шток 3, одновременно вводя .иглы 6 и 7 через мембраны 21 и 14 в соответствующие емкости 16 и 12 ((Ъиг. 4). При этом внутренний объем герметичной емкости 12 через внутренние каналы игл 7 и 6 сообщается с внутренним объемом емкости 16, где создается постоянное давление Р , которое превышает давление Р в испарителе 18 газового хроматографа. Затем шток 3 отводится в такое положение, при котором иглы 6 и 7 выводятся из емкостей 16 и 12, причем игла 7 целиком вводится в корпус 1, а игла 6 частично размещена в корпусе 1, а остальная ее часть - в защитном трубчатом элементе 10. При отборе пробы анализируемой жидкости емкости 12 и 11 путем вращения вокруг трубчатого элемента 10 меняются местами так, что емкость 11 устанавливается напротив короткой иглы 7. Устройство подводят к контейнеру 17 с анализируемой жидкостью так, что круглая пластина 15 налагается на входной канал контейнера 17, перекрытый мембраной 22 из самоуплотняющегося материала, н игла 6 устанавливается по оси входного канола контейнера 17. Удерживая одной рукой корпус 1 в данном положении, опергтор второй рукой перемещает шток 3, одновременно вводя иглы 6 и 7 через мемРряны 22 и 13 соответственно в контейнер 17 и емкость 11 (сЬиг. 5). Перемещение поршня производится до тех пор, пока входное отверстие Шлы 6 не погружится в анализируемую жидкость в коАтейнере 17. Благодаря тому, что принципиальное давление паров жидкости во внутреннем объеме контейера 17 превышает атмос юряпе давлеие во внутреннем объеме емгсости 11 роисходит передавливаиио чпгти жидкости из контейнера i7 по внутренним каналам игл 6 и 7 в емкость 11 до момента выравнивания давлений в контейнере 17 и емкости 11. К этому моменту калиброванный объем приспособления для дозирования, образованный внутренними каналами игл б и 7 и соединительного канала 8 заполняется анализируемой жидкостью. Затем шток 3 возвращается в исходное положение (на фиг. 1) . и иглы 6 и 7 одновременно вводятся из контейнера 17 и емюэсти 11. Перед вводом пробы анализируемой;, жидкости в испаритель 18 газового хроматографа емкости 11 и 12 путем вращения их вокруг трубчатого элемента 10 меняются местами так, что герметичная емкость 12 устанавливается напротив короткой иглы 7. При вводе пробы устройство подводят к испарителю 18 газового хроматографа так, что круглая пластина 15 налагается на входной канал Испарителя 18, перекрытый мембраной 23 из самоуплотняющегося материала, и игла 6 устанавливается по оси входного канала испарителя 18. Удерживая одной рукой корпус 1 в Данном положении, оператор второй рукой перемещает шток 3, одновременно вводя иглы б и 7 через мембраны 23 и 14 соответственно в испаритель 18 газового хроматографа и. емкость 1 За счет перепада, давления Р в емкости 12 и Pj в испарителе 18 про исходит передавливание дозированного количества жидкости из внутренних ка налов игл б и 7 в испаритель 18 газо вого хроматографа. Объем герметичной емкости 12 должен быть таким, чтобы до момента выравнивания давлений в емкости 12. и испарителе 18 вся жидКость, находившаяся во внутренних ка налах игл 6 и 7, перешла во внутренний объем испарителя 18. Затем шток 13 возвращается в исходное положение (фиг. 1), и иглы б и 7 одновременно вводятся из испарителя 18 и герметич ной емкости 12. Для очистки внутренних каналов игл б и 7 от остатков пробы жидкости устройство подводят к приспособлению 19 для термовакуумной сушки так, что пластина 15 налагается на входной вал приспособления 19, перекрытый мембраной 24 из самоуплотняющегося материала. Затем игла б через мембрану 24 ВВОДИТСЯ во внутренний объем приспособления 19 для термовакуумной соединенный с системой вакуумировани а игла 7 одновременно вводится во внутренний объем герметичной емкости 12. в этом положении устройство удер живается некоторое время (20-30 сек) достаточное для откачки паров жидкос ти от предыдущей пробы из внутр енних каналов игл 6 и 7. Предварительно нутренние каналы игл могут быть проыты растворителем.. В предпочтительном варианте выполения устройства корпус 1 снабжен руояткой-держателем 26. При этом между тулкой 2 и торцовой стенкой корпуса , противоположной остриям игл 6 и 7 размещена ттружина .27, а в рукояткеержателе 26 смонтировано приспособение 28 для стопорения втулки 2 в райнем положении, когда игла 7 полостью введена в корпус 1, а игла б астично размещена в корпусе 1, а астично - в трубчатом элементе 10. Приспособление 28 для стопорения установлено на оси 29 и имеет выступ 30, выполняющий роль кнопки-пускателя, и профилированный выступ 31, выполняющий роль стопора, вход5щего в. соответствующие углубления втулки 2. Перед вводом иглы 6 в емкость 16, соединенную с источником давления (фиг. 4), или в контейнер 17 с анализируемой жидкостью (фиг. 5), или в испаритель 18 газового хроматографа (фиг. 6), или в приспособление 19 термовакуумной,сушки ((Ъиг. 7) , или в контейнер с растворителем,:, шток Э отводится, преодолевая сопротивление пружины 27, в крайнее положение, при котором игла 7 полностью входит в корпус 1, а прюфилированный выступ 31 - в соответствующее углубление втулки 2. .Б. этом положении ос5тцествляется фиксация втулки 2 в корпусе 1. В момент, когда иглу б необходимо ввести в емкость 16, соединенную с источником давления, или в контейнер 17 с анализируемой жидкостью, или в испаритель 18 газового хроматографа, или в приспособление 19 для термовакуумной сушки, оператор нажимает на выступ 30 приспособления для стопорения, профилированный выступ 31 выводится из соответствующего углубления втулки 2, и последняя под действием пружины 27 переносит иглы б и 7 в соответствующие емкости. Таким образом повышается удобство использования предлагаемого устройства. По сравнению с известным предлагаемое устройство не требует специальной конструкции испарителя, что расширяет сферу его использования. Кроме того, в испарителе известного устройства горячая зона, в которой осуществляется испарение дозируемой жидкости, непосредственно расположена у мембраны из самоуплотняющегося материгша. Это приводит к быстрому старению материала мембраны и требует частой замены ее. Замена мембраны связана с остановкой газового хроматографа, разгерметизацией испарителя с последующим довольно длительным периодом вывода хроматографа на режим. Это сокращает производительность газового хроматографа. Предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон количества дозиру емой жидкости по сравнению с известным устройством. Это обеспечивается тем, что в предлагаемом устройстве отбор пробы производится за счет перепада давлений в паровом пространст ве герметичного контейнера с анализи руемой жидкостью (парциональное давление паров жидкости) и в дренажной емкости (атмосферное давление). В известном же устройстве отбор пробы жидкости осуществляется за счет капиллярных сил. Благодаря наличию подпружиненных направляющих для игл и защитного тру чатого элемента исключается изгибани игл в процессе работы предлагаемого устройства и повьанается надежность его работы. По сравнению с широко используемы в насто5тее время ручным дозирующим устройством - шприцем типа ГазохроМ . 101 предлагаемое устройство позволя )ет повысить воспроизводимость дозиро вания (воспроизводимость дозирования предлагаемым устройством составляет 1%, шприц Газохром 101 обеспечивает воспроизводимость 2%0, срок использования предлагаемого устройства повышается не менее чем.в 10 раз (Газохром-101 рассчитан на 1000.000 циклов). Последнее преимущество обусловлено отсутствием в предлагаемся устройстве подвижного притертого поршня, входящего во внутренний канал полой иглы. Формула изобретения Устройство для отбора и ввода- про в газовый хроматограф, содержащее корпус, приспособление для дозирования пробы, :выполненное в виде двух полых игл, соединенных каналом, кон-, тейнер с анализируемой жидкостью, испаритель, выполненный в виде двух ка мер, соединенных элементом сопротивления, вход в который перекрыт мембраной из самоуплотняющегося материала, и источник давления газа-носителя, отличающееся тем, что, с целью повышения нгщежности работы устройства и расширения сферы его использования, иглы приспособления для дозирования выполнены различной длины и установлены в подпружиненных направляющих в корпусе, а концы игл, противоположные их острнао, закреплены во втулке, соединенной со штойбм, установленным в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения, и конец иглы большей длины, выступакнцей из корпуса, установлен по оси защитного трубчатого элемента, к котороицг прикреплена с возможностью поворота вокруг него герметичлая емкость, торец которой, обращенный к корпусу, перекрялт. мембраной из самоуплотняющегося материала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Описание шприца к хроматографу Газохром-101, выпускаемого заводом Хроматограф. 2.Патент ФРГ № 1284666, кл. G .01 N 31/03, 1968. 3.Авторское свидетельство СССР № 317323, кл. G 01 N 31/08, 1969 (прототип).

Piul

Фи,5

Фиг.9