Потоковый хроматограф



Потоковый хроматограф
Потоковый хроматограф
Потоковый хроматограф

 


Владельцы патента RU 2468363:

ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "РОССИЙСКАЯ КОМПАНИЯ ПО ОСВОЕНИЮ ШЕЛЬФА" (ЗАО "РОСШЕЛЬФ") (RU)

Потоковый хроматограф предназначен для анализа состава газов, в частности природного газа, например, на газораспределительных и газоизмерительных станциях при транспортировке газа по трубопроводам. Потоковый хроматограф содержит корпус (1) с установленными на нем штуцерами (2, 3, 4) ввода газа-носителя, анализируемого газа и градуировочной смеси, первым и вторым штуцерами (5, 6) сброса газов, устройство для подготовки и ввода пробы, а также термостатированные хроматографическую колонку (16), детектор (15) и кран-дозатор (17) с дозирующей петлей (18), в одном положении соединяющий детектор (15) с хроматографической колонкой (16) непосредственно, а в другом - через дозирующую петлю (18). Согласно изобретению устройство подготовки и ввода пробы содержит регулятор (7) расхода газа, установленный на линии ввода газа-носителя на входе в детектор (15), измеритель (8) расхода газа, установленный между вторым штуцером (6) сброса и выходом детектора (15), прецизионный регулятор давления (9), четырехпортовый кран (10) и три пневмосопротивления (11, 12, 13). При этом первый вход (22) четырехпортового крана (10) соединен со штуцером (2) ввода газа-носителя через первое пневмосопротивление (11), второй и третий входы (21, 23) соединены со штуцерами (3, 4) ввода анализируемого и градуировочного газов соответственно, а выход (24) четырехпортового крана (10) соединен с входом прецизионного регулятора давления (9), выход которого связан с краном-дозатором (17), в одном положении соединяющим выход прецизионного регулятора давления (9) с дозирующей петлей (18) и через нее со вторым пневмосопротивлением (12), а в другом положении - непосредственно с вторым пневмосопртивлением (12), соединенным с первым штуцером (5) сброса, который через третье пневмосопротивление (13) соединен со штуцером (3) ввода анализируемого газа. Техническим результатом изобретения является разработка устройства, позволяющего производить дозирование с высокой точностью и повторяемостью, исключая при этом влияние на точность дозирования и результаты анализа колебаний давления в магистралях анализируемого газа и градуировочной смеси, колебаний температуры и атмосферного давления, а также влияния остатков пробы от предыдущих анализов на результаты анализа. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области приборов для анализа состава вещества, а именно к потоковым хроматографам для анализа состава газов, в частности природного газа, например, на газораспределительных и газоизмерительных станциях при транспортировке газа по трубопроводам.

Известен потоковый газовый хроматограф по патенту RU 2073862, содержащий герметичный резервуар с газом-носителем. Во внутреннем объеме резервуара расположен анализатор, содержащий соединенные между собой блок переключения потоков газа, блок хроматографических колонок и блок детектора. Во внутреннем объеме резервуара расположен также вход газа-носителя, соединенный с блоком переключения потоков, представляющим собой систему клапанов, насос-дозатор для анализируемой среды, соединенный через блок переключения потоков с выходом для сброса пробы анализируемой среды. Вне резервуара размещены вход анализируемой среды и выход газа-носителя и пробы анализируемой среды, соединенный с блоком детектора. Анализатор включает также расположенные во внутреннем объеме резервуара компрессор, соединенный с входом газа-носителя и блоком хроматографических колонок, и два фильтра-поглотителя. Компрессор соединен с входом газа-носителя через блок клапанов и фильтр-поглотитель, а с блоком хроматографических колонок - через блок клапанов, причем выход газа-носителя размещен во внутреннем объеме резервуара и соединен с блоком детектора через второй фильтр-поглотитель.

Недостатками данного хроматографа являются низкая точность измерения, обусловленная низкой точностью (повторяемостью) дозирования анализируемого газа, которая зависит от величины давления анализируемого газа и атмосферного давления.

Наиболее близким к настоящему изобретению является хроматограф ХПУ-2 (Руководство по эксплуатации 5Е1.550.146 РЭ, 2005 г., г.Дзержинск). Данный хроматограф содержит корпус с закрепленными на нем штуцерами для ввода газа-носителя, анализируемого газа и градуировочной смеси, два штуцера для сброса газов, устройство для подготовки и ввода пробы, термостатированные кран с дозирующей петлей, хроматографическую колонку и детектор.

Данный хроматограф имеет следующие недостатки.

Известно, что количество анализируемого газа в дозирующем объеме пропорционально давлению газа и обратно пропорционально абсолютной температуре. В процессе отбора пробы постоянство давления в дозирующем объеме зависит от перепада давлений на входе в линию подачи анализируемого газа и на выходе из линии сброса анализируемого газа. В устройстве для подготовки и ввода пробы известного хроматографа на линии подачи анализируемого газа отсутствуют регуляторы давления, а на линии сброса пробы регулирование давления осуществляется вручную с помощью переменного дросселя под визуальным контролем по манометру. Такой режим отбора пробы не обеспечивает постоянства давления в дозирующем объеме и, следовательно, количества вещества, вводимого в хроматографическую колонку при анализе и градуировке, что ведет к снижению точности измерений компонентного состава анализируемого газа.

В известном устройстве продувка дозирующего объема от остатков пробы осуществляется таким образом, что остатки пробы выдуваются в хроматографическую колонку, что приводит к дополнительному размыванию хроматографических пиков, увеличению шумов и, как следствие, к дополнительному ограничению точности измерений и увеличению времени продувки магистрали перед новым анализом.

Кроме того, в данном устройстве регулирование потока на линии сброса анализируемого газа осуществляется вручную под визуальным контролем по манометру, что ограничивает уровень автоматизации анализа.

Задачей изобретения является повышение точности измерения состава газа и повышение уровня автоматизации анализа.

Указанная задача решена в потоковом хроматографе, содержащем корпус с установленными на нем штуцерами ввода газа-носителя, анализируемого газа и градуировочной смеси, первым и вторым штуцерами сброса газов, устройство для подготовки и ввода пробы, а также термостатированные хроматографическую колонку, детектор и кран-дозатор с дозирующей петлей, в одном положении соединяющий детектор с хроматографической колонкой непосредственно, а в другом - через дозирующую петлю. Согласно изобретению устройство подготовки и ввода пробы содержит регулятор расхода газа, установленный на линии ввода газа-носителя на входе в детектор, измеритель расхода газа, установленный между вторым штуцером сброса и выходом детектора, прецизионный регулятор давления, четырехпортовый кран и три пневмосопротивления, при этом первый вход четырехпортового крана соединен со штуцером ввода газа-носителя через первое пневмосопротивление, второй и третий входы четырехпортового крана соединены со штуцерами ввода анализируемого и градуировочного газов соответственно, а выход четырехпортового крана соединен с входом прецизионного регулятора давления, выход которого связан с краном-дозатором, в одном положении соединяющим выход прецизионного регулятора давления с дозирующей петлей и через нее со вторым пневмосопротивлением, а в другом положении - непосредственно со вторым пневмосопртивлением, соединенным с первым штуцером сброса, который через третье пневмосопротивление соединен со штуцером ввода анализируемого газа.

Такое выполнение хроматографа позволяет поддерживать с высокой точностью давление в дозирующей петле, что в сочетании с термостатированием крана-дозатора с дозирующей петлей обеспечивает высокую сходимость при дозировании газа, вводимого в хроматографическую колонку. Кроме того, за счет поддержания избыточного давления в дозирующей петле относительно атмосферного давления обеспечивается автоматическая компенсация изменения атмосферного давления, что дополнительно повышает точность дозирования. За счет сжимаемости газа путем изменения величины давления в дозирующей петле обеспечивается изменение объема вводимой в хроматограф пробы и, следовательно, регулирование чувствительности хроматографа. Продувка всех объемов устройства подготовки и ввода пробы газом-носителем исключает возможность накопления в устройстве и последующего несанкционированного ввода в хроматограф остатков пробы от предыдущего анализа и, следовательно, устраняет влияние предыдущего анализа на последующие, что очень важно при значительных изменениях концентрации компонентов анализируемого газа, протекающего по трубопроводу.

Предпочтительно регулятор расхода и измеритель расхода выполнены электронными, что обеспечивает возможность сравнения в автоматическом режиме величины расхода потока газа-носителя, формируемого электронным регулятором расхода, на входе хроматографа с величиной расхода газа на выходе хроматографа (детектора), измеренного электронным измерителем расхода, как во время проведения анализа, так и во время ввода пробы. Это позволяет контролировать герметичность магистралей и узлов хроматографа, влияющую на достоверность результатов анализа.

На фиг.1 показана принципиальная схема хроматографа, находящегося в режиме «Анализ»;

на фиг.2 - принципиальная схема хроматографа, находящегося в режиме «Ввод пробы»;

на фиг.3 - то же, но при градуировке прибора.

Как показано на фиг.1, хроматограф содержит корпус 1 с закрепленными на нем штуцером 2 для ввода газа-носителя, штуцером 3 для ввода анализируемого газа, штуцером 4 для подвода градуировочного газа, штуцером 5 для сброса анализируемого газа и штуцером 6 для сброса газа. В корпусе 1 расположено устройство для подготовки и ввода пробы, включающее в себя регулятор 7 расхода газа, измеритель 8 расхода газа, прецизионный регулятор 9 давления, четырехпортовый кран 10 и три пневмосопротивления 11, 12 и 13. Кроме того, в корпусе 1 имеется термостатированный отсек 14, в котором расположены детектор 15, хроматографическая колонка 16 и кран-дозатор 17 с дозирующей петлей 18. Детектор 15 включает в себя сравнительную ячейку 19 по теплопроводности и измерительную ячейку 20. Предпочтительно регулятор 7 расхода газа и измеритель 8 расхода газа выполнены электронными. Прецизионный регулятор 9 давления также может быть выполнен электронным.

Штуцер 2 для ввода газа-носителя соединен с первым входом 22 четырехпортового крана 10 через первое пневмосопротивление 11 и с входом регулятора 7 расхода газа, выход которого соединен с входом сравнительной ячейки 19 детектора 15. Штуцер 3 для ввода анализируемого газа соединен со вторым входом 21 четырехпортового крана 10 и через третье пневмосопротивление 13 со штуцером 5 для сброса анализируемого газа, который, в свою очередь, через второе пневмосопротивление 12 соединен с краном-дозатором 17. Штуцер 4 для подвода градуировочного газа соединен с третьим входом 23 четырехпортового крана 10. Штуцер 6 для сброса газа соединен с выходом измерителя 8 расхода газа, вход которого соединен с выходом измерительной ячейки 20 детектора 15. Выход 24 четырехпортового крана 10 соединен с входом прецизионного регулятора 9 давления, выход которого соединен с краном-дозатором 17. Кран-дозатор 17 соединен также с выходом сравнительной ячейки 19 детектора 15 и с входом хроматографической колонки 16, выход которой соединен с входом измерительной ячейки 20 детектора 15.

Хроматограф работает в двух режимах - в режиме «Анализ», в котором производят продувку, и в режиме «Ввод пробы», в котором производят ввод анализируемой смеси и осуществляют градуировку прибора.

В режиме «Анализ» (фиг.1) кран-дозатор 17 устанавливается в положение, при котором вход хроматографической колонки 1 6 соединен с выходом сравнительной ячейки 19 детектора 15, а дозирующая петля 18 крана-дозатора 17 соединяется одним концом с выходом прецизионного регулятора 9 давления, а другим концом - через второе пневмосопротивление 12 со штуцером 5 сброса анализируемого газа. При этом четырехпортовый кран 10 устанавливается в положение, в котором с его выходом 24 соединен его первый вход 22.

В режиме «Ввод пробы» (фиг.2) кран-дозатор 17 устанавливается в положение, при котором вход хроматографической колонки 16 соединен через дозирующую петлю 18 крана-дозатора 17 с выходом сравнительной ячейки 19 детектора 15, а выход прецизионного регулятора 9 давления - через второе пневмосопротивление 12 со штуцером 5 сброса анализируемого газа. При этом четырехпортовый кран 10 устанавливается в положение, в котором с его выходом 24 соединен его второй вход 21.

При градуировке прибора (фиг.3) кран-дозатор 17 устанавливается в то же положение, что и в режиме «Анализ», а четырехпортовый кран 10 устанавливается в положение, в котором с его выходом 24 соединен его третий вход 23.

Хроматограф работает следующим образом.

Через штуцер 2 в хроматограф подается газ-носитель (гелий). Электронным регулятором расхода 7 формируется поток газа-носителя, величина расхода которого определяется режимом работы хроматографической колонки 16. Из регулятора расхода 7 газ-носитель поступает в сравнительную ячейку 19 детектора 15 по теплопроводности, а затем через кран-дозатор 17 в хроматографическую колонку 16, выход которой соединен с измерительной ячейкой 20 детектора 15. От выхода измерительной ячейки 20 детектора 15 газ-носитель через измеритель расхода 8 поступает на штуцер 6 сброса газа в атмосферу. Величина расхода газа-носителя, формируемого регулятором расхода 7, сравнивается с величиной расхода газа-носителя, проходящего через измеритель расхода 8, их равенство означает наличие герметичности в магистралях и узлах хроматографа и, следовательно, готовность его к работе.

Затем осуществляется нагрев расположенных в термостатированном отсеке 14 крана-дозатора 17, хроматографической колонки 16 и детектора 15 до рабочей температуры, после чего подается питающее напряжение на чувствительные элементы сравнительной 19 и измерительной 20 ячеек детектора 15. В то же время газ-носитель через первое пневмосопротивление 11 поступает на первый вход 22 четырехпортового крана 10. В исходном положении (режим «Анализ») четырехпортового крана 10 его первый вход 22 соединен с его выходом 24, соединенным, в свою очередь, с входом электронного прецизионного регулятора давления 9, выход которого через дозирующую петлю 18 крана-дозатора 17 соединен со вторым пневмосопротивлением 12, выход которого соединен со штуцером 5 сброса анализируемого газа.

На выходе из прецизионного регулятора давления 9 формируется избыточное давление (0,1-0,05 атм), величина которого в сочетании с проходным сечением второго пневмосопротивления 12 определяет величину расхода газа через устройство подготовки и ввода пробы.

В режиме «Анализ» потоком газа-носителя осуществляется продувка системы подготовки и ввода пробы, т.е. из нее удаляются воздух и другие газы, находившиеся в системе перед началом ее работы, удаляются также, при их наличии, остатки проб от проводившихся ранее анализов. После выхода хроматографа на режим и готовности к проведению анализа хроматограф переводится в режим подготовки к вводу пробы, для чего четырехпортовый кран 10 переводится в положение, при котором его второй вход 21 крана, соединенный со штуцером 3, соединяется с его выходом 24, и анализируемый газ начинает поступать в систему подготовки и ввода проб. На выходе прецезионного регулятора давления 9 формируется давление, соответствующее необходимому объему пробы, предназначенной для ввода в хроматографическую колонку 16. Оптимальным давлением в дозирующей петле 18 будет давление, равное давлению перед хроматографической колонкой 16. В этом случае при вводе пробы краном-дозатором 17 будет отсутствовать скачок давления и соответственно реакция детектора 15 на ввод пробы, т.е. будут отсутствовать ложные сигналы и дрейф базовой линии при вводе пробы. Для обеспечения представительности пробы, т.е. соответствия состава анализируемого газа с составом газа, протекающего в настоящий момент времени через контролируемый участок газопровода, анализируемый газ из штуцера 3 постоянно перетекает через третье пневмосопротивление 13 в штуцер 5 сброса анализируемого газа. Таким образом, за счет постоянной продувки магистрали, соединяющей газопровод с хроматографом, обеспечивается представительность пробы газа, вводимой в хроматограф.

После заполнения и продувки устройства подготовки и ввода проб анализируемым газом осуществляется перевод хроматографа в режим «Ввод пробы», для чего кран-дозатор 17 переводится из положения «Отбор», в котором он находился в режиме «Анализ», в положение «Ввод пробы» (фиг.2), соответствующее описанному выше режиму «Ввод пробы». При переводе крана-дозатора 17 в это положение дозирующая петля 18 включается в разрыв между выходом сравнительной ячейки 19 детектора 15 и входом хроматографической колонки 16. Потоком газа-носителя, формируемым регулятором расхода 7, анализируемый газ вытесняется из дозирующей петли 18 в хроматографическую колонку 16, в которой происходит деление анализируемого газа на компоненты и осуществляется их регистрация по мере прохождения через детектор 15. Длительность ввода пробы определяется объемом дозирующей петли 18 и расходом газа-носителя до полного перехода анализируемого газа в хроматографическую колонку 16, после чего кран-дозатор 17 возвращается в положение «Анализ» (фиг.1), и дозирующая петля 18 подключается к выходу электронного прецизионного регулятора давления 9, выходное давление которого снижается до величины, выбранной ранее для режима продувки газом-носителем устройства подготовки и ввода проб.

Аналогично осуществляется градуировка хроматографа (фиг.3), только в этом случае четырехпортовый кран 10 переводится в положение, в котором его выход 24 соединяется с его третьим входом 23, соединенным со штуцером 4 для подвода градуировочного газа.

Сочетание продувки системы подготовки и ввода проб газом-носителем с поддержанием с высокой точностью давления в термостатированной дозирующей петле относительно изменяющегося атмосферного давления позволяет производить дозирование с высокой точностью и повторяемостью, исключая при этом влияние на точность дозирования и результаты анализа колебаний давления в магистралях анализируемого газа и градуировочной смеси, колебаний температуры и атмосферного давления, а также влияния остатков пробы от предыдущих анализов на результаты анализа.

1. Потоковый хроматограф для анализа состава газа, содержащий корпус с установленными на нем штуцерами ввода газа-носителя, анализируемого газа и градуировочной смеси, первым и вторым штуцерами сброса газов, устройство для подготовки и ввода пробы, а также термостатированные хроматографическую колонку, детектор и кран-дозатор с дозирующей петлей, в одном положении соединяющий детектор с хроматографической колонкой непосредственно, а в другом - через дозирующую петлю, отличающийся тем, что устройство подготовки и ввода пробы содержит регулятор расхода газа, установленный на линии ввода газа-носителя на входе в детектор, измеритель расхода газа, установленный между вторым штуцером сброса и выходом детектора, прецизионный регулятор давления, четырехпортовый кран и три пневмосопротивления, при этом первый вход четырехпортового крана соединен со штуцером ввода газа-носителя через первое пневмосопротивление, второй и третий входы соединены со штуцерами ввода анализируемого и градуировочного газов, соответственно, а выход четырехпортового крана соединен с входом прецизионного регулятора давления, выход которого связан с краном-дозатором, в одном положении соединяющим выход прецизионного регулятора давления с дозирующей петлей и через нее со вторым пневмосопротивлением, а в другом положении - непосредственно с вторым пневмосопротивлением, соединенным с первым штуцером сброса, который через третье пневмосопротивление соединен со штуцером ввода анализируемого газа.

2. Потоковый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что регулятор расхода газа и измеритель расхода газа выполнены электронными.

3. Потоковый хроматограф по п.1, отличающийся тем, что прецизионный регулятор давления выполнен электронным.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к промышленным потоковым газовым хроматографам во взрывозащищенном исполнении, предназначенным для определения качественного и количественного состава различных газов, например природного газа.

Изобретение относится к хроматографическому анализу, в частности к конструкциям колонок. .

Изобретение относится к колонкам для разделения жидких веществ и может быть использовано в биотехнологии, фармакологии, пищевой промышленности, при очистке промышленных стоков и питьевой воды.

Изобретение относится к оборудованию для хроматографии. .

Изобретение относится к оборудованию для хроматографии. .

Изобретение относится к поликапиллярным хроматографическим колонкам для скоростной хроматографии. .

Изобретение относится к газовому анализу смесей, позволяющему проводить полное разделение компонентов газожидкостной смеси, состоящей из воздуха, диоксида углерода, насыщенных и ненасыщенных углеводородов, воды, ацетальдегида, акролеина, пропиленоксида, ацетона в условиях программирования температуры.

Изобретение относится к криофокусирующим устройствам для хроматографического анализа, предназначенным для охлаждения части капилляра хроматографической колонки и его быстрого нагрева с целью сорбции (концентрирования) компонентов анализируемой смеси за счет охлаждения на небольшом участке в начале хроматографической колонки и последующей десорбции за счет нагрева этого участка капилляра

Изобретение относится к хроматографическому анализу различных химических соединений и может быть использовано в медицине, биологии, экологии и в особенности при допинговом контроле

В настоящей заявке предложен держатель для хроматографической колонки, который позволяет устанавливать подвижную фритту внутри хроматографической колонки в желаемом положении. Держатель для хроматографической колонки включает по меньшей мере одну плоскость симметрии, одну ось симметрии, по меньшей мере три опоры, по меньшей мере три прямых соединительных элемента. При этом указанные соединительные элементы образуют плоскость, перпендикулярную оси симметрии держателя. При этом указанные соединительные элементы соединены друг с другом на оси симметрии. Причем каждая опора присоединена к соединительному элементу, и при этом каждая опора перпендикулярна плоскости, образуемой соединительными элементами, при этом все опоры расположены на одной стороне плоскости, образуемой соединительными элементами, для стабилизации наполнителя хроматографической колонки. Техническим результатом является обеспечение стабильности и гомогенности наполняющего хроматографического материала изнутри, обеспечение возможности варьировать и подбирать высоту держателя и вместе с этим высоту соответствующего горизонтального сегмента хроматографической колонки в соответствии со свойствами хроматографического материала. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх