Устройство криофокусирования для газовой хроматографии
Владельцы патента RU 2473078:
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Мета-хром" (RU)
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. Устройство криофокусирования состоит из закрепленного внутри термостата газового хроматографа быстродействующего нагревателя, выполненного в виде спирали из платиновой проволоки, внутри которой расположен кварцевый капилляр, по которому движется элюент. Нагреватель является одновременно датчиком температуры и расположен внутри закрепленного в термостате колонок газового хроматографа подвижного относительно нагревателя раструба, в узкой части которого расположена форсунка, связанная через трубопровод с источником хладагента (СО2 или жидкий азот). Раструб имеет на своей поверхности два диаметрально противоположных паза, ширина которых соответствует наружному диаметру нагревателя. Техническим результатом изобретения является создание компактной криоловушки с регулируемой зоной захолаживания, которую можно разместить в термостате колонок хроматографа в непосредственной близости к выходу инжектора или термодесорбера с концентрационной трубкой, заполненной тенаксом, а также обеспечение возможности использования в качестве криоловушки участка капиллярной хроматографической колонки, на которой осуществляется разделение анализируемых веществ. 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к криофокусирующим устройствам для газохроматографического анализа, например, примесей воздуха, сконцентрированных в концентрационной трубке с тенаксом, которые десорбируются из нее при температуре 250÷300°C и вновь концентрируются на коротком участке кварцевого капилляра или непосредственно капиллярной хроматографической колонки, охлаждаемой жидким азотом или другим хладагентом.
Уровень техники
Известно устройство для криофокусирования (Ю.С.Другов, А.А.Родин «Пробоподготовка в экологическом анализе», стр.91, Издательство БИНОМ, Лаборатория знаний, 2009 г.), в которых десорбированные примеси улавливают в стальном капилляре, охлаждаемом хладагентом, а затем капилляр помещают в горячую воду с температурой 90-95°С.
Недостатками данного устройства являются возможность возникновения химических реакций активных анализируемых соединений с материалом капилляра, а также недостаточный диапазон температур, до которых нагревается капилляр, что может привести к неполной десорбции анализируемых веществ из криогенной ловушки. Кроме того, применение горячей воды в качестве нагревателя осложняет возможность размещения криофокусирующего устройства внутри термостатов хроматографов.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство по патенту RU 2137260 C1, H01L 35/28, F25B 21/02, G01N 30/02 «Термоэлектрический холодильник с быстродействующим нагревателем для хроматографа», состоящее из источника хладагента, в качестве которого используется полупроводниковый термоэлектрический холодильник, и нагревателя, выполненного в виде металлической спирали, помещенной внутрь керамической трубки.
Недостатками данного устройства являются невозможность установки данной системы в термостат хроматографа, т.к. полупроводники могут работать до температур максимум 150°C, что делает невозможным анализ компонентов смеси с более высокими температурами кипения, кроме того, керамическая трубка, в которую помещены нагреватель и капилляр, за счет свой массы увеличивает время как охлаждения, так и нагрева капилляра, что соответственно приводит к увеличению времени анализа и времени десорбции из криоловушки, и соответствующему размыванию пробы при вводе в хроматографическую колонку.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является создание компактной криоловушки с регулируемой зоной захолаживания, которую можно разместить в термостате колонок хроматографа в непосредственной близости к выходу инжектора или термодесорбера с концентрационной трубкой, заполненной тенаксом, а также обеспечение возможности использования в качестве криоловушки участка капиллярной хроматографической колонки, на которой осуществляется разделение анализируемых веществ.
Технический результат выражается в исключении размывания пробы при вводе в капиллярную хроматографическую колонку из термодесорбера с концентрационной трубкой.
Описание чертежей
Предлагаемое устройство изображено на Фиг.1, 2.
Осуществление изобретения
Устройство состоит из закрепленного на стенке термостата 1 колонок хроматографа нагревателя 2, который является одновременно датчиком температуры и выполнен в виде спирали из платины, внутри которой расположен кварцевый капилляр 3 или капиллярная колонка, соединенные с выходом инжектора 4, в котором расположена концентрационная трубка 5 термодесорбера. На стенке термостата 1 на подвижном кронштейне 6 закреплен раструб 7 с форсункой 8, расположенной в узкой его части, связанный через трубопровод 9 с источником хладагента, в качестве которого может быть использован жидкий азот, CO2 в баллоне или фреон. Раструб 7 содержит два расположенных диаметрально противоположно паза 10, ширина которых больше, чем диаметр нагревателя 2, что позволяет за счет подвижности кронштейна 6 перемещать раструб 7 как в направлении, перпендикулярном капилляру 3, так и располагать раструб 7 параллельно капилляру 3, регулируя таким образом ширину зоны захолаживания, которое обеспечивается за счет потока хладагента, выходящего из форсунки 8. Длина нагревателя 3 больше, чем зона захолаживания, что необходимо для обогрева и термодесорбции из них участков капилляра 3, охлажденных вне раструба 7 за счет теплопроводности и передачи тепла излучением от раструба 7 к капилляру 3.
Устройство работает следующим образом. На источнике хладагента открывается вентиль, и через трубопровод 9 хладагент поступает в форсунку 8, на выходе которой за счет фазового перехода вещества из жидкого состояния в газообразное происходит захолаживание, глубина которого определяется типом применяемого хладагента и его расходом через форсунку 8. В зависимости от положения раструба 7 захолаживается соответствующий участок капилляра 3. Путем нагрева заполненной тенаксом концентрационной трубки 5 термодесорбера осуществляется термодесорбция сконцентрированных на тенаксе анализируемых компонентов. Перейдя в парообразное состояние, сконцентрированные компоненты потоком газа-носителя переносятся из концентрационной трубки 5 в капилляр 3, в качестве которого может использоваться начальный участок кварцевой капиллярной колонки. В зоне захолаживания, длина которой определяется положением раструба 7, испарившиеся компоненты анализируемой смеси снова переходят в жидкое или твердое состояние, располагаясь при этом в объеме, в сотни раз меньшем, чем они находились в концентрационной трубке 5, т.е. происходит криофокусирование. После периода времени, достаточного для полной термодесорбции анализируемых веществ с тенакса, концентрационная трубка 5 охлаждается или удаляется, и затем подается питающее напряжение на нагреватель 2, т.е. он разогревается сам и разогревает находящийся в нем капилляр 3 со сфокусированными за счет замораживания анализируемыми компонентами. Нагрев спирали нагревателя 2 до температуры, гарантирующей полную термодесорбцию, производится за доли или единицы секунды в зависимости от выбранной температуры. Питание нагревателя 2, который является одновременно и датчиком температуры, осуществляется импульсным напряжением, т.е. нагрев осуществляется импульсом напряжения, а измерение температуры (величины сопротивления нагревателя) производится между импульсами. В качестве материала спирали нагревателя 2 выбрана платина, имеющая большой ТКС (температурный коэффициент сопротивления). Изменение (регулирование) мощности, подаваемой на нагреватель 2, осуществляется за счет изменения длительности нагревающего импульса, частота следования импульсов составляет несколько килогерц. Нагреватель 2 разогревается до температуры, достаточной для полной десорбции анализируемых веществ из захоложенной зоны, и эта температура автоматически поддерживается на нагревателе 2 в течение времени, необходимого для полной десорбции, а затем нагрев отключается. Десорбированные вещества переносятся потоком газа-носителя из зоны криофокусирования в хроматографическую колонку, где осуществляется их разделение.
Нагреватель имеет три режима работы:
- быстрый нагрев до фиксированной температуры;
- ступенчатый подъем температуры с несколькими фиксированными изотермами;
- режим линейного программирования температуры в широком диапазоне скоростей подъема температуры с несколькими фиксированными изотермами.
Возможности регулирования размера зоны захолаживания и режимов термодесорбции (нагрева) позволяют легко адаптировать предлагаемое криофокусирующее устройство к различным аналитическим задачам и повысить качество анализов.
Устройство криофокусирования для газовой хроматографии, состоящее из источника хладагента, связанных с терморегулятором датчика температуры и быстродействующего нагревателя, выполненного в виде спирали из проволоки, внутри которой расположен капилляр, по которому движется элюент, отличающееся тем, что нагреватель, являющийся одновременно датчиком температуры, расположен внутри подвижного относительно нагревателя раструба, в узкой части которого расположена форсунка, связанная через трубопровод с источником хладагента, а раструб имеет на своей поверхности два расположенных диаметрально противоположно паза, ширина которых соответствует наружному диаметру нагревателя.
