Газовый хроматограф
Изобретение относится к хроматографу, предназначенному для анализа газообразного вещества. Сущность: устройство содержит подающую систему для подачи образца, открытую трубчатую капиллярную колонку для разделения компонентов образца, устройство контроля температуры для регулирования температуры колонки, детектор для детектирования разделенных компонентов образца. Указанная колонка содержит пучок открытых трубчатых капилляров. Причем указанные капилляры имеют газопроницаемые стенки, содержащие полимерную мембрану. Технический результат: улучшение химической специфичности детектора, повышение прочности конструкции. 21 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к хроматографу, предназначенному для анализа газообразного образца. Хроматограф имеет подающую систему для подачи образца, открытую трубчатую капиллярную колонку, разделяющую компоненты образца, устройство контроля температуры для регулирования температуры колонки и детектор для детектирования разделенных компонентов образца, причем указанная колонка содержит пучок открытых трубчатых капилляров.
Уровень техники
Химическое состояние образцов в виде газовой фазы формируется испаренными или газообразными химическими веществами, перемешанными в окружающей среде, обычно в воздухе. Такой средой могут быть также технологические газы или вакуум. Для обнаружения и идентификации конкретных химических веществ, находящихся в определенной окружающей среде, применяют детектор.
Главной характеристикой химического детектора является его способность преобразовывать химическое состояние в электрический сигнал и передавать этот сигнал для дальнейшей обработки. В типичном случае назначение детектора сводится к проведению как качественного, так и количественного определения конкретных химических веществ, находящихся в определенной окружающей среде. В этом случае возникает техническая проблема, связанная с тем, что выходной сигнал детектора не абсолютно специфичен, т.е. обладает чувствительностью также и к другим химическим веществам, которые не являются предметом исследования. Указанное свойство часто обозначают термином "перекрестная чувствительность", причем обычно оно приводит к ложной идентификации целевого вещества.
Существуют два основных направления решения проблемы перекрестной чувствительности химических детекторов: (i) разработка более специфичных датчиков (под датчиком подразумевается первая часть измерительной цепочки, конвертирующей входной переменный параметр в пригодный для измерения сигнал) или (ii) проведение химического разделения до детектирования. Во втором случае, как правило, применяют хроматографические методики, фильтрацию, регулируемые методики адсорбции-десорбции, а также специальные процедуры приготовления образца, в том числе растворение, разделение фаз, экстракцию, химическое получение производных соединений и ионный обмен. В варианте детектирования химического состояния, имеющего вид газовой фазы (особенно при выделении небольших составляющих в окружающем воздухе портативным детектором), этапы приготовления образца усложняются, поскольку их трудно автоматизировать, сделать более мобильными и менее затратными по времени. Таким образом, для быстрого мониторинга в реальном времени они не пригодны.
Из остальных перечисленных возможных подходов к проведению химического разделения хорошо известной методикой аналитической химии является хроматография. Газовая хроматография (ГХ) представляет собой предпочтительный способ разделения стабильных и летучих соединений, а также образцов, находящихся в газовой фазе. В рамках указанного метода осуществляют химическое разделение посредством фракционирования компонентов смеси на мобильную газовую фазу и стационарную твердую или жидкую фазу, удерживаемую на твердой подложке. В стационарной хроматографической системе время удерживания исследуемого вещества сорбентом (т.е. время прохождения образца от входа через колонку к детектору) для конкретного анализируемого соединения является постоянной величиной, т.е. этот параметр можно использовать для идентификации такого соединения. Таким образом, хотя хроматография, в первую очередь, представляет собой технологию разделения, с ее помощью можно идентифицировать разделенные соединения сложного образца по значениям их времени удерживания. Процесс проводят в ГХ приборе, состоящем обычно из системы подачи образца, газа-носителя и блока (блоков) регулировки потока указанного газа, одной или нескольких колонок внутри камеры (как правило, оборудованных термостатом) и одного или нескольких химических детекторов.
С точки зрения разделительной способности и, таким образом, разрешения, достигаемого в анализе, ключевым техническим компонентом ГХ является колонка. Колонки можно разделить на два основных типа: (i) насадочная (набивная) колонка и (ii) полая (открытая) трубчатая, или так называемая капиллярная колонка. Набивную колонку конструируют из трубы, изготовленной, например, из нержавеющей стали, никеля или стекла, причем ее внутренний диаметр обычно находится в интервале 1-10 мм. Колонки заполняют инертным удерживающим порошком. Обычно это диатомитовая земля со средним внутренним диаметром пор 1-10 мкм и размером частиц 100-200 мкм. Колонка второго типа, т.е. открытая трубчатая капиллярная колонка, имеет малый внутренний диаметр 10-1000 мкм. Ее обычно конструируют из плавленого кварца (стекло очень высокой чистоты), а наружную стенку защищают твердым и плотным полимером типа полиимида. Как правило, колонки имеют трубчатую форму с ничем не ограниченным проходом для потока в средней части колонки. Внутреннюю поверхность плавленого кварца химическим образом модифицируют покрытиями или пленками различного типа, обеспечивающими формирование так называемых неподвижных фаз. Указанные фазы имеют различную полярность и, таким образом, селективны по отношению к процессу разделения. Неподвижная фаза может представлять собой жидкий слой или тонкую пленку, обычно изготовленную из полимера, например из полисилоксана, силикона или полиамида, причем в зависимости от ситуации эти слой и пленка функционируют различным образом. На общую разделительную способность колонки влияют такие параметры пленки неподвижной фазы, как химический состав, микроструктура, строение и толщина.
Из всех типов колонок в аналитической химии наиболее предпочтительной является открытая трубчатая капиллярная вследствие ее повышенной разделительной способности относительно общего времени анализа, улучшенной долговременной стабильности и более высокого качества анализа (последнее свойство определяется повышенной воспроизводимостью процесса изготовления).
На существующем уровне техники применение трубок с открытыми трубчатыми ГХ капиллярами в комбинации с различными портативными химическими детекторами хорошо известно. Подтверждением этому могут служить, в частности, патенты США №№5114439 и 5856616, в которых описано применение компактных по размерам ГХ колонок с низким потреблением энергии, предназначенных для портативных приложений. Кроме того, в патентном документе WO 9941601 приводится описание использования комбинации ГХ колонки с низким потреблением энергии и специфической системы отбора проб. Далее, патенты США №№4888295 и 6354160 описывают соответственно применение "приемлемой с коммерческой точки зрения" ГХ колонки в комбинации с детектором, сформированным матрицей электрохимических датчиков, и ГХ колонки, используемой совместно с детекторами на основе поверхностных акустических волн, причем функцию открытых трубчатых колонок могут выполнять колонки, сформированные на кремниевых пластинах (см. также патент США №6134944).
Для применения ГХ метода в портативных, причем предпочтительно ручных (т.е. удерживаемых в руках), устройствах требуется, чтобы они потребляли мало энергии, были легкими и компактными по размерам, а также обеспечивали быстрое детектирование, сохраняя в то же время высокое разрешение вследствие хорошей разделительной способности. До настоящего времени улучшение рабочих параметров портативных устройств происходило главным образом за счет применения высоких температур в колонках, а также улучшений контроля температуры и конструкции нагревающей системы. Кроме того, улучшения касались модификаций потока газа-носителя и конструкции специальных систем отбора проб и детектирования.
Другие направления повышения пригодности ГХ метода для портативных приложений включали в себя применение укороченных колонок и колонок с уменьшенным внутренним диаметром с целью увеличения эффективности и скорости анализов. Однако эти улучшения приведут к уменьшению разделения веществ или, в альтернативной ситуации, уменьшат объем образца и существенно увеличат потребляемую энергию. В результате вследствие увеличения падения давления в колонке возрастут стоимость и размеры насоса. Недостаток применения образца с маленьким объемом заключается в том, что при этом обычно ослабляется отклик детектора и повышается чувствительность к локальным изменениям в образце. Тем самым ухудшается точность времени удерживания. Кроме того, контроль маленьких объемов текучей среды может оказаться затруднительным с технической точки зрения и дорогим.
Указанные недостатки были преодолены за счет применения колонки, содержащей пучок открытых трубчатых капилляров (см., например, Baumbach J.I. et al. Int. J. Env. Anal. Chem. (1997), 66, pp.225-239; Int. J. for Ion Mobility Spectrometry (2000), 3, pp.28-37).
Такие колонки изготавливаются и продаются ограниченным числом компаний, а именно компаниями Alltech Associates Inc. (США), ChemSpace s.r.o. (Чешская Республика), Sibertech (Новосибирск, Россия). Преимущества мультикапиллярных колонок заключаются в обеспечении коротких времен удерживания и, таким образом, быстрых времен детектирования при достаточно высоком разрешении и хорошей разделительной способности. Кроме того, такие колонки сохраняют высокую эффективность в широком интервале скоростей потоков газа-носителя. В результате, по сравнению с обычными монокапиллярными колонками, они могут работать с повышенными объемами образцов, причем эти объемы легко инжектируются и детектируются.
Таким образом, указанные свойства мультикапиллярных колонок делают их идеально пригодными для ручного портативного газового хроматографа.
Однако, поскольку колонки такого типа обычно формируют из сотен единичных капиллярных колонок, для достаточно массивных пучков трудно получить однородное распределение температуры с низким расходом энергии, а это уменьшает точность ГХ анализа.
Несмотря на то, что по сравнению с открытой трубчатой ГХ колонкой, содержащей один канал, мультикапиллярные колонки позволяют использовать гораздо более высокую скорость потока (расход) образца (или расход потока газа-носителя) через колонку, допустимый расход газа для обычных мультикапиллярных колонок все еще остается ниже 300 мл/мин. Для некоторых типов детектора этот уровень расхода может оказаться далеко не достаточным. К таким детекторам относится, например, переносной мультисенсорный спектрометр подвижности ионов, предназначенный для детектирования газообразных химических веществ, находящихся в окружающем воздухе, и использующий принцип сквозного протекания потока (см. патентный документ WO 9416320 и публикацию Utriainen M. et al. Sens. Actuators В (2003), 93, pp.17-24).
В детекторе реализуется специальный тип спектрометра подвижности ионов (ion mobility spectrometer, IMS). Этот тип можно описать как IMS-спектрометр аспирационного конденсаторного типа или типа разомкнутого контура, скомбинированный с другими датчиками, такими как полупроводниковые газовые датчики, а также датчики температуры и влажности. Для переносных и портативных устройств химического детектирования детектор изготавливают под торговыми наименованиями ChemPro100, M90-D1-C (Environics Oy, Финляндия) и MultilMS (Drager Safety, Германия). Дополнительно охарактеризовать этот детектор можно следующим образом: он использует непрерывный сквозной поток при расходе, составляющем обычно 800-3500 мл/мин, предпочтительно 1000-2000 мл/мин, и обеспечивает таким образом хорошую статистическую достоверность семплирования, а также высокое быстродействие и быстрый возврат в исходное положение. Все перечисленные параметры имеют существенное значение, причем в особенности в том случае, когда поставленной задачей является обеспечение надежного заблаговременного предупреждения о присутствии в воздухе токсичных веществ. Характерной особенностью указанного детектора является также такая зависимость чувствительности от скорости потока, при которой более высокая скорость предпочтительна. К другим характерным особенностям детектора относится чувствительность к быстрым изменениям потока (и давления), а также к быстрым и большим изменениям влажности и температуры.
Раскрытие изобретения
Существует потребность в дальнейших усовершенствованиях приборов рассмотренного типа. Эта потребность удовлетворена за счет настоящего изобретения следующим образом: в мультикапиллярной колонке, примененной согласно изобретению, открытые трубчатые капилляры имеют газопроницаемые стенки, содержащие полимерную мембрану. По отношению к газу, переносящему образец, такая стенка селективно задерживает одни его компоненты, пропуская другие. Таким образом, дополнительно улучшается разделительная способность колонки. В результате колонку можно укоротить и уменьшить давление, необходимое для прокачивания газа.
С целью улучшения химической специфичности детектора в настоящем изобретении согласно предпочтительному варианту его осуществления для проведения химического разделения в портативном химическом детекторе используется пучок полых волоконных мембранных капилляров, выполняющий функцию мультикапиллярной ГХ колонки. Портативный химический детектор является предпочтительно компонентом ручного анализатора. Пучки полых волоконных мембран активно применялись до сих пор в промышленных процессах разделения газов, промышленных установках осушки газа, газовых генераторах, работающих на месте эксплуатации, а также в диализных фильтрах, предназначенных для разделения компонентов в жидкой фазе. Широкий интервал приложений полых волоконных мембран обуславливает их серийное производство, что приводит к низкой стоимости компонентов в таких сферах приложения, как химическое детектирование с использованием изобретения.
По сравнению с обычными ГХ капиллярными колонками, в которых использован кварц, полностью полимерная структура мембранных капилляров обеспечивает пониженные затраты на обработку и материалы. Это также вносит свой вклад в обеспечение экономической эффективности.
Мембранные стенки полых волоконных капилляров специфическим образом проницаемы, по меньшей мере, для газов, имеющих низкую молекулярную массу, в то время как обычные ГХ колонки на основе плавленого кварца этому условию не отвечают. Кроме того, материалы, примененные в данном случае для изготовления полых волокон, относятся к специфическим полимерам в том смысле, что они, кроме своих прочих свойств, особым образом отвечают требованиям низкотемпературных процессов вытягивания нитей синтетических волокон. Примерами таких материалов являются полиолефины, полиамид и сложный полиэфир, а также материалы, менее характерные для вытягивания волокон, в частности полисульфон и ацетатцеллюлоза. Кроме того, для полых волоконных капиллярных мембран пригодны так называемые бикомпонентные волокна, в которых заданная структура формируется из двух полимерных материалов. В качестве типичного примера такой структуры можно указать на слоистый капилляр, в котором внутренняя и наружная стенки изготовлены из различающихся полимеров в ходе одного процесса или посредством раздельных технологических операций. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения внутренняя и наружная стенки представляют собой соответственно мембранный и пористый полимеры, причем второй из них служит несущей основой для первого. Сформированная таким образом стенка обладает свойством селективного пропускания.
Пучок полых волокон обычно эластичен, поэтому процесс сборки не вызывает затруднений. Поскольку обычно пучки волокон используются в качестве мембран, наружная сторона волокна участвует в процессе разделения, поэтому ее, как правило, не покрывают каким-либо дополнительным материалом. Это позволяет иметь поток текучей среды на обеих сторонах. Для получения гомогенного температурного распределения такая компоновка имеет преимущество, т.к. позволяет для термостатирования пучков использовать текучие среды. Возможность осуществить простое и потребляющее мало энергии термостатирование позволяет уменьшить температурные воздействия на детектор, а также улучшить точность химической идентификации.
Следующее преимущество изобретения заключается в том, что при применении пучка полых волоконных мембран, первоначально разработанного для промышленного сушильного аппарата, можно обеспечить для образца одновременное и селективное удаление воды, а также других неинтересных с аналитической точки зрения субстанций с маленькими молекулами. В общем случае влагу считают агентом, воздействующим на химическое детектирование, и ее желательно специально принимать во внимание в случае проточных детекторов, работающих со значительными потоками, и спектрометров подвижности ионов. Аналогичным образом для проведения химического разделения на основе фильтрации одновременно с хроматографическим разделением полезны и другие типы пучков полых волоконных капиллярных мембран, селективных по отношению к пропусканию газов. Таким образом, как указывалось выше, в общем случае фильтрацию можно рассматривать как альтернативный подход для улучшения химической разделительной способности химических детекторов.
Размеры и количество капилляров, которые формируют колонку, содержащую пучок и применяемую согласно изобретению, можно варьировать в широких пределах. Обычно в пучке находится от 10 до 10000 открытых трубчатых мембранных капилляров. Каждый из них, как правило, имеет длину 10-100 см и внутренний диаметр 10-1000 мкм. Предпочтительно, чтобы пучок содержал 100-4000 капилляров. Предпочтительно внутренний диаметр трубчатых капилляров лежит в интервале 50-1000 мкм.
В общем случае пучок состоит из указанных открытых трубчатых капилляров, по существу, прямых и расположенных параллельно друг другу со свободным пространством между капиллярами. Нежелательные маленькие молекулы, такие как вода, мигрируют из капилляров в свободное пространство и далее к вытяжке системы. При конструировании колонки и/или пучка, примененных в изобретении, капилляры обычно удерживаются вместе держателем или колпачком таким образом, чтобы до детектора доходил только газ из внутренних объемов капилляров. Пучок можно поместить в оболочку или кожух.
В газовом хроматографе согласно изобретению устройство контроля температуры предпочтительно содержит нагревающую среду, предназначенную для протекания через свободное пространство между капиллярами. Такая конструкция напоминает теплообменник и отлично решает проблемы теплопереноса, характерные обычно для небольших портативных газовых хроматографов. Проблемы такого нагрева рассмотрены, например, в патенте США №5114439.
Предпочтительно, чтобы указанное устройство контроля температуры также содержало упомянутый выше кожух, изготовленный из теплоизоляционного материала. Кожух имеет входное и выходное отверстия, позволяющие нагревающей среде протекать через свободное пространство между капиллярами. При использовании нагревающей среды, протекающей вдоль капилляров, устройство контроля температуры дополнительно содержит термостатирующий нагреватель, регулирующий температуру нагревающей среды, а также в предпочтительном варианте насос и шланг (трубку). Насос прогоняет нагревающую среду между нагревателем и пучком и далее через свободное пространство между капиллярами с предпочтительным возвратом данной среды к нагревателю.
Система подачи в газовом хроматографе согласно изобретению обычно содержит поглощающий фильтр, предназначенный для формирования чистого воздуха, играющего роль стандартного образца (образца сравнения) для хроматографической системы. Кроме того, в указанной системе имеется входное отверстие для ввода газообразного образца в колонку. Можно установить также клапан, направляющий образец в колонку либо напрямую, либо через указанный фильтр, и другой клапан, предназначенный для подачи образца также альтернативным образом: через колонку или непосредственно к детектору.
В предлагаемом газовом хроматографе детектор обычно содержит спектрометр подвижности ионов (IMS-спектрометр). Предпочтителен IMS-спектрометр в виде комбинированного мультисенсорного прибора, предназначенного для прямого сквозного протекания образца.
В типичном варианте использования хроматографа по изобретению образец подают в колонку с расходом 100-100000 мл/мин. Предпочтителен расход 100-3500 мл/мин, а наиболее предпочтительным является расход 1000-2000 мл/мин. Желательно подавать образец к детектору непрерывно. Как было показано выше, предлагаемый хроматограф можно разместить в небольшом объеме, т.е. он пригоден в качестве переносного анализатора. Таким образом, одним из достоинств изобретения является возможность переносить газовый хроматограф на руках к месту анализа и/или обратно.
Идея изобретения заключается в комбинации пучка открытых трубчатых капилляров с детектором. Пучок эффективно разделяет компоненты образца, подлежащего анализу, а детектор их детектирует. Таким образом, изобретение относится также к применению пучка капилляров указанного типа совместно с детектором для разделения и анализа газообразного образца, причем стенки капилляров представляют собой газопроницаемую полимерную мембрану.
Указанный пучок можно сформировать в виде диализного фильтра, в котором внутренняя стенка капилляров предпочтительно имеет большую удельную поверхность. Кроме того, пучок можно сформировать в виде промышленного сушильного аппарата, что соответствует его первоначальной области применения. В этом случае внутренняя стенка капилляров гладкая и имеет низкую проницаемость. В наиболее предпочтительном варианте, т.е. в газовом хроматографе, пучок формирует колонку, а детектор служит детектором газового хроматографа. Свойства такого хроматографа описаны выше. Вследствие своей эффективности хроматограф предпочтительно использовать в качестве переносного газоанализатора.
При необходимости ГХ блок на основе полых волоконных капиллярных мембран, скомбинированный с химическим детектором согласно изобретению, может обеспечить способность химического разделения, достаточную для существенного облегчения решения проблемы перекрестной чувствительности. За счет высокой скорости потока устройство может работать без каких-либо существенных изменений давления или указанной скорости, причем возможна также стабилизация быстрых изменений влажности и температуры. Кроме того, оно достаточно компактно, имеет небольшой вес и низкое потребление энергии, т.е. пригодно для применения в мобильных приложениях, а его незначительная стоимость способствует коммерческому успеху.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 иллюстрирует предпочтительные варианты применения пучка полых волоконных капиллярных мембран, выполняющего функцию ГХ колонки, скомбинированной с химическим детектором.
Фиг.2 иллюстрирует один из предпочтительных вариантов осуществления устройства регулировки температуры для пучка полых волоконных капиллярных мембран, выполняющего функцию ГХ колонки. Сверху на фиг.2 показано одиночное полое волокно; справа - вид на конец колонки в направлении потока воздуха.
Фиг.3 иллюстрирует результат подачи анализируемой смеси через пучок полых волоконных мембран к детектору.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан один из предпочтительных вариантов применения пучка 2 полых волоконных капиллярных мембран, выполняющего функцию ГХ колонки, скомбинированной с химическим детектором 1. Система подачи образца содержит клапан 4, фильтр 3, поглощающий пары, вход 5 для газа и в случае необходимости дополнительный клапан 6. Положение клапана 4 определяет, протекает ли образец к мультикапиллярной ГХ колонке 2 на основе пучка полых волокон через фильтр (клапан 4 установлен в положение (b)) или напрямую (клапан 4 установлен в положение (с)). Момент переключения клапана 4 из положения (b) в положение (с) соответствует значению t=0 для времени удерживания.
Другой предпочтительный вариант осуществления, также показанный на фиг.1, предусматривает наличие дополнительного клапана 6, определяющего, задействована ли ГХ колонка на основе пучка полых волокон (клапан 6 в положении (b) или (с)) или нет (клапан 6 в положении (а)). Когда пучок не используется (положение (а)), время отклика можно уменьшить, однако при применении пучка (клапан 6 в положении (b) или (с)) появляется возможность для более специфической идентификации с меньшей перекрестной чувствительностью.
На фиг.2 показан один из предпочтительных вариантов осуществления устройства регулировки температуры для пучка 2 полых волоконных капиллярных мембран, выполняющего функцию ГХ колонки. Колонка имеет конструкцию, непроницаемую для воздуха, причем оболочка (кожух) 14 колонки изготовлена (изготовлен) из теплоизоляционного материала. Текучая среда (жидкость или газ), для которой предусмотрена возможность контроля термостатирования и нагрева, поступает через отверстия 8 и циркулирует через кожух в направлении 11 с помощью насоса 12. При этом между капиллярами 16 формируется межкапиллярное пространство 7. В одном из предпочтительных вариантов осуществления текучая среда межкапиллярного пространства 7 представляет собой глицерин или промышленный охлаждающий раствор. В другом предпочтительном варианте осуществления такой средой является воздух.
Следующий предпочтительный вариант осуществления использует конструкцию, подобную показанной на фиг.2, но в этом случае система или имеет нагреватель 13, или он отсутствует. В указанном варианте осуществления роль текучей среды межкапиллярного пространства 7 выполняет воздух, причем его главной функцией является очищение системы. Воздух накачивают только во вход 10а колонки, а на противоположном конце для воздуха предусмотрен выход 10 через периферийные отверстия 8, т.е. трубка (шланг) 15 для прокачивания нагревающей среды удалена (удален).
В любом случае текучая среда межкапиллярного пространства 7 изолирована от газообразного образца устройством в виде заглушки 26, 17 у конца трубки. В предпочтительном варианте осуществления заполняющий материал 9 у конца трубки заполняет только пространство между капиллярами и, кроме того, связывает капилляры в одно целое. В одном из предпочтительных вариантов осуществления заполняющим материалом 9 является эпоксидный клей.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления пучок 2 представляет собой пучок полых волоконных капиллярных мембран высокоселективного типа, применяемый в промышленном сушильном аппарате. Указанный аппарат имеется в продаже под торговыми марками Drypoint (Beko), MF-Dryer (CKD, Wilkinson), SF-Serie (Whatman, Balston), Sunsep (Zander, SMC), VarioDry (Ultrafilter) и Porous Media (Norgren). Структура капиллярной стенки для этого варианта показана на фиг.2, сверху. В типичном случае она состоит из фактически полого волокна 18, выполняющего функцию основы, и активного плотного слоя (мембраны) 19, покрывающего внутреннюю поверхность.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления детектор 1 представляет собой комбинированный мультисенсорный IMS-спектрометр, имеющийся в продаже под торговыми марками ChemPro100 (Environics), M90-D1-C (Environics), MultiIMS (Drager), или любой другой детектор на основе IMS-спектрометра.
Пример
Следующий пример иллюстрирует, но не ограничивает основные особенности настоящего изобретения.
Использованное устройство аналогично устройствам, показанным на фиг.1 и 2. Пучок полых волоконных мембранных капилляров взят из мембранного сушильного аппарата Drypoint (Beko). Детектором является прибор ChemPro100 (Environics), работающий с расходом 1 л/мин.
Начальный момент времени (время удерживания равно 0) задают переключением клапана 4 из положения (b) в положение (с) - см. фиг.1.
На фиг.3 приведен результат подачи смеси метилсалицилата (MeS) и диизопропилметилфосфоната (DIMP) (1% DIMP и 99% MeS) через пучок полых волоконных мембран к детектору.
Первоначально детектор засасывает воздух через фильтр и измеряет чистый фоновый сигнал. Одновременно с началом подачи образца клапан 4 переключили в положение (с). Через 3 с клапан 4 переключили в положение (b). Посредством этой процедуры дозу образца вводят в волокна в интервале между подачами чистого воздуха.
В течение 40 секунд оба химических препарата элюировали через колонку и селективно детектировались спектрометром подвижности ионов (DIMP) и газовым датчиком на основе оксида металла (MeS). Если бы образец вводили через клапан 6, установленный в положение (а), между сигналами не было бы задержки по времени.
Настоящее изобретение предлагает прибор, применяемый в качестве химического детектора. В более предпочтительном варианте он используется как дополнительное устройство, которое проводит химическое разделение и скомбинировано с любым химическим детектором. Изобретение улучшает химическую специфичность химических детекторов, применяемая аппаратура состоит из недорогих компонентов и облегчает получение прочной конструкции. Оно особенно полезно при использовании для идентификации присутствия химических боевых отравляющих веществ, а также других токсичных и огнеопасных газов и паров в таких приложениях, как военное дело, промышленная или персональная защита, гигиена труда или окружающей среды, а также контроль производственных процессов.
1. Газовый хроматограф для анализа образца, содержащий подающую систему (3-6) для подачи образца, открытую трубчатую капиллярную колонку (2) для разделения компонентов образца, устройство (8-15) контроля температуры для регулирования температуры колонки (2) и детектор (1) для детектирования разделенных компонентов образца, причем указанная колонка (2) содержит пучок открытых трубчатых капилляров, отличающийся тем, что указанные открытые трубчатые капилляры (16) имеют газопроницаемые стенки, содержащие полимерную мембрану (19).
2. Газовый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что представляет собой ручной портативный газовый хроматограф.
3. Газовый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что указанная стенка имеет внутренний слой из полимерной мембраны (19), селективно проницаемой для газов, и наружный слой из пористой полимерной основы (18).
4. Газовый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что указанный пучок содержит 10-10000 открытых трубчатых капилляров (16).
5. Газовый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что открытые трубчатые капилляры (16) имеют длину от 10 до 100 см и внутренний диаметр от 10 до 1000 мкм.
6. Газовый хроматограф по п.4, отличающийся тем, что указанный пучок содержит от 100 до 4000 открытых трубчатых капилляров (16).
7. Газовый хроматограф по п.5, отличающийся тем, что внутренний диаметр открытых трубчатых капилляров (16) составляет от 50 до 1000 мкм.
8. Газовый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что между открытыми трубчатыми капиллярами (16) имеется свободное пространство.
9. Газовый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что колонка (2) имеет кожух (14), окружающий указанный пучок.
10. Газовый хроматограф по п.8, отличающийся тем, что устройство (8-15) контроля температуры содержит нагревающую среду (9), предназначенную для протекания через указанное свободное пространство между капиллярами (16).
11. Газовый хроматограф по п.10, отличающийся тем, что устройство (8-15) контроля температуры содержит указанный кожух (14), который изготовлен из теплоизоляционного материала и имеет входные и выходные отверстия (8), обеспечивающие возможность протекания нагревающей среды (9) через свободное пространство между капиллярами (16).
12. Газовый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что устройство (8-15) контроля температуры содержит термостатирующий нагреватель для регулирования температуры нагревающей среды (9).
13. Газовый хроматограф по п.12, отличающийся тем, что устройство (8-15) контроля температуры содержит насос (12) и трубку (15) для прокачивания и переноса нагревающей среды (9) между термостатирующим нагревателем (13) и открытым пространством между капиллярами (16).
14. Газовый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что подающая система (3-6) содержит фильтр (3) для поглощения паров из образца до его введения в колонку (2).
15. Газовый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что подающая система (3-6) содержит вход (5) для газа, обеспечивающий возможность ввода образца в колонку (2).
16. Газовый хроматограф по п.14, отличающийся тем, что подающая система (3-6) содержит клапан (4) для подачи образца к колонке (2) напрямую или через фильтр (3).
17. Газовый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что подающая система (3-6) содержит клапан (6) для подведения образца к детектору (1) с проведением его через колонку (2) или напрямую.
18. Газовый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что детектор (1) представляет собой спектрометр подвижности ионов (IMS-спектрометр).
19. Газовый хроматограф по п.18, отличающийся тем, что IMS-спектрометр представляет собой комбинированный мультисенсорный IMS-спектрометр, рассчитанный на сквозное протекание образца.
20. Газовый хроматограф по п.19, отличающийся тем, что детектор (1) выполнен с использованием полупроводниковых датчиков, электроакустических газовых датчиков или их матриц, или датчиков влажности и температуры, или комбинации любых из перечисленных датчиков.
21. Газовый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что пучок открытых трубчатых капилляров относится к типу пучков, используемых в промышленном мембранном сушильном аппарате.
22. Газовый хроматограф по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что представляет собой портативный и/или ручной газоанализатор.
