Способ планарно-фотометрическогодЕТЕКТиРОВАНия ВЕщЕСТВ и уСТРОйСТВОдля ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01N21/27 

(54) СПОСОБ ПЛАМЕННО-ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и предназначено для определения низких концентраций некоторых элементорганических веществ, например, в системе детектирования серусодержащих веществ в газовой хроматографии.

Известен способ пламенно-фотометрического детектирования веществ, который заключается в сжигании потока детектируемого вещества в водородном пламени при избытке водорода с последующей регистрацией молекулярной эмиссии возбужденных частиц на характерных для определяемого элемента длинах световых волн при помощи спектрофотометрического устройства 1

Для многих элементорганических соединений, в том числе и для серусодержащих веществ, наблюдается приблизительно квадратичная зависимость величины выходного сигнала от входящего в детектор потока детектируемого вещества. Зависимость выражается уравнением:

J E. (1)

где J - выходной сигнал спектрофотометрического устройства;

Е - коэффициент преобразования;

j - ПОТОК (массовый расход) определяемого вещества;

п - показатель линейности.

Показатель линейности пламенно-фотометрического детектора для серусодержащих веществ имеет значения от 1,6 до 2,0 и величина его в этих пределах зависит от режима горения пламени детектора, а также от структуры молекул серусодержащего- вещества.

Нелинейная зависимость намного усложняет обработку данных анализа и требует построения калибровочного графика для каждого детектируемого вещества и для каждого режима работы детектора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ пламенно-фотометрического детектирования, состоящий в линеаризации выходного сигнала пламеннофотометрического детектора при помощи функционального преобразователя 2.

Этот способ позволяет получить линейную зависимость величины выходного сигнала от потока детектируемого вещества для тех серусодержащих соединений, показатель линейности которых известен.

Способ осуществляется с помощью устройства, содержащего пламенно-фотометрический детектор, спектро-фотометрическое устройство, логарифмирующий усилитель, делитель напряжения для ручного задания покайателя линейности, антилогарифмирующий усилитель и регистрирующее устройство.

Недостатком известного способа является невозможность получить линейную зависимость между потоком детектируемого вещества и величиной выходного сигнала системы детектирования при неизвестном показателе линейности детектируемого вещества.

Поэтому при работе по данному способу требуется, во-первых, предварительная идентификация детектируемых веществ и определение показателя линейности и каждого из них, и во-вторых, ручное переключение задатчика показателя линейности функционального преобразователя в течение хроматографического анализа.

Целью изобретения является получение линейной зависимости между потоком детектируемого вещества и величиной выходного сигнала пламенно-фотометрического детектирования без предварительного определения показателя линейности детектируемого вещества.

Указанная цель достигается тем, что в детектор одновременно с потоком детектируемого вещества вводят известный калибрующий поток того же вещества или вещества из того же класса соединений, массовый расход которого моделируют, причем из получаемого выходного сигнала спектрофотометрического устройства выделяют постоянную составляющую сигнала и переменную составляющую сигнала с частотой модуляции калибрующего потока, амплитуду которой поддерживают постоянной, при помощи автоматического изменения коэффициента усиления спектрофотометрического устройства, а из величины постоянной составляющей сигнала вычитают сигнал, вызванный калибрующим потоком, причем по разнице этих сигналов определяют величину потока детектируемого вещества.

Устройство для осуьцествления способа содержит пламенно-фотометрический детектор 1, источник 2 калибрующего вещества, модулятор 3 массового расхода, спектрофотометрическое устройство 4, усилитель 5 с управляемым коэффициентом усиления, полосно-пропускающий фильтр 6, сглаживающий фильтр 7, источник 8 компенсационного напряжения, дифференциальный усилитель 9, регистрирующее устройство 10, выпрямляющее устройство 11, дифференциальный усилитель 12, источник 13 опорного напряжения.

К каналу подачи детектируемого вещества пламенно-фотометрического детектора 1 подсоединены последовательно источник 2

калибрующего вещества и модулятор 3 массового расхода. Выход детектора 1 последовательно соединен со спектрофотометрическим устройством 4 и усилителем 5 с управляемым коэффициентом усиления. К выходу усилителя 5 подключены полосно-пропускающий фильтр 6 и сглаживающий фильтр 7. Выход фильтра 7 и выход источника 8 компенсационного напряжения соединены с входами дифференциального усилителя 9, к выходу которого подключено регистрирующее устройство 10. К выходу полосно-пропускающего фильтра 6 через выпрямляющее устройство 11 подключен вход дифференциального усилителя 12, другой вход которого соединен с источником 13

г опорного напряжения, а выход - с управляющим входом усилителя 5.

Устройство работает следующим образом.

К потоку определяемого вещества, поступающего в пламенно-фотометрический детектор 1 вместе с газом-носителем, например из хроматографической колонки, добавляется поток калибрующего вещества из источника 2. Таким источником может служить емкость со сжатым инертным газом, содержащим известную концентрацию калибрующего вещества, например сероводорода.

Перед поступлением в детектор калибрующий поток модулируется посредством модулятора 3 массового расхода, амплитуда и частота модуляции которого постоянны, причем частота модуляции выбрана на один-два порядка выше наибольщей частоты изменения детектируемого сигнала. В качестве такого модулятора можно использовать, например, вибрационный магнитный клапан, управляемый генератором с заданной частотой модуляции.

Таким образом, любой поступающий в детектор поток анализируемого вещества смещивается с модулированным калибрующим потоком и в результате оказывается модулированным с постоянной амплитудой модуляции. Амплитуда переменной составляющей ;А J сигнала спектрофотометрического устройства 4 является, следовательно, мерой динамической чувствительности детектора,

5 которая для серусодержащих веществ не является постоянной величиной, но зависит от поступающего в детектор потока и выражается как производная от выходного тока (см. формулу 1) по потоку:

.n.(2)

Выходной сигнал спектрофотометрическо го устройства 4 пропускается через усилитель с управляемым коэффициентом усиления 5.. Полосно-пропускающий фильтр 6, 5 пропускающий только частоты модуляции калибрующего потока, выделяет переменную составляющую сигнала, которая подается на выпрямляющее устройство 11. Для поддержания амплитуды этой составляющей на постоянном уровне выходное напряжение выпрямляющего устройства 11 сравнивается с напряжением от источника 13 опорного напряжения, являющегося задатчиком уровня переменной составляющей сигнала. Разница этих напряжений усиливается дифференциальным усилителем 12, выходное напряжение которого регулирует коэффициент усиления усилителя 5. Следовательно, если коэффициент усиления усилителя 5 обозначить через К (и) то с учетом формулы I зависимость величины выходного сигнала усилителя 5 от потока вещества можно выразить следующим образом: V K(v)J K(U) E. (3) а для малых значений изменений потока: ДУ K(U).n.E., (4) где V - выходной сигнал усилителя 5; К (U) - коэффициент усиления усилителя 5; п - показатель линейности; Е - коэффициент преобразования; j - поток (массовый расход) определяемого вещества, причем: 1 А const (5) поскольку поток модулируется с постоянной амплитудой Aj, а переменная составляющая сигнала автоматически поддерживается на постоянном уровне. Подставляя в формулу 3 значение коэффициента усиления из выражения 4 и принимая во внимание формулу 5, получаем линейную связь между выходным напряжением и потоком, поступающим в детектор: .j (6) Сглаживающий фильтр 7 выделяет сумму постоянных составляющих детектируемого и калибрующего сигналов, которая подается на вход дифференциального усилителя 9. На другой вход усилителя 9 подается напряжение от источника 8 компенсационного напряжения, служащего для компенсации сигнала, вызванного калибрующим потоком. Таким образом, происходит вычитание калибровочного сигнала и выходное напряжение дифференциального усилителя 9, пропорциональное детектируемому потоку J, регистрируется регистрирующим устройством 10. При реализации предлагаемого способа пламенно-фотометрического детектирования отпадает необходимость в предварительнойидентификации анализируемых компонентов с целью установления их показателя линейности, так как погрешность количественного определения веществ, возникающая из-за различия показателей линейности определяемых веществ, незначительна. Формула изобретения 1.Способ пламенно-фотометрического детектирования веществ, заключающийся в сжигании потока детектируемого вещества в обогащенном водородном пламени и регистрации молекулярной эмиссии возбужденных частиц спектрофотометрическим устройством, отличающийся тем, что, с целью получения линейной зависимости между потоком детектируемого вещества и величиной выходного сигнала системы детектирования, в детектор одновременно с потоком детектируемого вещества вводят известный калибрующий поток того же вещества или вещества из того же класса соединений, массовый расход которого модулируют, причем из выходного сигнала спектрофотометрического устройства выделяют постоянную составляющую и переменную составляющую сигнала с частотой модуляции калибрующего потока, амплитуду которой поддерживают постоянной при помощи автоматического изменения коэффициента усиления спектрофотометрического устройства, а из величины постоянной составляющей сигнала вычитают сигнал, вызванный калибрующим потоком, причем по разнице этих сигналов определяют велич ину- потока детектируемого вещества. 2,Устройство для осуществления способа пламенно-фотометрического детектирования по п. 1, содержащее пламенно-фотометрический детектор, спектрофотометрическое устройство и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что в него дополнительно введены источник калибрующего вещества и модулятор массового расхода, а регулирующее устройство содержит усилитель с управляемым коэффициентом усиления, полосно-пропускающий фильтр, сглаживающий фильтр, источник компенсационного напряжения, дифференциальный усилитель, регистрирующее устройство, выпрямляющее устройство, дифференциальный усилитель, источник опорного напряжения, расположенный таким образом, что к входу детектора подсоединен выход узла, включающего источник калибрующего вещества и модулятор массового расхода, а к выходу - спектрофотометрическое устройство, к которому подключен вход усилителя с управляемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с входами сглаживающего и полоснопропускающего фильтров, причем к выходу сглаживающего фильтра подключен один вход первого дифференциального усилителя, другой вход которого подсоединен к источнику компенсационного напряжения, а выход - к регистрирующему устройству, на выход полосно-пропускающего фильтра подключено выпрямляющее устройство, выод которого подсоединен к одному входу второго дифференциального усилителя, друой вход которого соединен с источником порного напряжения, а выход - с управляющим входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

; 1. Патент США № 3489498, кл. 356-187, 1969.

2. I. О. Eckhardt, М. В. Denton, I. L Моyers «Journ of chrom. Sci., v. 13, П 5, p. 133 (прототип).