Устройство для пневматического дозирования проб при парофазном газохроматографическом анализе

 

Использование: при определении летучих соединений в биологически жидких и твердых объектах, примесей в природных и сточных водах, пищевых продуктах методом газовой хроматографии. Сущность изобретения: устройство содержит трехъячеечный кран-дозатор 1, соединенный с хроматографической колонкой 2, дозирующим объемом 3, иглой 4 узла отбора пробы, линией подачи газа-носителя 5 и линией 6 подпора (или продувки). Игла узла отбора пробы перемещается с помощью пневмоприбора 11 между крайними положениями ее конца в атмосфере и паровом пространстве емкости 12. Линия подпора 6 содержит тройник, соединенный с источником газа подпора 7 через клапан 8 и с пневмосопротивлением 9 на сброс 10. Напуск в емкость и сброс газа проводят по линии без сопротивлений, а установление равновесия в емкости протекает с вынутой из емкости иглой, что повышает достоверность измерений и позволяет упростить газовую схему. Независимое перемещение иглы позволяет производить обратную продувку в емкость, что исключает вредные выбросы. 3 ил.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, может найти применение для определения летучих соединений в биологических жидких и твердых объектах, примесей в природных и сточных водах, пищевых продуктах, полимерных материалах и других объектах методом газовой хроматографии.

Известен способ пневматического дозирования в парофазном анализе (1), заключающийся в подаче избыточного давления газа во флакон с анализируемой пробой и последующем вводе паровой фазы в хроматографическую колонку. В этом варианте способа ввод пробы достигается по разности давлений во флаконе и на входе в колонку, что не обеспечивает количественного ввода.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для пневматического дозирования проб в парофазном газохроматографическом анализе, содержащее емкость для пробы, снабженную крышкой с резиновым уплотнением, узел отбора пробы из емкости, каналы подвода регулируемых потоков газа-носителя и вспомогательного газа с установленным в последнем управляемым запорным клапаном, двухпозиционный кран-дозатор, установленный с возможностью соединения емкости через узел отбора пробы и дозирующий объем с атмосферой и канала подвода газа-носителя через дозирующий объем с хроматографической колонкой, и канал сброса паровой фазы из дозирующего объема в атмосферу с установленным в нем пневмосопротивлением (2).

Известный способ обладает следующими недостатками. Между клапаном подвода вспомогательного газа и тройником имеется трубопровод (карман), непродуваемый в период сброса паровой фазы из емкости, что приводит к искажению информации о составе смеси в емкости и удлиняет время продувки, необходимое для получения в дозирующем объеме паровой фазы, близкой по составу к паровой фазе в емкости. Создание давления в емкости происходит при избыточном давлении в линии вспомогательного газа. Для этого весь период установления равновесия в емкости необходимо осуществлять продувку дозы. Время выравнивания давления затягивается из-за пневмосопротивления, установленного перед иглой. Проведение операции по закрыванию клапанами входа и выхода канала подвода вспомогательного газа при избыточном давлении приводит к увеличению общего газового объема, в котором должно устанавливаться равновесие, что еще больше увеличивает время установления равновесия. Операции, связанные с нагревом емкости, содержащей раствор до 140-180^оС (при проведении реакционного варианта анализа) вызывают большие сомнения в работоспособности данного устройства, т.к. анализируемая смесь должна вся перейти в парообразное состояние и при избыточном давлении будет выходить из емкости в коммуникации, связанные с краном, дозирующим объемом и клапанами. Поскольку все эти коммуникации находятся при более низкой температуре, чем емкость, пары воды вместе с пробой будут конденсироваться (при этом холодные коммуникации будут работать как насос), что должно сопровождаться фракционированием пробы (искажением ее состава), а также необратимым сорбированием ряда компонентов. Использование полного сброса в атмосферу анализируемого вещества и сопутствующих компонентов, находящихся в коммуникациях, приводит к потере части полезного вещества и в ряде случаев нежелательно по условиям техники безопасности.

Задачей изобретения является повышение достоверности анализа, улучшение условий техники безопасности и упрощение устройства, что обеспечивается тем, что в устройстве для пневматического дозирования проб при парофазном газохроматографическом анализе, содержащем емкость для пробы, снабженную крышкой с резиновым уплотнением, узел отбора пробы из емкости, каналы подвода регулируемых потоков газа-носителя и вспомогательного газа с установленным в последнем управляемым запорным клапаном, двухпозиционный кран-дозатор, установленный с возможностью соединения емкости через узел отбора пробы и дозирующий объем с атмосферой и канала подвода газа-носителя через дозирующий объем с хроматографической колонкой, и канал сброса паровой фазы из дозирующего объема в атмосферу с установленным на нем пневмосопротивлением, выход клапана подвода вспомогательного газа подключен к каналу сброса между краном-дозатором и пневмосопротивлением, а узел отбора пробы включает иглу, выполненную с возможностью установки в двух положениях, при которых выход канала подвода вспомогательного газа через дозирующий объем соединен с атмосферой или паровым пространством емкости для пробы.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - хроматограмма анализа алкилнитритов С₁-С₅; на фиг. 3 - градуировочный график для определения этанола.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит трехъячеечный кран-дозатор 1, соединенный с хроматографической колонкой 2, дозирующим объемом 3, иглой 4 узла отбора пробы, каналом подачи газа-носителя 5, каналом подачи вспомогательного газа 6. Последний представляет собой тройник, соединенный с источником вспомогательного газа 7 через клапан 8 и с пневмосопротивлением 9 на сброс 10. Узел отбора пробы включает иглу, перемещаемую с помощью пневмопривода 11, при этом игла может занимать два положения, когда кончик иглы находится в атмосфере или в паровом пространстве емкости 12. Выход хроматографической колонки подключен к детектору 13.

Устройство работает в соответствии с циклограммой В исходном положении клапан закрыт, кран находится внизу, игла вверху. Газ-носитель от источника 5 проходит ячейку 1-1 крана в хроматографическую колонку 2 и детектор 13. В начальный момент по команде от электропневмопреобразователя подают давление в верхнюю камеру пневмопривода 11 и игла опускается вниз, прокалывает уплотняющую резинку емкости 12, при этом избыточное давление газа из емкости вместе с парами анализируемых веществ сбрасывают через ячейки 1-2 и 1-3 крана 1, дозу 3, по линии подвода вспомогательного газа 6, через пневмосопротивление 9 на сброс 10. В течение 10 с давление в дозе 3 и емкости 12 уравнивается с атмосферным. На 10 с кран переключают в верхнее положение и поток газа-носителя через верхние каналы всех трех ячеек крана увлекает пары анализируемых веществ в хроматографическую колонку. При этом остатки анализируемых веществ остаются замкнутыми в коммуникациях между краном, емкостью и пневмосопротивлением. Одновременно с перемещением крана в исходное (нижнее) положение на 20 с открывают клапан 8. Поскольку клапан срабатывает несколько быстрее, чем перемещается кран, в линии 6 создается чуть раньше избыточное давление (0,05 МПа), задаваемое регулятором давления на линии. Как только кран доходит до своего нижнего положения, основная масса оставшегося вещества и сопутствующих компонентов загоняются обратно в емкость 12. Одновременно создается избыточное давление в емкости и она подготавливается для проведения повторного анализа.

П р и м е р. Работа устройства проверялась на примере анализа спиртов С₁-С₅ в биопробах (моча, кровь и др.) по методике, утвержденной Минздравом СССР (Методические указания N 103-91 от 19.05.87). Предварительно анализируемые спирты методом реакционной хроматографии с помощью нитрита натрия в кислой среде переводят в алкилнитриты с образованием сопутствующих компонентов-окислов азота. Для уменьшения погрешности количественных измерений в пробу вводили стандарт при известной концентрации. Опыты проводили на приборе "Судхим-1", собранном на базе хроматографа "Агат". Кассета из 15 стандартных флаконов емкость по 10 см³ вместе с приводным механизмом иглы устанавливалась на верхней крышке прибора так, что все ячейки крана и разделительная колонка находились внутри термостата при температуре 60^оС. Применяли колонку 200х0,4 см, заполненную "Газохромом" с 20% ПЭГ 2000. Скорость потока гелия 50 мл/мин, детектор ДТП, шкала измерений, 0,05х256х1 мВ, объем дозы 0,2 см³, давление вспомогательного газа 0,05 МПа (0,5 кг/см²), давление управления на пневмопривод 0,14 МПа. Управление анализом осуществляли от программатора интегpатора "Интерхром-1", регистрацию проводили на самопишущем потенциометре Т-4620. Типичная хроматограмма анализа модельной смеси спиртов С₁-С₅ в водном растворе представлена на фиг. 2. Первый зашкаленный пик соответствует воздуху и окислам азота. На фиг. 3 представлена градуировка, построенная по результатам анализа водных растворов спиртов С₂ и С₃ при концентрации этанола 0,4:0,6:0,8:1,0:2:4:6% (промили) и концентрации пропанола (стандарта) 4%.

Из полученных данных следует, что устройство обеспечивает погрешность воспроизводимости и стабильность в течение месяца в пределах 5% (отн.), отдувание коммуникаций до уровня 0,1%, что не влияет на погрешность измерений, сходимость результатов с данными работы на других приборах 10%, причем не происходило выбросов вредных веществ в рабочее помещение.

Таким образом обеспечивается упрощение газовой схемы за счет исключения лишнего пневмосопротивления на игле и клапана на линии сброса, повышение достоверности измерений за счет лучшего и более быстрого установления равновесия между газовой фазой в емкости и дозирующем объеме, исключение вредных выбросов в помещение.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ ПРОБ ПРИ ПАРОФАЗНОМ ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ, содержащее емкость для пробы, снабженную крышкой с резиновым уплотнением, узел отбора пробы из емкости, каналы подвода регулируемых потоков газа-носителя и вспомогательного газа с установленным в последнем управляемым запорным клапаном, двухпозиционный кран-дозатор, установленный с возможностью соединения емкости через узел отбора пробы и дозирующий объем с атмосферой и канала подвода газа-носителя через дозирующий объем с хроматографической колонкой, и канал сброса паровой фазы из дозирующего объема в атмосферу с установленным на нем пневмосопротивлением, отличающееся тем, что выход канала подвода вспомогательного газа подключен к каналу сброса между краном-дозатором и пневмосопротивлением, а узел отбора пробы включает иглу, выполненную с возможностью установки в двух положениях, при которых выход канала подвода вспомогательного газа через дозирующий объем соединен с атмосферой или паровым пространством емкости для пробы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4