Устройство ввода пробы в газовый хроматограф
Владельцы патента RU 2399044:
Учреждение Российской академии наук Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения РАН (ИНГГ СО РАН) (RU)
Изобретение относится к газовой хроматографии и может быть использовано в приборах, предназначенных для качественного и количественного анализа микропримесей веществ в газообразных, жидких и твердых средах. Устройство ввода пробы в газовый хроматограф содержит последовательно соединенные камеру ввода, помещенную в термостат и подсоединенную через клапан к насосу. Также устройство содержит линию ввода пробы в анализатор, а также линию газа-носителя, включающую источник газа-носителя. При этом источник газа-носителя подсоединен через клапаны к камере ввода и линии ввода пробы. Причем камера ввода содержит универсальный узел крепления взаимозаменяемых инжекторов и по меньшей мере один уплотнительный элемент. При этом устройство дополнительно снабжено датчиком давления, фиксирующим изменение давления в камере ввода. Техническим результатом изобретения является создание универсального устройства ввода пробы, обеспечивающего его применение в газохроматографических приборах, предназначенных для качественного и количественного анализа микропримесей веществ в газообразных, жидких и твердых пробах и позволяющего осуществлять быструю замену инжектора в хроматографе в условиях газохроматографического анализа на месте взятия пробы. 7 ил.
Изобретение относится к газовой хроматографии и может быть использовано в приборах, предназначенных для качественного и количественного анализа микропримесей веществ в газообразных, жидких и твердых средах.
Известно устройство отбора и ввода пробы, содержащее последовательно соединенные между собой через ограничители потока линию отбора пробы, сообщающуюся с анализируемой атмосферой, промежуточную камеру, подсоединенную через клапан к насосу, и линию ввода пробы в анализатор, причем промежуточная камера и линия ввода пробы подсоединены через клапаны к источнику газа-носителя (патент РФ №2125723, М.кл. G01N 30/16, опубл. 27.01.1999). Указанное устройство обеспечивает хорошую воспроизводимость результатов анализа и совместимо со всеми известными типами газохроматографических колонок (ГХК) и детекторов, однако позволяет вводить в аналитический прибор исключительно газообразные пробы.
При проведении количественных и качественных газохроматографических анализов с использованием различных способов подготовки пробы калибровка прибора может проводиться с помощью, например, шприцевого инжектора, а сам анализ осуществляться с пробой, накопленной на концентратор концентрационного инжектора, или газообразной пробой, периодически отбираемой автодозирующим инжектором в буферный объем из окружающей среды или из подключенной газовой линии. В таком случае в процессе анализа возникает необходимость провести калибровку прибора с использованием калибровочных растворов или калибровочных газовых смесей, вводимых с помощью шприца. При этом смена способов ввода пробы в газовый хроматограф сопряжена с выключением хроматографа и последующей заменой устройств ввода и занимает от 2-х до 4-х часов.
Целью данного изобретения является создание универсального устройства ввода пробы, обеспечивающего его применение в газохроматографических приборах, предназначенных для качественного и количественного анализа микропримесей веществ в газообразных, жидких и твердых пробах и позволяющего осуществлять быструю замену инжектора в хроматографе в условиях газохроматографического анализа на месте взятия пробы (быстрота и гибкость перестройки хроматографа и возможность провести анализы с использованием различных способов пробоотбора).
Для достижения цели изобретения в устройстве ввода пробы в газовый хроматограф, содержащем последовательно соединенные камеру ввода, помещенную в термостат и подсоединенную через клапан к насосу, и линию ввода пробы в анализатор, а также линию газа-носителя, включающую источник газа-носителя, подсоединенный через клапаны к камере ввода и линии ввода пробы, камера ввода выполнена таким образом, что содержит универсальный узел крепления взаимозаменяемых инжекторов и по меньшей мере один уплотнительный элемент. При этом устройство дополнительно снабжено датчиком давления, фиксирующим изменение давления в камере ввода.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, на фиг.2 - функциональная схема устройства с концентрационным инжектором, на фиг.3 - функциональная схема устройства с шприцевым инжектором, на фиг.4 - функциональная схема устройства с автодозирующим инжектором, на фиг.5 - хроматограммы содержания бензола, толуола, п-ксилола, полученные с использованием концентрационного инжектора (фиг.5а), шприцевого инжектора (фиг.5б) и автодозирующего инжектора (фиг.5в).
Устройство ввода пробы в газовый хроматограф (фиг.1) содержит универсальную камеру ввода 1, линию ввода пробы 2, ограничитель потока 3, источник газа-носителя 4, линии газа-носителя 5 и 6, насос 7, клапаны 8, 9 и 10, блок управления клапанами 11, датчик давления 12, термостат 13, универсальный узел крепления 14 взаимозаменяемых инжекторов, уплотнительный элемент 15. Уплотнительный элемент 15 и ограничитель потока 3 расположены таким образом, чтобы поток газа-носителя, текущий через ограничитель потока 3, препятствовал попаданию продуктов разложения уплотнительного элемента 15 в рабочую зону камеры ввода 1. Кроме того, для увеличения рабочей температуры устройства ввода (до 300°C и выше), универсальный узел крепления 14 и уплотнительный элемент 15 расположены за пределами термостата 13, а материал уплотнительного элемента 15 выбирается таким, чтобы при рабочих температурах устройства ввода исключить возможность загрязнения анализируемой пробы продуктами разложения уплотнения.
Работа устройства ввода пробы в газовый хроматограф описана ниже. В зависимости от вида пробы в камеру ввода 1 может быть установлен любой из типов инжекторов [1].
В случае применения концентрационного инжектора и инжектора твердых проб (частичек песка измельченной породы и т.п.), работа устройства происходит следующим образом (фиг.2). Концентратор с отобранной пробой или контейнер с навеской твердой пробы 16 устанавливают на шток 17 концентрационного инжектора, причем со стороны штока остается доступ газа к концентратору. Шток 17 вместе с концентратором (контейнером) 16 вводят в камеру ввода 1, фиксируют на универсальном узле крепления 14 и герметизируют с помощью уплотнительного элемента 15. Одновременно конец концентратора 16 уплотняют на входе в линию ввода пробы 2 при помощи уплотнения с упругой кромкой [2], что обеспечивает проток газа-носителя через концентратор 16 и исключает разбавление пробы при вводе в анализатор. После того как шток 17 с концентратором (контейнером) 16 установлен в камеру ввода 1, по изменению давления в камере ввода 1 и, как следствие, изменению сигнала датчика давления 12 запускается цикл ввода пробы с концентратора (контейнера с твердой пробой) в анализатор. Можно запускать цикл ввода пробы в анализатор по датчику положения концентратора (например, установив шторку, жестко связанную с универсальным узлом крепления 14, перекрывающую оптопару при установке штока 17 с концентратором 16 в камеру 1). В начале цикла ввода происходит нагрев концентратора (контейнера) 16 и десорбция газовой составляющей пробы в камеру ввода 1. Во время нагрева концентратора клапаны 8 и 9 открыты, что сохраняет в камере ввода 1 десорбированную пробу и выравнивает давление. Одновременно газ-носитель поступает в анализатор и сбрасывается через ограничитель потока 3, при этом через камеру ввода 1 поток газа-носителя отсутствует. После десорбции пробы (время задается блоком управления 11) закрывают клапан 9 и проба («пробка» пробы) продавливается (поступает) в анализатор. После окончания ввода пробы из камеры ввода 1 (время задается блоком управления 11), клапан 8 закрывается, клапан 9 открывается и происходит разделение пробы на ГХК анализатора. После окончания анализа шток 17 с концентратором 16 извлекают из камеры ввода 1. Концентратор 16 заменяют другим концентратором (контейнером) с новой пробой и вставляют в камеру ввода 1.
В случае применения шприцевого инжектора, работа устройства происходит следующим образом (фиг.3). Шприцевой инжектор с корпусом 18, эластичной мембраной 19 и отверстиями 20 для тока газа-носителя устанавливают в камеру ввода 1, фиксируют на универсальном узле крепления 14 и герметизируют с помощью уплотнительного элемента 15. Одновременно конец корпуса 18 уплотняют на входе в линию ввода пробы 2 при помощи уплотнения с упругой кромкой [2], что обеспечивает проток газа-носителя через внутренний объем корпуса 18 при вводе пробы в анализатор. После ввода пробы с помощью шприца во внутренний объем шприцевого инжектора, от испарения пробы (или ввода объема газа) скачок давления в камере ввода 1, регистрируемый датчиком давления 12, запускает ввод пробы в ГХК анализатора: клапан 9 закрывается, клапан 8 открывается и проба из устройства ввода («пробка» пробы) продавливается (поступает) в анализатор. После окончания ввода из камеры ввода 1 (время задается блоком управления 11), клапан 8 закрывается, клапан 9 открывается и под действием потока газа-носителя из линии 6 происходит разделение пробы на ГХК. После окончания анализа устройство готово для следующего ввода.
В случае применения автодозирующего инжектора работа устройства происходит следующим образом (фиг.4). Автодозирующий инжектор для отбора и ввода газовых проб состоит из корпуса 21 и линии отбора пробы 22 с обратным клапаном (или ограничителем потока) 23. Инжектор устанавливают в камеру ввода 1, фиксируют на универсальном узле крепления 14 и герметизируют с помощью уплотнительного элемента 15. При этом линия ввода пробы 2 находится в противоположном конце камеры ввода 1 от места подключения насоса 7, чтобы обеспечить максимальное заполнение камеры 1 отбираемой пробой. Если насос 7 подключен совместно с ограничителем потока 3 перед уплотнительным элементом 15 (как на фиг.4), то линия отбора пробы 22 заканчивается перед линией ввода 2. Во время отбора пробы клапаны 8 и 9 закрыты, клапан 10 открыт, насос 7 работает. При появлении даже небольшого перепада давления в камере ввода 1 обратный клапан 23 открывается и камера ввода 1 заполняется анализируемым газом. После наполнения камеры ввода 1 анализируемым газом, клапан 10 закрывается, насос 7 выключается, клапан 8 открывается. В результате этого газом-носителем по линии 5 проба из камеры ввода 1 («пробка» пробы) продавливается (поступает) в анализатор. После окончания ввода пробы из камеры ввода 1 (время задается блоком управления 11), клапан 8 закрывается, клапан 9 открывается и происходит разделение пробы на ГХК анализатора.
На фиг.5 представлены полученные с помощью различных типов ижекторов хроматограммы смеси паров бензола, толуола, п-ксилола в воздухе с концентрациями 3,2×10-7, 3,4×10-7, 3,3×10-7 мг/мл соответственно.
На фиг.5а - пять хроматограмм, полученных с концентратора Tenax-TA, через который 30 секунд пропускали смесь бензола, толуола, п-ксилола. Среднеквадратичное отклонение на приведенных хроматограммах: по времени удерживания - не более 0,2%, по высоте пиков - не более 5%, по площади пиков - не более 5%.
На фиг.5б - пять хроматограмм, полученных с шприцевым инжектором. Вводилось по 0,25 мл смеси бензола, толуола, п-ксилола. Среднеквадратичное отклонение на приведенных хроматограммах: по времени удерживания - не более 0,17%, по высоте пиков - не более 4%, по площади пиков - не более 4%.
На фиг.5в - пять хроматограмм, полученных с автодозирующим инжектором. Смесь бензола, толуола, п-ксилола отбиралась 5 секунд и вводилась в ГХК 0.8 секунды. Среднеквадратичное отклонение на приведенных хроматограммах: по времени удерживания - не более 0,14%, по высоте пиков - не более 0,7%, по площади пиков - не более 1,2%.
Источники информации
1. Гиошон Ж., Гийемен К. Количественная газовая хроматография для лабораторных анализов и промышленного контроля. Ч.1 - М.: Мир, 1991, с.397-409.
2. Уплотнения и уплотнительная техника. Справочник. Под общей редакцией А.И.Голубева и Л.А.Кондакова. 2-е издание. - М.: Машиностроение, 1994.
Устройство ввода пробы в газовый хроматограф, содержащее последовательно соединенные камеру ввода, помещенную в термостат и подсоединенную через клапан к насосу, и линию ввода пробы в анализатор, а также линию газа-носителя, включающую источник газа-носителя, подсоединенный через клапаны к камере ввода и линии ввода пробы, отличающееся тем, что камера ввода содержит универсальный узел крепления взаимозаменяемых инжекторов и по меньшей мере один уплотнительный элемент, при этом устройство дополнительно снабжено датчиком давления, фиксирующим изменение давления в камере ввода.
