Хроматограф для анализа примесей в газах Советский патент 1981 года по МПК G01N31/08 

Изобретение относится к хромато графии и найдет применение в химической и газоперерабатывающей отраслях промышленности для определения количественного содержания примесей в газообразных веществах. При определении содержания примесей в газах, когда концентрации малы и чувствительность детектирующей системы недостаточна для их непо средственного измерения, широко применяют хроматографы с предварительным концентрированием примесей. Известны хроматографы с концентра торами, п0ёдназначенные для анализа примесей в газах, содержащие одну или несколько заполненных адсорбента ми накопительных колонок с приводом для их перемещения и криоте| юстат с устройствами нагрева и охлаждения этих колонок, вход одной из которых соединен е источником анализируемого газа и источником газа-носителя подключенным к аналитическому блоку, который соединен с выходом накопительных колонок и дозатором анализируемого газа. Цикл работы таких хроматографов включает три режима: накопление примесей (через накопительные колонки, размещенные в зоне охлаждения пропускается необходимая для анализа доза анализируемого газа и примеси, сорбирующиеся лучше основного компонента, поглощаются охлажденным адсорбентом, накапливаясь в колонках);концентрирование примесей (накопительные колонки перемешиваются в зону нагрева и под действием теплового поля, изменяющегося по длине колонок и потока газа-носителя, протекающего через накопительные колонки, накопленные примеси концентрируются, сжимаясь в узкие полосы на выходе колонок); хроматографический анализ (сконцентрированные примеси потоком газа-носителя вытесняются в разделительную колонку, делятся на компоненты и измеряются.детектирующей системой хроматографа) 1. Недостатком данных хроматографов является низкая точность количествен ного определения примесей. Газ-носитель, используемый в хроматографах, также, как и анализируемый газ, содержит примеси, качественный и количественный состав которых соизмерим с определяемыми примесями в анилизируемом газе. В режиме концентрирования газ-носитель начинает поступать в накопительные колонки в тот момент, когда они находятся в холодной зоне криотермостата, и примеси из газа-носителя поглощаются охлажденным адсорбентом накопительных колоно суммируются с накопленными в них при месями анализируемого газа, искажая результат, снижая точность работы х матографа. Наиболее близким по технической с.ущности к предлагаемому является хроматограф для анализа примесей.в газах, содержащий заполненную адсор бентом накопительную колонку с приво дом для ее перемещения и криотермостат с устройствами нагрева и охлаж дения накопительной колонки, вход ко торой соединен с источником анализи руемого газа и выходом очистительной колонки, заполненной адсорбентом и подключенной к источнику газа-носителя, который подключен также к детектору и разделительной колонке, соединенной с выходом накопительной колонки и дозатором анализируемого газа . Однако в известном хроматографе очистки газа-носителя от примесей имеется очистительная колонка, выполненная в виде трубки большого объема, которая размещена в отдельном сосуде с хладагентом. Газ-носитель непрерывно протекает через охлажденную очистительную колонку, имеющиеся в нем примеси поглощаются адсорбентом, который постепенно насыщается примесями на всей длине колонки. Такая конструкция громоздка, неудобна в эксплуатации и не обеспечивает высокой точности xpoMajorpaфических анализов, так как момент полного насыщения очистительной колонки примесями ничем не регламентируется, поэтому не исключается поступление в накопительную колонку неочищенного газа-носителя, а это снижает точность анализов. Для регенерации накопительной колонки требуется ее демонтаж,разогрев в специальной печи до высокой температуры и продувка (нертным газом. Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение точности хроматографа. Поставленная цель достигается тем, что хроматограф для анализа примесей в газах, содержащий заполненную адсорбентом накопительную колонку с приводом для ее перемещения и криотермостат с устройствами нагрева и охлаждения накопительной колонки, вход.которой соединен с источником анализируемого газа и выходом заполненной адсорбентом очистительной колонки, подключенной к источнику газаносителя, который подключен к детектору и разделительной колонке, соединенной с детектором, выходом накопительной колонки и дозатором анализиру- емого газа, снабжен дополнительным нагревателем для нагрева очистительной колонки, которая соединена через Клапан и дроссель с линией сброса и закреплена на выходном валу привода накопительной колонки таким образом, что при размещении накопительной колонки в холодной зоне криотермостата, очистительная колонка размещается в дополнительном нагревателе, а при перемещении накопительной колонки в теплую зону криотермостата, очистительная колонка перемещается в его холодную зону, а также тем, что с целью уменьшения габа- . ритов дополнительного нагревателя и очистительной колонки, последняя выполнена в виде плоской спирали, навитой бифилярно виток к витку с минимальным радиусом и -установлена в плоскости вращения накопительной колонки. Кроме того, с целью улучшения регенерации очистительной колонки вход и выход ее соединен дополнительно через клапаны с источником газа-, носителя. На фиг. 1. изображен криотермостат с дополнительным нагревателем и приводом для колонок; на фиг. 2 - схема хроматографа; на фиг. 3 - вариант подключения очистительной колонки. Хроматограф содержит криотермостат 1, выполненный в виде двух зон: . холодной зоны - ванну с хладагентом 2 и теплой зоны электрической печи 3В криотермостате 1 размещена накопительная колонка 4, закрепленная на выходном валу привода 5, на котором закреплена также очистительная колонка 6, снабженная дополнительным н гревателем 7, который установлен на криотермостате 1. Выходной вал привода 5 совершает вращательные движения в обе стороны, перемещая накопительную колонку из холодной зоны 2 в теплую зону 3, а очистительную колонку 6 из дополнительного нагревателя 7 в холодную зону 2 и обратно. Обе колонки заполнены адсорбентами, на которых происходит адсорбция примесей при охлаждении колонок и десорбция - при их нагреве. Очистительная колонка 6 с целью увеличения сорбционной емкости при минимальных габаритах выполнена в ви де плоской спирали, навитой бифилярно виток .к витку и установлена на выходном Валу привода 5 в плоскости вращения накопительной колонки k. Вход накопительной колонки Ц соединен через клапан 8 с источником 9 анализируемого газа и через клапан. 10 с выходом очистительной колонки 6 которая соединена через клапан 11 и дроссель 12 с линией сброса и подклю чена своим входом к источнику 13 газа-носителя. Выход накопительной колонки Ц соединен через клапан 14 с дозатором 15 анализируемого газа и через клапан 16 - со входом разделительной колонки 17, соединенной через клапан 18 с источником 13 газаносителя. Выход разделительной колон ки 1 7 соединен с рабочей камерой детектора 19, сравнительная камера которого через дроссель 20 связана с источником 13 газа-носителя, подключенным дополнительно через клапаны 21 и 22 соответственно ко входу и вы ходу очистительной колонки 6 (фиг.З) Хроматограф работает следующим об разом. В исходном состоянии накопительная колонка k размещается в холодной зоне 2,а очистительная .колонка 6 - в дополнительном нагревателе 7- Клапаны 8, I, 11, 18 и 22 открыты, остальные клапаны закрыты. Через,разделительную колонку 17 и обе камеры детектора 19 протекает газ-носитель с заданным расходом, хроматограф регистрирует нулевое значение. Через разогретую очистительную колонку 6 -протекает газ-носитель, расход которого задается дросселем 76 12. Примеси, поглощенные из газаносителя адсорбентом охлажденной очистительной колонки во время предыдущего цикла анализа, под действием тепла десорбируют и потоком газа-носителя они выдуваются из колонки в линию сброса. Направление потока газа-носителя при этом выбирается в зависимости от свойств адсорбента и примесей, содержащихся в газе-носителе. Если примеси имеют малое время удерживания, то они за-. нимают адсорбент на всей длине очистительной колонки и легко выдуваются в направлении от входа к выходу колонки 6 (фиг. 2). Если в газе-носителе присутствуют примеси, долго удерживаемые адсорбентом очистительной колонки, то они занимают начальный участок колонки, поэтому с целью сокращения времени регенерации колонки примеси целесообразно выдувать потоком газаг-носителя, направленным от выхода ко входу очистительной колонки 6 (фиг. 3). Накопительная колонка подключена в это время к источнику анализируемого газа 9 и дозатору 15, через нее протекает анализируемый газ. Примеси анализируемого газа, сорбирующиеся лучше основного компонента, поглощаются охлажденным адсорбентом накопительной колонки, а основной компонент вместе с несорбирующимися примесями поступает в дозатор 15. Когда через накопительную колонку k будет пропущено требуемое для анализа и отмеренное дозатором 15 количество анализируемого газа, включают привод 5 колонок 4 и 6. Накопительная колонка k перемещается из холодной зоны 2 в теплую зону 3, а очистительная колонка 6 - их нагревателя 7 в холодную зону 2. Когда начало колонки k поступит в теплую зону 3, а колонка 6 частично войдет в холодную зону 2 криотермостата 1, закрывают клапаны 8, 1, 11, 18 и 22 и открывают клапаны 10, 1б и 21. При этом подача анализируемого газа- в накопительную колонку прекращается, а газ-носитель от источника 13 проходит через частично охлажденную очистительную колонку 6, которая продолжает перемещаться в холодную зону. 2,посту пает на вход накопительной колонки k, которая в это время входит в теплую зону 3 и далее поступает в разделительную колонку 17 и детектор 19. Пр меси, имекяциеся в газе-носителе, поглощаются охлажденным адсорбентом очистительной колонки 6, а накопленные в колонке 4 примеси анализируемого газа под действием теплового по ля электрической печи 3 десорбируют и потоком очищенного газа-носителя они переносятся к выходу накопительной колонки 4, концентрируясь в виде узкой полосы. Когда накопительная колонка 4 полностью переместится в теплую зону 3, сконцентрированные на ее выходе примеси анализируемого газа поступают в разделительную колонку 17, где происходит хроматографическое разделение компонентов примесей и последующее измерение их детектором 19. На этом цикл анализа завершается. Далее меняют направление вращения привода 5, колонки и 6 возвращаются в исходное состояние {фиг. 1). Открывают клапаны 8, 1, 11, 18 и 22 и закрывают клапаны 10, 16 и 21, очистительная колонка регенерируется а в накопительной колонке начинается накопление примесей для очередного цикла аналаза. Таким образом, предложенный хрома тограф имеет более высокую точность, так как в нем исключено попадание неочищенного от примесей газа-носителя в накопительную колонку за счет регенерации очистительной колонки в каждом цикле анализа. Предложенная, конструкция проста, обеспечивает надежную очистку газа-носителя от примесей и автоматическую регенерацию очистительной колонки непосредственно в цикле анализа без затрат дополнительного времени и обо рудования для регенерации колонок. Формула изобретения 1. Хроматограф для анализа примесей в газах, содержащий заполненную адсорбентом накопительную колонку с приводом для ее перемещения и крио- . термостат с устройствами нагрева и охлаждения накопительной колонки, вход ко-Горой соединен с источником анализируемого газа и выходом заполненной адсорбентом очистительной колонки, подключенной к источнику газаносителя, который подключен к детектору и разделительной колонке, соединенной с детектором, выходом накопительной колонки и дозатором анализируемого газа, отличающийс я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности,- он снабжен дополнительным нагревателем для нагрева очистительной колонки, которая соединена через клапан и дроссель с линией сброса и закреплена на выходном валу привода накопительной колонки таким образом, что при размещении накопительной колонки в холодной зоне криотермостата, очистительная колонка размещается в дополнительном нагревателе, а при перемещении накопительной колонки в теплую зону криотермостата, очистительная колонка перемещается в его холодную зону. 2,Хроматограф по,п. 1, отличающийся тем, что очистительная колонка выполнена в биде плоской спирали, навитой бифилярно виток к витку с минимальным радиусом и установлена в плоскости вращения накопительной колонки. 3.Хроматограф по п. .1, отличающийся тем, что, с целью улучшения регенерации очистительной колонки, вход и выход ее соединен дополнительно через клапаны с источником газа-носителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 558210, кл. G 01 N 31/0б, 1978. 2,Инструкция по эксплуатации 331.550. ИЗ на хроматограф ХТИ-73, выпускаемый серийно заводом Хроматограф.

/

Фиг. 2

Z3