Пиролизер для газовой хроматографии Советский патент 1981 года по МПК G01N31/08 

(54) ПИРОЛИЗЕ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

Изобретение относится к устройствам для пиролитического разложения проб твердых материалов, .таких как полимеры, резины и т. п. с целью последующего анализа газо- и парообразных продуктов пиролиза с помощью газовой хроматографии. В частности, изобретение относится к пиролизерам для газовой хроматографии, использукицим в качестве приспособления для сожжения образца нагреваемую током спираль или фольгу Известен пиролизер для газовой хроматографии, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током платиновую фольгу, установленную на держателях в камере пиролиза, канал для подвода газа-носителя в камеру пиролиза, и канал для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую колонкуСi. Недостатком известногопиролизера является то, что в комбинации с газовым хроматографом он обеспечивает ана ЛИЗ только таких твердых веществ, которые могут быть предварительно растворены в подходящем растворителе. Это обусловлено тем, что на фольгу можн9 нанести пробу вещества только в виде раствора с последующим выпариванием растворителя. После такой предварительной подготовки образец твердого вещества в виде пленки, покрывающей поверхность фольги может быть введен в камеру пиролиза. Твердые вещества, . которые не растворяются в летучих растворителях, не могут быть проанализированы с помощью пиролизера этого типа. Это ограничивает круг анализируемых веществ. Известен также пиролизер для газовой хроматографии, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током спираль, установленную на держателях в камере пиролиза, канал для подвода газа-носителя и канал для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую.колонку. Витки спирали 38 этого пиролизера размещены в горизонтальной плоско&ти и BiiyTpH спирали установлена кварцевая лодочка, в коTojiyro помещают образец твердого вещества. Этот пиролизер позволяет акализировать как растворимые, так и нерастворимые твердые вещества J, Недостатком пиролизера этого типа является то, что он не обеспечивает необходимой точности и воспроизводимости анализа. Это обусловлено тем, что нагрев твердого образца до температуры пиролиза производится через стенки кварцевой лодочки. Это приводи к повышению инерционности процесса пиролиза, а также к тому, что результаты Анализа определяются относительным положением образца пробы, кварцевой лодочки и витков спирали, которое при повторном анализе образца может изменяться. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является пиролизер для га зовой хроматографии, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током спирал установленную на держателях в камере пиролиза, канал для подвода газа-носи теля и канал для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую колонку. Витки спирали расположены в горизонтальной плоскостиСЗ. Недостатком известного пиролизера является то, что он, преимущественно предназначен для пиролиза- твердых веществ, растворимых в летучих растворителях, так как пробы наносятся путе погружения спирали в раствор вещества либо путем нанесения раствора с помощью микрошприца на витки спирали. 06 . разцы нерастворимых веществ в виде небольших кусочков материала могут быть введены во внутренний объем спи рали. Однако, при установке спирали в камере пиролиза они нередко выпада ют и, располагаясь на насадке колонки или на фильтре, служат источником до полнительных загрязнений хроматографической системы. Попытки устранить этот недостаток путем размещения вит ков спирали в вертикальной плоскости с целью укладки образца на нижнем участке внутренней поверхности спира ли приводят к дополнительным затруднениям. Установленная таким образом спираль сильно охлаждается потоком газа-носителя, увеличивается неравно мерность распределения температуры спирали по ее длине и воспроизводимость анализа начинает зависеть от места расположения кусочка образца, которое может меняться от опыта к опыту. Целью изобретения является повышение воспроизводимости пиролитического метода анализа и надежности работы пиролизера как с растворимыми, так и нерастворимыми пробами твердых веществ. Указанная цель достигается тем, что предложен пиролизер для газовой хроматографии, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током спираль, установленную в камере пиролиза, канал для подвода газа-носителя в камеру пиролиза и канал для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую колонку. Нагреваемая током спираль имеет два участка, витки одного из которых расположены в горизонтальных плоскостях, а другогов вертикальных плоскостях, причем участки спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, установлен за участком спирали с витками, расположенными в горизонтальных плоскостях, в направлении по потоку газаносителя в камере пиролиза. Другим отличием предлагаемого пиролизера является то, что средний виток участка вертикально расположенной спирали имеет больший диаметр, чем крайние витки этого участка. Такое выполнение витков спирали позволяет зафиксировать образец твердого вещества в центре спирали и препятствует выпадению его при установке спирали в пиролизере и случайных толчках. Еще одним отличием пиролизера является то, что в камере пиролиза установлена съемная цилиндрическая вставка из стекла или кварца, внутренняя поверхность которой контактирует с внешней поверхностью участка спирали с витками, расположенными в горизонтальных плоскостях. Отношение длины участка спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, к диаметру витков участка спирали с витками, расположенными в горизонтальных плоскостях, выбрано в интервале 0,7-0,8. Такая конструкция спирали позволяет строго центрировать рабочий участок спир-али по отношению к стенкам, создавая равномерность теплосъема с рабочего участка спирали лля всех проб и исключая контакт этого участка со стенками пиролизера, что приводило к загрязнению стенок пиролизера в рассмотренных выше анализах Благодаря тому, что участок спирал с витками, расположенными в вертикал ных плоскостях, установлен по потоку газа-носителя за участком спирали с витками, расположенными в горизонталь ных плоскостях, повышается равномерность распределения температуры между витками этого участка спирали. По-скольку проба наносится (или укладывается) именно на этом участке, то повышается воспроизводимость условий проведения пиролиза от анализа к анализу при замене пробы к, как следстви повьш1ается воспроизводимость хроматографического анализа продуктов пиролиза. Кроме того, благодаря указанной особенности, газ-носитель, перед тем как он смешивается с газо- и парообра ными продуктами пиролиза, подогревает ся на участке спирали с горизонтально расположенными витками, что исключает конденсацию паров на стенках пиролизе ра, что также способствует повьшхению воспроизводимости и достоверности результатов анализа. На чертеже представлен предлагаемы пиролизер в разрезе. Пиролизер содержит камеру пиролиза 1, внутри которой установлена нагреваемая током спираль 2, имеющая два участка. Верхний участок спирали 2 имеет витки, располагаемые в горизонтальных плоскостях, а нижний участок спирали 2 имеет витки, расположенные в вертикальных плоскостях. Камера пиролиза -1 имеет канал 3 для подвода газа-носителя и канал 4 для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую колонку 5, верхний конец которой установлен в испарителе 6 газового хроматографа. Испаритель 6 снабжен нагре вателем 7, с помощью которого в испарителе 6 поддерживается высокая температура, исключающая конденсацию парообразных продуктов пиролиза при их транспортировке потоком газа-носителя из камеры пиролиза 1 в хроматографическую колонку 5. Камера пиролизера 1 также имеет канал 8 для подвода газаносителя. Канал 4 для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза из камеры пиролиза 1 выполнен в виде съемной кварцевой или стеклянной труб ки, имеющей верхний цилиндрический участок и нижний сужающимися конический участок, в котором помещен инертный фильтрующий материал 9, например, стекловата. Внутренняя поверхность цилиндрического участка канала 4 контактирует с внешней поверхностью участка спирали 2, витки которого распо.-т ложены в горизонтальных плоскостях. Нижний участок спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, на который наносится проба вещества, установлен с гарантированным зазором по отношению к стенкам канала 4. Это обусловлено тем, что отношение длины нижнего участка спирали к диаметру верхнего участка спирали выбрано в интервале 0,7-0,8. Камера пиролиза 1 герметизирована с помощью уплот нительной прокладки 10 из термостойкой резины и накидной гайки 11. Средний виток нижнего участка спирали 2 имеет больший диаметр, чем крайние витки этого участка. Пиролизер работает следующим образом. Если анализу подвергается образец растворимого твердого вещества, то предварительно готовят раствор этого вещества в летучем растворителе. Необходимое количество раствора вещества наносят на нижний участок спирали, нагревают спираль и испаряют растворитель перед установкой спирали в пиролизер . Если анализу подвергают образец нерастворимого твердого вещества, то кусочек вещества укладывают внутрь нижнего участка спирали так, что он располагается на среднем витке этого участка. Спираль 2 устанавливают в камере пиролиза 1, которую герметизируют с помощью уплотнительной прокладки 10 и накидной гайки 11. В камеру пиролиза 1 и испаритель 6 по каналам 3 и 8 соответственно подают газ-носитель, устанавливая заданный расход через XWPматографическую колонку 5. После того, как внутренний объем камеры пиролиза 1 отдувается от остатков воздуха, ггроизводят нагрев спирали 2 электрическим током, время подачи и значения напряжения которого должны быть достаточными, чтобы нижний участок спирали, на котором размещен образец анализируемого вещества прогрелся до температуры 400-1100°С, т. е. до температуры пиролиза данного вещества. Летучие продукты пиролиза потоком газа-носителя переводятся в хроматограг фическую колонку 5, где они разделяются с последующим детектированием разделенных компонентов на выходе из колонки 5 с помощью, например, пламенно-ионизационного детектора (на чертеже не показан). После проведения хроматографического анализа летучих продуктов пиролиза камеру пиролиза 1 разгерметизируют, извлекают из нее спираль 2 и подготавливают спираль 2 для нанесения сле,ующего образца. Камера пиролиза может быть выполнена таким образом, что извлечение спирали 2 не приводит к иарзгшению процесса хромато графического анализа. Благодаря указанной форме выполнения спирали нижний участок спирали, на который наносится проба исследуемого твердого вещества, имеет более равномерное распределение температур по длине. Это обусловлено тем, что верхний участок спирали в момент ее прогрева служит тепловым барьером для холодного потока газа-носителя. Как следствие более равномерного распределения температуры повышается воспроизводимость условий пиролиза от анализа к анализу и, следовательно, повышается воспроизводимость и точность хроматографического анализа. Кроме того, верхний участок спирали, контактирующий с внутренней повер костью стеклянной или кварцевой трубки служит направляющим элементом при установке спирали в камере пиролиза.. Это исключает возможность контакта нижнего участка спирали со стенками камеры, что также способствует повыше нию воспроизводимости условий пиролиза. Повьппение воспроизводимости услови пиролиза.проб вещества от анализа к анализу обеспечивает то, что в 1,5 ра за уменьшается количество анализов проб одного и того же вещества, необходимого для получения достоверных результатов. Это, в свою очередь, при водит к увеличению производительности хроматографического анализатора, использующего данный пиролизер в 1,5 ра за в сравнении с прототипом. Это обеспечивает экономический эффект около 138 тыс. руб. в год. 8 8 Формула изобретения 1.Пиролизер для газовой хроматографии, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током спираль, установленную в камере пиролиза, канал для подвода газа-носителя в камеру пиролизэ, канал для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую колонку, отличающийся тем, что, с целью повышения воспроизводимости хроматографического анализа продуктов пиролиза-- и надежности работы, нагреваемая током спираль имеет два участка, витки одного из которых размещены в горизонтальньтх плоскостях, а другого - в вертикальных плоскостях, причем участок спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, установлен за участком спирали с витками, расположенными в горизонтальных -плоскостях, в напралении по потоку газа-носителя в камере пиролиза. 2.Пиролизер по п. 1, отличающийся тем, что.средний виток участка спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, имеет больший диаметр, чем крайние витки этого участка. 3.Пиролизер по пп. и 2, отличающийся тем, что в камере пиролиза установлена съемная цилиндрическая трубка из стекла или кварца, внутренняя поверхность которой контактирует с внешней поверхностью участка спирали с витками, расположенными в горизонтальных плоскостях. 4.Пиролизер по пп. 1-3, отличающийся тем, что отношение длины участка спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, к диаметру витков участка спирали с витками, расположенньми в горизонтальных плоскостях, выбрано в интервале 0,7-0,8. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3684454, кл. 23-253, 1972. 2.Патент США № 3179499, кл. 23-253, 1965. 3.Березкин В. Г. и др. Пиролитнческая газовая хроматография. - Журнал аналитической химии, том.XXVII вып. 5, 1972, с. 1038 (прототип).

1Г

8

Z