Универсальный анализатор парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности (варианты)
Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения химических соединений в различных областях химии, фармации, медицины, контроле окружающей среды и технологических процессах в нефтегазовой, химической и пищевой промышленности и так далее. По варианту 1 универсальный анализатор парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности включает в себя трубку пробника 1 с противопыльным фильтром, ионизационную камеру 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), содержащего сменную безэлектродную ультрафиолетовую (УФ) лампу (3 сигнала),
электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором, насос 4 для прокачки воздуха и корпус для теплоизоляции, защиты от внешнего света и экранировки. При этом трубка пробника 1 с противопыльным фильтром соединена с ионизационной камерой 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), а электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором и насос 4 для прокачки воздуха присоединены к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1).
В ионизационной камере 2 (ИК-1) с противоположной стороны от УФ-лампы установлено сменное окно 5 (дополнительно 5 сигналов), сменная камера 6 (СК), соединенная с ИК-1 2 ФИД-1 по газовому питанию последовательно или параллельно, электрометрический усилитель 7 (ЭМ-2) с микрокомпьютером и индикатором. При этом сменная камера (СК) 6 представляет собой ионизационную камеру 8 (ИК-2) фотоионизационного детектора (ФИД-2) (при параллельном соединении 18 сигналов) или
ионизационную камеру 9 (ИК-3) фотоэмиссионного детектора (ФЭД) (при параллельном соединении 21 сигнал) или сменную камеру 10 (СК-3) (78 сигналов), содержащую фотоэлемент 11, герметично закрепленный в окне пластины напротив УФ-лампы, и, по меньшей мере, одно боковое окно 12 со стеклом. Стекло закреплено герметично и расположено под углом менее 90° к основанию камеры. При этом на стекло через неметаллические прокладки последовательно установлены, по меньшей мере, один сменный светофильтр 13 с фотоумножителем 14 и/или, по меньшей мере, одна дифракционная решетка 15 с настройкой и фотоумножителем 16. При калибровке анализатора по веществам по характерным сигналам возможна идентификация и определение концентрации. Техническим результатом является расширение номенклатуры определяемых веществ, увеличение диапазона определяемых концентраций, повышение точности градуировки, увеличение точности проведения анализа. 5 н.п. ф-лы, 1 табл., 15 ил.
Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения химических соединений в различных областях химии, фармации, медицины, при контроле окружающей среды и технологических процессах в нефтегазовой, химической и пищевой промышленности и так далее.
Известен универсальный газоанализатор (SU, авторское свидетельство №636545, опубликовано 05.12.1978 г., МПК G01R 17/10, G05D 23/24, G01N 27/18), содержащий источник питания, измерительный мост с двумя постоянными резисторами и двумя чувствительными элементами, один из которых омывается рабочим, а другой - сравнительным газом, и вторичный прибор. Газоанализатор снабжен дополнительными постоянным резистором и чувствительным элементом с добавочным сопротивлением, образующими с одной из ветвей измерительного моста другой мост, измерительная диагональ которого подключена к входу источника питания, представляющего собой источник с автоматически регулируемым выходным напряжением.
Основными недостатками данного устройства являются небольшая чувствительность и низкая точность вследствие влияния неопределяемых компонентов в смеси. При существенных колебаниях неопределяемых компонентов измерения становятся невозможными.
Также известен анализатор (течеискатель) [1], состоящий из трубки пробника с фильтром, фотоионизационного детектора (ФИД) со сменными электродными ультрафиолетовыми (УФ) лампами (аргоновая лампа со средней энергией излучения 11,7 эВ (в дальнейшем УФ-лампа 11,7 эВ или аргоновая 11,7 эВ или Ар-11,7 эВ) или криптоновая лампа со средней энергией излучения 10,2 эВ (в дальнейшем УФ-лампа 10,2 эВ или криптоновая 10,2 эВ или Кр - 10,2 эВ) или ксеноновая лампа со средней энергией излучения 9,5 эВ (в дальнейшем УФ-лампа 9,5 эВ или ксеноновая 9,5 эВ или Кс - 9,5 эВ)), ионизационной камеры (ИК) с чувствительностью A=0,3 Кл/г по бензолу с УФ-лампой 10,2 эВ, насоса для прокачки воздуха и электрометрического усилителя с микрокомпьютером и индикатором.
Градуировка данного анализатора в диапазоне до 2000 ppm и линейным диапазоном в бинарных смесях от 0,1 ppm до 500 ppm по толуолу и калибровкой по концентрации 100 ppm с относительной погрешностью Оп=4,5%.
Анализатор измеряет сумму определяемых веществ.
Основными недостатками данного устройства являются:
1. Чувствительность по веществам в зависимости от потенциала ионизации изменяется от максимальной до нулевой:
- для УФ-лампы 11,7 эВ от 10,76 эВ до 11,85 эВ;
- для УФ-лампы 10,2 эВ от 9,3 эВ до 10,4 эВ;
- для УФ-лампы 9,5 эВ от 8,47 эВ до 9,7 эВ.
Таким образом, смена типа УФ-ламп изменяет селективность и чувствительность анализатора и позволяет определить типы веществ.
2. При работе с данным анализатором возможно получить только три сигнала, поэтому определить конкретные вещества не представляется возможным.
3. При двух определяемых веществах погрешность деления на типы веществ зависит от веществ и концентраций, при этом концентрацию веществ по отдельности определить невозможно.
4. Точность деления на типы веществ низка вследствие влияния определяемых компонентов в смеси, а при существенных колебаниях определяемых компонентов измерения становятся невозможными.
5. Применение ФИД с аргоновой УФ-лампой 11,7 эВ ограничено, так как срок ее службы составляет всего 300 часов. Данная лампа производится фирмой HNU, в России не выпускается.
В качестве прототипа выбран анализатор (пробник) [2]. Сущность прототипа поясняется блок-схемой (Фиг.1). Данный анализатор включает в себя трубку пробника 1, содержащую на выходе противопыльный фильтр из нержавеющей стали с порами 15 мкм, ионизационную камеру 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1) с безэлектродной УФ-лампой, а именно криптоновой, электрометрический усилитель 3 с микрокомпьютером и индикатором и насос 4 для прокачки воздуха. УФ-лампа 10,2 эВ определяет вещества с потенциалом ионизации до 10,6 эВ, чувствительность по бензолу A=0,44 Кл/г. Трубка пробника 1 с противопыльным фильтром соединена с ионизационной камерой 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), а электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором и насос 4 для прокачки воздуха присоединены к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1).
Градуировка данного анализатора в диапазоне от 0,1 до 2000 ppm. Анализатор измеряет сумму определяемых веществ.
Основными недостатками данного устройства являются:
1) при двух определяемых веществах относительная погрешность неизвестна и концентрацию вещества определить невозможно;
2) разбить вещества на типы не представляется возможным, так как чувствительность к веществам и концентрация могут меняться на несколько порядков вследствие получения только одного сигнала.
Газоанализаторы активно применяются для определения концентраций исследуемого вещества, что обусловлено относительно низкой стоимостью прибора, простотой обслуживания и использования прибора, экспрессностью анализа и низкими эксплуатационными расходами. Однако основными недостатками традиционных газоанализаторов при определении концентрации исследуемого вещества, по мнению большинства исследователей, являются:
1) узкая номенклатура определяемых веществ;
2) малый диапазон определяемых концентраций;
3) низкая точность градуировки, трудоемкость и большая стоимость градуировки по всем веществам;
4) уменьшение точности определения концентрации вещества при трех и более веществах в пробе и невозможность определения концентрации вещества при значимых концентрациях мешающих веществ;
5) широкая номенклатура используемых приборов.
Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства универсального анализатора, который устраняет указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в следующем:
1) расширение номенклатуры определяемых веществ;
2) увеличение диапазона определяемых концентраций;
3) повышение точности градуировки;
4) увеличение точности проведения анализа и определения концентрации вещества при трех и более веществ в пробе;
5) возможность определения концентрации вещества при значимых концентрациях мешающих веществ.
Устройство предложенного универсального анализатора парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности поясняется чертежами:
Фиг.2 - блок-схема заявленного универсального анализатора, выполненного по вариантам 1 и 2.
Фиг.3 - эскиз сменной камеры 10 СК-3.
Фиг.4 - эскиз сменной камеры 17 СК-4.
Фиг.5 - блок-схема заявленного универсального анализатора, выполненного по варианту 3.
Фиг.6 - эскиз крана-дозатора, общий вид.
Фиг.7 - эскиз крана-дозатора, разрез А-А.
Фиг.8 - эскиз крана-дозатора, разрез В-В.
Фиг.9 - эскиз ячейки ДПГ-С.
Фиг.10 - эскиз дифференциального датчика давления ДПГ-С.
Фиг.11 - эскиз сильфона ДПГ-С.
Фиг.12 - блок-схема заявленного универсального анализатора, выполненного по варианту 4.
Фиг.13 - блок-схема заявленного универсального анализатора, выполненного по варианту 5.
Фиг.14 - эскиз ФИД-1 с ионизационной камерой ИК-1 и сменной ионизационной камерой ИК-2.
Фиг.15 - эскиз сменной ионизационной камеры ИК-3.
В заявленном изобретении в качестве используемых элементов применены устройства, а именно кран-дозатор (КрД-А) 22 и детектор плотности газов (ДПГ-С) 25, известные из материалов заявки: RU, заявка №2011130025, решение о выдаче патента 30.07.2012 г., опубликовано 27.01.2013 г., МПК G01N 30/02.
Кран-дозатор 22 (Фиг.6, 7, 8) включает в себя корпус 26 с каналами 27 в основании, поворотную втулку 28 с каналами 29, ось 30, пружину 31, сменную дозу 32, трубку ввода газа-носителя 33 и трубку сброса анализируемого газа 34, а также термостатируемое основание 35. При этом термостатируемое основание 35 содержит два гнезда 36 для фторопластовых ампул 23, соединенных между собой каналом 37, а также каналом 38, соединенным трубкой 39 с каналом 27 корпуса 26, при этом канал 40 корпуса 26 соединен трубкой 41 с каналом 42 термостатируемого основания 35 с припаянным штуцером 43 для присоединения аналитической колонки, а в поворотной втулке 28 каналы 44 соединены каналом 45, при этом отверстия в термостатируемом основании 35 и отверстия в основании крана-дозатора соответственно соединены герметично трубками 41 и 39 с резиновыми кольцами 46 и 47.
Детектор плотности газов 25 (Фиг.9, 10, 11) содержит рабочую камеру 48 с входной 49 и выходной 50 диафрагмами, дифференциальный датчик давления 51 и сравнительную камеру, при этом сравнительная камера образована из сравнительной полости 52 дифференциального датчика давления 51 и сильфона 53 ДПГ-С с винтом 54 для компенсации давления рабочей камеры 48, при этом втулка 55 с припаянной трубкой 56 для выхода газа-носителя и выходной диафрагмой 50 с отверстием выполнена сменной.
Указанный технический результат достигается в универсальном анализаторе парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности (первый вариант) (Фиг.2), включающем в себя
трубку пробника 1 с противопыльным фильтром,
ионизационную камеру 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), содержащего сменную безэлектродную ультрафиолетовую (УФ) лампу, преимущественно криптоновую (Кр) или ксеноновую (Кс) или ртутную (Рт),
электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором, насос 4 для прокачки воздуха и
корпус для теплоизоляции, защиты от внешнего света и экранировки (на чертежах не показан).
При этом трубка пробника 1 с противопыльным фильтром соединена с ионизационной камерой 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), а электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором и насос 4 для прокачки воздуха присоединены к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1). В этой части исполнения универсальный анализатор представляет собой известное устройство.
В ионизационной камере 2 (ИК-1) с противоположной стороны от УФ-лампы установлено
сменное окно 5, изготовленное преимущественно из MgF, или CaF, или BaF, или сапфира,
сменная камера 6 (СК), соединенная с ИК-1 2 ФИД-1 по газовому питанию последовательно или параллельно,
электрометрический усилитель 7 (ЭМ-2) с микрокомпьютером и индикатором,
при этом сменная камера (СК) 6 представляет собой
ионизационную камеру 8 (ИК-2) фотоионизационного детектора (ФИД-2), или
ионизационную камеру 9 (ИК-3) фотоэмиссионного детектора (ФЭД), или
сменную камеру 10 (СК-3) (Фиг.3), содержащую фотоэлемент 11, герметично закрепленный в окне пластины напротив УФ-лампы, и, по меньшей мере, одно боковое окно 12 со стеклом, выполненным преимущественно из сапфира или кварца, стекло закреплено герметично и расположено под углом менее 90° к основанию камеры,
при этом на стекло через неметаллические прокладки последовательно установлены,
по меньшей мере, один сменный светофильтр 13 с фотоумножителем 14 и/или,
по меньшей мере, одна дифракционная решетка 15 с настройкой и фотоумножителем 16.
Указанный технический результат достигается в универсальном анализаторе парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности (второй вариант) (Фиг.2), включающем в себя
трубку пробника 1 с противопыльным фильтром,
ионизационную камеру 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), содержащего сменную безэлектродную ультрафиолетовую (УФ) лампу, преимущественно криптоновую (Кр) или ксеноновую (Кс) или ртутную (Рт),
электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором,
насос 4 для прокачки воздуха и
корпус для теплоизоляции, защиты от внешнего света и экранировки (на чертежах не показан).
При этом трубка пробника 1 с противопыльным фильтром соединена с ионизационной камерой 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), а электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором и насос 4 для прокачки воздуха присоединены к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1). В этой части исполнения универсальный анализатор представляет собой известное устройство.
В ионизационной камере 2 (ИК-1) с противоположной стороны от УФ-лампы установлено
сменное окно 5, изготовленное преимущественно из MgF, или CaF, или BaF, или сапфира,
сменная камера 6 (СК), соединенная с ИК-1 2 ФИД-1 по газовому питанию последовательно или параллельно,
электрометрический усилитель 7 (ЭМ-2) с микрокомпьютером и индикатором,
при этом сменная камера (СК) 6 представляет собой
сменную камеру (СК-4) 17 (Фиг.4), содержащую, по меньшей мере, одно боковое окно 12 со стеклом, выполненным преимущественно из сапфира или кварца, стекло закреплено герметично и расположено под углом менее 90° к основанию камеры, при этом на стекло через неметаллические прокладки последовательно установлены, по меньшей мере, один сменный светофильтр 13 с фотоумножителем 14 и/или,
по меньшей мере, одна дифракционная решетка 15 с настройкой и фотоумножителем 16,
при этом напротив УФ-лампы размещена пластина 18 для тонкослойной хроматографии или пластина 19 для анализа жидких и/или твердых образцов или кювета 20 для анализа жидких и/или твердых образцов.
Указанный технический результат достигается в универсальном анализаторе парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности (третий вариант) (Фиг.5), включающем в себя
ионизационную камеру 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), содержащего сменную безэлектродную ультрафиолетовую (УФ) лампу, преимущественно криптоновую (Кр) или ксеноновую (Кс) или ртутную (Рт),
электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором,
насос 4 для прокачки воздуха и
корпус для теплоизоляции, защиты от внешнего света и экранировки (на чертежах не показан).
При этом к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1) присоединены электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором и насос 4 для прокачки воздуха. В этой части исполнения универсальный анализатор представляет собой известное устройство.
В ионизационной камере 2 (ИК-1) с противоположной стороны от УФ-лампы установлено
сменное окно 5, изготовленное преимущественно из MgF, или CaF, или BaF, или сапфира,
сменная камера 6 (СК), соединенная с ИК-1 2 ФИД-1 по газовому питанию последовательно или параллельно,
электрометрический усилитель 7 (ЭМ-2) с микрокомпьютером и индикатором,
при этом сменная камера (СК) 6 представляет собой
ионизационную камеру 8 (ИК-2) фотоионизационного детектора (ФИД-2), или
ионизационную камеру 9 (ИК-3) фотоэмиссионного детектора (ФЭД), или
сменную камеру 10 (СК-3) (Фиг.3), содержащую фотоэлемент 11, герметично закрепленный в окне пластины напротив УФ-лампы, и, по меньшей мере, одно боковое окно 12 со стеклом, выполненным преимущественно из сапфира или кварца, стекло закреплено герметично и расположено под углом менее 90° к основанию камеры,
при этом на стекло через неметаллические прокладки последовательно установлены, по меньшей мере, один сменный светофильтр 13 с фотоумножителем 14 и/или,
по меньшей мере, одна дифракционная решетка 15 с настройкой и фотоумножителем 16.
К ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1) подсоединено устройство, включающее в себя
фильтр 21 с сорбентом для очистки воздуха или устройство (на чертежах не показано) с фторопластовой пленкой или мембраной, проницаемой для воздуха, которая установлена между пластинами со спиральными пазами с доступом воздуха с одной стороны и отводом чистого воздуха с другой стороны,
кран-дозатор 22 (КрД-А) с фторопластовыми ампулами 23, или кран-переключатель (на чертежах не показан), или точку ввода пробы (на чертежах не показана), или испаритель (Ис-М) (на чертежах не показан), или точку ввода пробы с элементом нагревания (на чертежах не показана),
сменную колонку 24, преимущественно капиллярную или поликапиллярную, или капилляр или пневмосопротивление,
детектор плотности газов 25.
При этом кран-дозатор (КрД-А) 22 выполнен с возможностью присоединения к линии анализируемого газа насоса 4 для прокачки воздуха и/или трубки пробника 1 с противопыльным фильтром,
кран-переключатель (на чертежах не показан) выполнен с возможностью присоединения к линии анализируемого газа насоса 4 для прокачки воздуха и/или трубки пробника 1 с противопыльным фильтром.
Кран-дозатор 22 (Фиг.6, 7, 8) включает в себя корпус 26 с каналами 27 в основании, поворотную втулку 28 с каналами 29, ось 30, пружину 31, сменную дозу 32, трубку ввода газа-носителя 33 и трубку сброса анализируемого газа 34, а также термостатируемое основание 35, при этом термостатируемое основание 35 содержит два гнезда 36 для фторопластовых ампул 23, соединенных между собой каналом 37, а также каналом 38, соединенным трубкой 39 с каналом 27 корпуса 26, при этом канал 40 корпуса 26 соединен трубкой 41 с каналом 42 термостатируемого основания 35 с припаянным штуцером 43 для присоединения аналитической колонки, а в поворотной втулке 28 каналы 44 соединены каналом 45, при этом отверстия в термостатируемом основании 35 и отверстия в основании крана-дозатора соответственно соединены герметично трубками 41 и 39 с резиновыми кольцами 46 и 47.
Детектор плотности газов 25 (Фиг.9, 10, 11) содержит рабочую камеру 48 с входной 49 и выходной 50 диафрагмами, дифференциальный датчик давления 51 и сравнительную камеру, при этом сравнительная камера образована из сравнительной полости 52 дифференциального датчика давления 51 и сильфона 53 ДПГ-С с винтом 54 для компенсации давления рабочей камеры 48, при этом втулка 55 с припаянной трубкой 56 для выхода газа-носителя и выходной диафрагмой 50 с отверстием выполнена сменной.
Указанный технический результат достигается в универсальном анализаторе парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности (четвертый вариант) (Фиг.12), включающем в себя
ионизационную камеру 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), содержащую сменную безэлектродную ультрафиолетовую (УФ) лампу, преимущественно криптоновую (Кр), или ксеноновую (Кс), или ртутную (Рт),
электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором, насос 4 для прокачки воздуха,
корпус для теплоизоляции, защиты от внешнего света и экранировки (на чертежах не показан).
При этом к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1) присоединен электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором. В этой части исполнения универсальный анализатор представляет собой известное устройство.
В ионизационной камере 2 (ИК-1) с противоположной стороны от УФ-лампы установлено
сменное окно 5, изготовленное преимущественно из MgF, или CaF, или BaF, или сапфира,
сменная камера 6 (СК), соединенная с ИК-1 2 ФИД-1 по газовому питанию последовательно или параллельно,
электрометрический усилитель 7 (ЭМ-2) с микрокомпьютером и индикатором,
при этом сменная камера (СК) 6 представляет собой
ионизационную камеру 8 (ИК-2) фотоионизационного детектора (ФИД-2) или
ионизационную камеру 9 (ИК-3) фотоэмиссионного детектора (ФЭД) или
сменную камеру 10 (СК-3) (Фиг.3), содержащую фотоэлемент 11, герметично закрепленный в окне пластины напротив УФ-лампы, и, по меньшей мере, одно боковое окно 12 со стеклом, выполненным преимущественно из сапфира или кварца, стекло закреплено герметично и расположено под углом менее 90° к основанию камеры,
при этом на стекло через неметаллические прокладки последовательно установлены, по меньшей мере, один сменный светофильтр 13 с фотоумножителем 14 и/или,
по меньшей мере, одна сменная дифракционная решетка 15 с настройкой и фотоумножителем 16,
к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1) подсоединено устройство, включающее в себя
насос 4,
фильтр 21 с сорбентом для очистки воздуха или устройство (на чертежах не показано) с фторопластовой пленкой или мембраной, проницаемой для воздуха, которая установлена между пластинами со спиральными пазами с доступом воздуха с одной стороны и отводом чистого воздуха с другой стороны,
кран-дозатор 22 (КрД-А) с фторопластовыми ампулами 23, или кран-переключатель (на чертежах не показан), или точку ввода пробы (на чертежах не показана), или
испаритель (Ис-М) (на чертежах не показан), или точку ввода пробы с элементом нагревания (на чертежах не показана),
сменную колонку 24, преимущественно капиллярную или поликапиллярную, или капилляр или пневмосопротивление,
детектор плотности газов 25.
При этом кран-дозатор (КрД-А) 22 выполнен с возможностью присоединения к линии анализируемого газа насоса 4 для прокачки воздуха и/или трубки пробника 1 с противопыльным фильтром,
кран-переключатель (на чертежах не показан) выполнен с возможностью присоединения к линии анализируемого газа насоса 4 для прокачки воздуха и/или трубки пробника 1 с противопыльным фильтром.
Кран-дозатор 22 (Фиг.6, 7, 8) включает в себя корпус 26 с каналами 27 в основании, поворотную втулку 28 с каналами 29, ось 30, пружину 31, сменную дозу 32, трубку ввода газа-носителя 33 и трубку сброса анализируемого газа 34, а также термостатируемое основание 35, при этом термостатируемое основание 35 содержит два гнезда 36 для фторопластовых ампул 23, соединенных между собой каналом 37, а также каналом 38, соединенным трубкой 39 с каналом 27 корпуса 26, при этом канал 40 корпуса 26 соединен трубкой 41 с каналом 42 термостатируемого основания 35 с припаянным штуцером 43 для присоединения аналитической колонки, а в поворотной втулке 28 каналы 44 соединены каналом 45, при этом отверстия в термостатируемом основании 35 и отверстия в основании крана-дозатора соответственно соединены герметично трубками 41 и 39 с резиновыми кольцами 46 и 47.
Детектор плотности газов 25 (Фиг.9, 10, 11) содержит рабочую камеру 48 с входной 49 и выходной 50 диафрагмами, дифференциальный датчик давления 51 и сравнительную камеру, при этом сравнительная камера образована из сравнительной полости 52 дифференциального датчика давления 51 и сильфона 53 ДПГ-С с винтом 54 для компенсации давления рабочей камеры 48, при этом втулка 55 с припаянной трубкой 56 для выхода газа-носителя и выходной диафрагмой 50 с отверстием выполнена сменной.
Указанный технический результат достигается в универсальном анализаторе парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности (пятый вариант) (Фиг.13), включающем в себя ионизационную камеру 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), содержащего сменную безэлектродную ультрафиолетовую (УФ) лампу, преимущественно криптоновую (Кр) или ксеноновую (Кс) или ртутную (Рт),
электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором,
корпус для теплоизоляции, защиты от внешнего света и экранировки (на чертежах не показан).
При этом к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1) присоединен электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором. В этой части исполнения универсальный анализатор представляет собой известное устройство.
В ионизационной камере 2 (ИК-1) с противоположной стороны от УФ-лампы установлено
сменное окно 5, изготовленное преимущественно из MgF, или CaF, или BaF, или сапфира,
сменная камера 6 (СК), соединенная с ИК-1 2 ФИД-1 по газовому питанию последовательно или параллельно,
электрометрический усилитель 7 (ЭМ-2) с микрокомпьютером и индикатором,
при этом сменная камера (СК) 6 представляет собой
ионизационную камеру 8 (ИК-2) фотоионизационного детектора (ФИД-2), или
ионизационную камеру 9 (ИК-3) фотоэмиссионного детектора (ФЭД), или
сменную камеру 10 (СК-3) (Фиг.3), содержащую фотоэлемент 11, герметично закрепленный в окне пластины напротив УФ-лампы, и, по меньшей мере, одно боковое окно 12 со стеклом, выполненным преимущественно из сапфира или кварца, стекло закреплено герметично и расположено под углом менее 90° к основанию камеры,
при этом на стекло через неметаллические прокладки последовательно установлены,
по меньшей мере, один сменный светофильтр 13 с фотоумножителем 14 и/или,
по меньшей мере, одна сменная дифракционная решетка 15 с настройкой и фотоумножителем 16,
к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1) подсоединено устройство, включающее в себя
баллон 57 с газом-носителем,
регуляторы расхода 58 и 59,
кран-дозатор 22 (КрД-А) с фторопластовыми ампулами 23 для градуировки, или кран-переключатель (на чертежах не показан), или точку ввода пробы (на чертежах не показана), или испаритель (Ис-М) (на чертежах не показан) для калибровки, или точку ввода пробы с элементом нагревания (на чертежах не показана),
сменную колонку 60,
и детектор плотности газов 25.
При этом кран-дозатор (КрД-А) 22 выполнен с возможностью присоединения к линии анализируемого газа насоса 4 для прокачки воздуха и/или трубки пробника 1 с противопыльным фильтром,
кран-переключатель (на чертежах не показан) выполнен с возможностью присоединения к линии анализируемого газа насоса 4 для прокачки воздуха и/или трубки пробника 1 с противопыльным фильтром.
Сменная колонка 60 представляет собой, преимущественно,
базовую набивную колонку НК-1×0,3 мм - С-80 фр. 0,18÷0,25 для градуировки, или
типовую набивную колонку для калибровки, или
типовую капиллярную колонку для калибровки, или
поликапиллярную колонку для отделения основного вещества от примесей, или
короткую колонку для отделения основного вещества от примесей, или
отрезок какой-либо из вышеперечисленных колонок, или
трубку, или капилляр, или пневмосопротивление.
Кран-дозатор 22 (Фиг.6, 7, 8) включает в себя корпус 26 с каналами 27 в основании, поворотную втулку 28 с каналами 29, ось 30, пружину 31, сменную дозу 32, трубку ввода газа-носителя 33 и трубку сброса анализируемого газа 34, а также термостатируемое основание 35, при этом термостатируемое основание 35 содержит два гнезда 36 для фторопластовых ампул 23, соединенных между собой каналом 37, а также каналом 38, соединенным трубкой 39 с каналом 27 корпуса 26, при этом канал 40 корпуса 26 соединен трубкой 41 с каналом 42 термостатируемого основания 35 с припаянным штуцером 43 для присоединения аналитической колонки, а в поворотной втулке 28 каналы 44 соединены каналом 45, при этом отверстия в термостатируемом основании 35 и отверстия в основании крана-дозатора соответственно соединены герметично трубками 41 и 39 с резиновыми кольцами 46 и 47. Детектор плотности газов 25 (Фиг.9, 10, 11) содержит рабочую камеру 48 с входной 49 и выходной 50 диафрагмами, дифференциальный датчик давления 51 и сравнительную камеру, при этом сравнительная камера образована из сравнительной полости 52 дифференциального датчика давления 51 и сильфона 53 ДПГ-С с винтом 54 для компенсации давления рабочей камеры 48, при этом втулка 55 с припаянной трубкой 56 для выхода газа-носителя и выходной диафрагмой 50 с отверстием выполнена сменной.
Количество сигналов универсального анализатора парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности в зависимости от используемых устройств и элементов составляет:
1. При применении ФИД-1 со сменными безэлектродными УФ-лампами, например, криптоновой (Кр) или ксеноновой (Кс) или ртутной (Рт) получают (3+x) сигналов,
где 3 - количество существующих типов ламп;
x - количество вновь введенных типов ламп.
Необходимо ввести водородную, азотную и другие УФ-лампы.
2. При использовании различных сменных окон получают:
- Окно из MgF от криптоновой УФ-лампы незначительно уменьшит линию 116,6 нм (10,64 эВ) и пропустит линию 123,6 нм (10,03 эВ), т.е. фактически УФ-лампу 10,2 эВ.
- Окно из MgF с напылением из CaF от криптоновой УФ-лампы задержит линию 116,6 нм (10,64 эВ) и пропустит линию 123,6 нм (10,03 эВ), т.е. фактически создаст УФ-лампу 10,0 эВ.
- Окно из CaF от ксеноновой УФ-лампы задержит линии 114,0 нм (10,88 эВ), 117,2 нм (10,53 эВ) и 119,3 нм (10,40 эВ), что изменит селективность.
- Окно из MgF с напылением из NaF или BaF от ксеноновой УФ-лампы уменьшит излучение линий 125,0 нм (9,92 эВ) и 129,6 нм (9,57 эВ) и пропустит линию 147,0 нм (8,3 эВ), что изменит селективность.
- Окно из сапфира от ксеноновой УФ-лампы пропустит линию 147,0 нм (8,3 эВ), т.е. фактически создаст УФ-лампу 8,3 эВ.
Аналогично с другими УФ-лампами при наличии более двух линий излучения. Дополнительно получают (5+y) сигналов,
где 5 - количество существующих типов окон;
y - количество вновь введенных типов окон.
3. При применении сменных камер 6 (СК), соединенных с ИК-1 2 ФИД-1 по газовому питанию последовательно или параллельно, получают:
3.1. Количество полученных сигналов от ИК-1 и ИК-2:
- при последовательном соединении с учетом размывания в ИК-1 и сдвига сигналов ИК-2 по времени с одной пробы получают 2 сигнала, при этом общее количество сигналов составляет: (3+x)+(3+x)(5+y)=18+6x+3y+xy;
- при параллельном соединении при дозировании в ИК-1 или в ИК-2 с двух проб получают 2 сигнала, при этом общее количество сигналов составляет: (3+x)+(3+x)(5+y)=18+6x+3y+xy.
3.2. Количество полученных сигналов от ИК-1 и ИК-3 фотоэмиссионного детектора (ФЭД):
- при последовательном соединении с учетом размывания в ИК-1 и сдвига сигналов ИК-2 по времени: с одной пробы получают 2 сигнала, при этом общее количество сигналов составляет: (3+x)+(3+x)(5+y)=18+6x+3y+xy;
- при параллельном соединении с учетом УФ-поглощения в ИК-1 при дозировании в ИК-1 с одной пробы (концентрации) и одного геометрического объема одновременно получают сигнал ФИД-1 и сигнал детектора ультрафиолетового поглощения (ДУФП), а при дозировании в ИК-3 сигнал ФЭД, при этом общее количество сигналов, полученных с детекторов ФИД-1, ДУФП и ФЭД, составляет: (3+x)*2+(3+x)(5+y)=21+7x+3y+xy.
3.3. Количество сигналов от ИК-1 и СК-3 при параллельном соединении с учетом УФ-поглощения в ИК-1 при дозировании в ИК-1 с одной пробы (концентрации) и одного геометрического объема: одновременно получают сигнал ФИД-1, сигнал детектора ультрафиолетового поглощения (ДУФП с фотоэлементом УФ-диапазона) и сигналы селективных детекторов, которые включают в себя светофильтры с фотоумножителями, определяющими, например, S, P, Cl и другие элементы, содержащие вещества, и/или дифракционные решетки с перестройкой по длинам волн с фотоумножителями, определяющими, например, S, P, Cl и другие элементосодержащие вещества, при этом общее количество сигналов составляет: (3+x)+(3+x)(5+y)(5+z)=78+26x+15y+5xy+15z+5xz+3yz+xyz,
где z - количество вновь введенных светофильтров.
Количество сигналов от дифракционной решетки определяется ее разрешением. Дифракционная решетка настраивается на любой химический элемент, при этом количество сигналов зависит от применяемой дифракционной решетки.
3.4. Количество сигналов от ИК-1 и СК-4 при параллельном соединении с учетом УФ-поглощения в ИК-1 при дозировании в ИК-1 с одной пробы (концентрации) и одного геометрического объема одновременно получают сигнал ФИД-1 и сигналы селективных детекторов, которые включают в себя светофильтры с фотоумножителями, определяющими, например, S, P, Cl и другие элементосодержащие вещества, и/или дифракционные решетки с перестройкой по длинам волн с фотоумножителями, определяющими, например, S, P, Cl и другие элементосодержащие вещества, при этом общее количество сигналов составляет:
(3+x)+(3+x)(5+y)(4+z)=63+21x+12y+4xy+15z+5xz+3yz+xyz,
где z - количество вновь введенных светофильтров.
Количество сигналов от дифракционной решетки определяется ее разрешением. Дифракционная решетка настраивается на любой химический элемент, при этом количество сигналов зависит от применяемой дифракционной решетки.
Описание и возможности детекторов и сменных камер:
1. Ионизационная камера ФИД (Фиг.14) содержит плоскопараллельные поляризующий и сигнальный электроды с отверстиями по центру. Электроды изготовлены из нержавеющей стали и расположены между фторопластовыми дисками 61, которые содержат центральные отверстия с выступами, прикрывающими электроды от УФ-излучения лампы. Нижний фторопластовый диск 62 в верхней части содержит углубление, а в нижней части расположены вертикальное отверстие для ввода газа-носителя, вертикальное отверстие для вывода газа-носителя и боковой канал, проходящий от центра диска до вертикального отверстия, служащего для ввода газа-носителя.
- Применение ФИД (Фиг.14) с криптоновой УФ-лампой 10,2 эВ. Данный детектор определяет вещества с потенциалом ионизации до 13,0 эВ. Является практически универсальным детектором, не определяет 2÷3 десятка веществ.
- Применение ФИД с ксеноновой УФ-лампой 9,5 эВ. Данный детектор определяет вещества с потенциалом ионизации до 11,5 эВ.
- Применение ФИД с ртутной УФ-лампой 4,9 эВ. Данный детектор определяет вещества с потенциалом ионизации до 7,0 эВ. Определяет 2-3 десятка веществ.
2. Ионизационная камера (ИК-3) 9 (Фиг.15) фотоэмиссионного детектора (ФЭД) [3] содержит плоскопараллельные поляризующий и сигнальный электроды, выполненные с отверстиями по центру. Электроды изготовлены из нержавеющей стали и расположены между фторопластовыми дисками 61, которые содержат центральные отверстия с выступами, прикрывающими электроды от УФ-излучения лампы. ИК-3 также содержит катод, выполненный из металла (например, из бериллиевой бронзы) с покрытием из металла (например, из пленки золота или платины). Катод с отверстиями для входа и выхода газа-носителя расположен на нижнем фторопластовом диске 63, который в нижней части содержит вертикальное отверстие для ввода газа-носителя, вертикальное отверстие для вывода газа-носителя и боковой канал, проходящий от центра диска до вертикального отверстия, служащего для ввода газа-носителя.
- Применение ФЭД с криптоновой УФ-лампой 10,2 эВ. Является универсальным детектором, так как определяет все вещества.
При дозировании в ИК-3 получают сигнал ФЭД, а при дозировании в ИК-1 получают сигнал ФИД-1 и сигнал ДУФП.
- Применение ДУФП с криптоновой УФ-лампой 10,2 эВ. Данный детектор является универсальным, так как определяет все вещества.
3. СК-3 - камера (Фиг.3), продуваемая прозрачным для применяемой УФ-лампы газом, например, чистым воздухом, или азотом, или водородом, или гелием. В данной камере герметично закреплен в окне пластины напротив УФ-лампы фотоэлемент, выполненный, например, из CuY. Камера содержит, по меньшей мере, одно боковое окно со стеклом, выполненным преимущественно из сапфира или кварца. Стекло закреплено герметично и расположено под углом менее 90° к основанию камеры. На стекло через неметаллические прокладки последовательно установлены, по меньшей мере, один сменный светофильтр с фотоумножителем и/или, по меньшей мере, одна дифракционная решетка с настройкой и фотоумножителем.
- Применение ДУФП с криптоновой УФ-лампой 10,2 эВ. Фотоэлемент выполнен из CuY (марки Ф-26). Данный детектор является универсальным, так как определяет все вещества.
- Применение ДУФП с электродной УФ-лампой и фотоэлемент [4]. Данные по пределу обнаружения (S) УФ-лампы 10,2 эВ составляют: S пропан = 1 нг, S нафталин = 0,05 нг, S азот = 2060 нг, S кислород = 14 нг, S вода = 1 нг, S диоксид серы = 0,7 нг.
4. СК-4 (Фиг.4) - камера, продуваемая прозрачным для применяемой УФ-лампы газом, например, чистым воздухом или азотом или гелием. Камера содержит, по меньшей мере, одно боковое окно со стеклом, выполненным, преимущественно, из сапфира или кварца. Стекло закреплено герметично и расположено под углом менее 90° к основанию камеры. На стекло через неметаллические прокладки последовательно установлены, по меньшей мере, один сменный светофильтр с фотоумножителем и/или, по меньшей мере, одна дифракционная решетка с настройкой и фотоумножителем. В данной камере герметично закреплена в окне пластины напротив УФ-лампы пластина для тонкослойной хроматографии или сменная пластина для анализа жидких и/или твердых образцов и проб или сменная кювета для анализа жидких и/или твердых образцов и проб.
Возможно производить анализ жидких образцов, в том числе с убранным растворителем (осушка, пропитка основы и другое), и твердых образцов. Практическое применение возможно в следующих сферах: анализ биологических и растительных образцов с целью определения заболеваний, разработка лекарственных препаратов и способов их применения. Также возможно производить анализ других образцов с другими способами их обработки.
Применение анализаторов и полученные результаты
1. Анализатор, выполненный по варианту 5 (Фиг.13), для градуировки и калибровки или периодического действия:
1.1. Для базовой градуировки применяют устройство, содержащее набивную колонку НК-1×4*0,5 мм - С-80 фр. 0,18÷0,25, детектор плотности газов 23 (ДПГ-С), определяющий без калибровки концентрацию от 100% до 10-3% с относительной погрешностью менее 0,7%, и кран-дозатор 21 (КрД-А) (устанавливаемая температура от 40°С до 170°С) с ампулами гексана и бензола (ампулы работают только при одной из температур с шагом 10°С в диапазоне от 40°С до 140°С) и/или баллоны пропана с концентрацией от 50% до 10-6% в газе-носителе, УФ-лампу 10,2 эВ в ФИД-1 и сменное окно 5 из MgF.
1.1.1. При параллельном соединении ИК-1 и ИК-3 и дозировании в ИК-1 одновременно получают сигналы ФИД-1 и ДУФП для градуировки, а при дозировании в ИК-3 получают сигнал для градуировки ФЭД. С КрД-А по сигналу ДПГ-С без калибровки определяют концентрации из ампул гексана и бензола и из баллонов пропана с концентрацией до 10-3% и проводят калибровку ФИД-1, ФИД-2, ФЭД и ДУФП и на ФИД-1 определяют меньшие концентрации из ампул гексана и бензола при температуре до 40°С и пропана с концентрацией до 10-6% и градуируют детекторы с относительной погрешностью (Оп) менее 0,87%.
1.1.2. Проводят калибровку ФИД-1, ФИД-2, ФЭД, ДУФП и селективных детекторов с помощью крана-дозатора (КрД-А) на соответствующих колонках, преимущественно, на типовых набивных и капиллярных или на поликапиллярных и коротких, для отсечки воздуха или других основных веществ, по анализируемым веществам из соответствующих ампул с парогазовыми смесями или из баллонов со смесями с определенной концентрацией по сигналу ДПГ-С с концентрацией до 10-3% с Оп менее 0,7% или известным меньшим концентрациям с Оп менее 1,0% и/или
калибровку с капилляром или пневмосопротивлением, применяемыми для исключения броска давления при вводе, и/или с испарителем (Ис-М) на соответствующих колонках, преимущественно, на типовых набивных и капиллярных или на поликапиллярных и коротких, для отсечки воды или других основных веществ или растворителей от примесей из растворов жидких смесей с определенной концентрацией по сигналу ДПГ-С с концентрацией до 10-3% с Оп менее 0,7% или известным меньшим концентрациям с Оп менее 1,42% и/или
калибровку с капилляром или пневмосопротивлением, применяемыми для исключения броска давления при вводе.
При этом межлабораторную погрешность можно довести до 1,8%.
1.1.3. При подсоединении трубки пробника с противопыльным фильтром на вход линии анализируемого газа ввода проб и насоса для прокачки воздуха на выход данной линии, проводится периодический анализ воздуха на колонке с отсечкой воздуха и определяются концентрации суммы примесей на ДПГ-С до 10-3%. По характерным сигналам других детекторов компьютер определяет тип веществ, идентифицирует вещества и по калибровке определяет концентрации и места отбора проб, при этом совпадение суммы концентраций подтверждает правильность анализа.
Аналогичные операции производят при калибровке криптоновой УФ-лампы с окном из MgF с напылением из CaF, т.е. фактически УФ-лампа 10,0 эВ.
Аналогичные операции производят при калибровке ксеноновой УФ-лампы 9,5 эВ со сменными окнами 5, и, например, с водородной УФ-лампой и ртутной УФ-лампой 4,9 эВ.
Аналогичные операции производят с различными газами-носителями, например, гелием, или азотом, или водородом, или чистым воздухом.
Аналогичные операции производят при калибровке по веществам ДУФП с фотоэлементом и селективных детекторов: фотоумножителя с нужным светофильтром, например, на серу или на фосфор, и/или фотоумножителя с дифракционной решеткой на нужной длине волны, например, на серу или на фосфор.
Аналогичные действия производят при последовательном соединении с другими сменными камерами 6, а именно с ИК-2 или ИК-3 или СК-3 или СК-4.
2. Анализаторы непрерывного или периодического действия, работающие на воздухе:
2.1. Анализаторы, выполненные по вариантам 1 (Фиг.2), 3 (Фиг.5) и 4 (Фиг.12) при работе с УФ-лампой (10,2 эВ) при потребляемой мощности 6 Вт, используют воздух, расход которого составляет 30÷40 мл/мин, при этом выход озона составляет 5,0-9,0 мг/м3 [5], что значительно превышает ПДК (ПДКр.з.=0,1 мг/м3). Поэтому работать можно на открытом воздухе, а при работе в небольших помещениях и в замкнутых объемах ставят гопкалитовые фильтры на выходах ИК-1, ИК-2 и ИК-3. При этом необходимо учитывать взаимодействие озона с некоторыми веществами. Сигнал по веществам на воздухе меньше, чем на азоте или гелии в разы.
2.2. Анализаторы, выполненные по вариантам 1 и 3, работают в непрерывном режиме, и все вещества разбивают на классы и типы, по характерным сигналам идентифицируют вещество и по калибровке детектора по данному веществу определяют концентрацию и погрешность ее определения. Если количество сигналов сравнимо с количеством различных веществ, то мощности компьютера может не хватить.
2.3. Анализатор, выполненный по варианту 4, работает в периодическом режиме и позволяет:
2.3.1. Разбить все вещества по классам, типам и группам. По характерным сигналам детекторов анализатор проводит идентификацию веществ и по градуировке веществ определяет их концентрацию и массу, а также погрешности при достаточном числе сигналов и совпадении определенной с ДПГ-С массы и расчетной массы.
2.3.2. Провести градуировку ФИД-1, ФИД-2, ФЭД, ДУФП с КрД-А на короткой колонке для отсечки воздуха с Оп менее 1% из ампул гексана и бензола и из баллонов с концентрацией пропана от 50% до 10-6% с использованием известных меньших концентраций. Это приведет к сопоставимости относительных коэффициентов чувствительности детекторов и даст возможность сравнивать данные других детекторов.
2.3.3. Провести калибровку ФИД-1, ФИД-2, ФЭД, ДУФП и селективных детекторов на соответствующих колонках, преимущественно на поликапиллярных и коротких, с КрД-А на колонке для отсечки воздуха с Оп менее 1,0% по анализируемым веществам из соответствующих ампул с парогазовыми смесями или из баллонов со смесями и/или
калибровку с капилляром или пневмосопротивлением, применяемыми для исключения броска давления при вводе и/или с испарителем (Ис-М) на колонке для отсечки воды или других основных веществ или растворителей от примесей из растворов жидких смесей с Оп менее 1,42% и/или
калибровку с капилляром или пневмосопротивлением, примененными для исключения броска давления при вводе.
2.3.4. Провести периодический анализ воздуха с КрД-А при подсоединении на линии анализируемого газа на входе трубки пробника с противопыльным фильтром и на выходе насоса для прокачки воздуха. При вводе пробы на колонке с отсечкой воздуха определяют концентрацию суммы примесей на ДПГ-С до 10-3%. По характерным сигналам других детекторов компьютер определяет тип веществ, идентифицирует вещества и по калибровке определяет концентрации и места отбора проб, при этом совпадение суммы концентраций подтверждает правильность анализа.
2.3.5. Снизить стоимость анализатора 4 и эксплуатационные расходы после калибровки при применении с краном-переключателем или с точкой ввода пробы, что позволит провести идентификацию и по калибровке детектора по конкретному веществу определить его концентрацию и погрешность ее определения. При обработке данных компьютером более высокого уровня или при передаче данных на обработку, количество определенных веществ может быть больше количества сигналов, вплоть до полного определения веществ.
Практические данные, полученные при работе с ДПГ-С, ФИД-1, ФИД-2, ФЭД, ДУФП, ДУФП с фотоэлементом при использовании газа-носителя гелия и набивной колонки НК-1×4*0,5 мм-С-80 фр. 0,18-0,25 приведены в Таблице, где A - чувствительность, M - максимально определяемая концентрация вещества, S - предел обнаружения.
| Наименование вещества; измеряемые величины | Наименование детектора, наименование УФ-лампы, флуктуационный шум δ | |||||
| ДПГ-С | ДУФП | ДУФП - фото элемент | ФЭД | ФИД-2 | ФИД-1 | |
| Кр - 10,2 эВ | Кр - 10,2 эВ | Кр - 10,2 эВ | Кс - 9,5 эВ | Кр-10,2 эВ | ||
| 0,1 пА | 8,0 пА | 0,1 пА | 0,01 пА | 0,02 пА | ||
| Пропан, A | 1,19 мКл/г | 24 мКл/г | 53,46 мКл/г | 34,3 мкКл/г | 1,613 мКл/г | |
| Пропан, M | 100% | 67200 нг/мл | 266000 нг/мл | 1496 нг/мл | 233000 нг/мл | 9920 нг/мл |
| Пропан, S, нг/мл | 10 | 0,336 | 1,33 | 7,48*10-3 | 1,166 | 0,0496 |
| Бензол, A | 0,320 мКл/г | 7,41 Кл/г | ||||
| Бензол, M, нг/мл | 25000 | 2,16 | ||||
| Бензол, S, нг/мл | 10 | 0,125 | 10,8*10-6 | |||
| Нафталин, A | 0,535 Кл/г | |||||
| Нафталин, M | 14,96 нг/мл | |||||
| Нафталин, S | 74,8*10-6 нг/мл | |||||
| Кислород, A | 24,64 мкКл/г | 27,1 мКл/г | ||||
| Кислород, M | 324000 нг/мл | 29600 нг/мл | ||||
| Кислород, S | 16,2 нг/мл | 14,8*10-3 нг/мл |
Практические данные, полученные при работе с жидкими и твердыми образцами на ФИД-1 и сменной камере (СК-4) (Фиг.4):
1. Использование пластины для тонкослойной хроматографии:
1.1. При дозировании 5 мкл раствора нафталина с концентрацией 2,56 мг/мл в гексане (Оп=2,563%) в Ис-М при попадании половины пробы в детектор (масса mk=6,4 пг) с ФИД-Кс 9,5 эВ получен сигнал: высота h=0,0564 пА, полуширина b=33,4 с, чувствительность А=0,535Кл/г при уровне флуктуационных шумов δ=0,1 пА и пределы обнаружения ПрОh=1,135 пг, ПрОs=74,8 фг/мл или 0,954 пг.
1.2. При использовании пластины для тонкослойной хроматографии (ТХ) с УФ-лампой 4,9 эВ и фотоумножителем при дозировании 1 мкл раствора нафталина с концентрацией 2,56 мг/мл в гексане с Оп=2,563% от массы 2,56 пг получен сигнал: высота h>1,2 пА, полуширина b>50 мин, пятно 1,5 см и площадь - 1,767 см2 при уровне флуктуационных шумов δ=0,005 пА и пределы обнаружения: ПрОh=(2,56*1,767*0,01)/(1,5*1,2)=17,03*10-3 пг, ПрОs=(2,56*0,01)/(1,2*50*60)=7*10-7 пг.
2. Использование пластин и кювет для жидких и твердых проб (образцов):
возможно производить анализ жидких образцов, в том числе с убранным растворителем (осушка, пропитка основы и другое) и твердых образцов. Практическое применение возможно в следующих сферах: анализ биологических и растительных образцов с целью определения заболеваний, разработка лекарственных препаратов и способов их применения.
Реализация заявленного в качестве изобретения универсального анализатора парогазовых проб, жидкостей и веществ на поверхности перекрывает диапазон концентраций от 100% до 10-3% без калибровки с ДПГ-С, до 10-6% постоянные газы (ФЭД - кислород, азот и другие), до 10-9% (ФЭД - другие вещества), до 10-10% ФИД (Кс - 9,5 эВ - ароматические углеводороды), до 5,3*10-2 пг ФИД (Кр - 10,2 эВ - бензол), и до 7*10-7 пг (ароматические углеводороды в тонкослойной хроматографии).
Реализация заявленного в качестве изобретения универсального анализатора парогазовых проб, жидкостей и веществ на поверхности позволит:
1. Сократить отбор проб при применении анализатора 4 с краном-переключателем или с точкой ввода пробы, т.к. превышение ПДК фиксируется анализатором и многие вещества определяются на месте без доставки в лабораторию. Это способствует сокращению трудозатрат и материальных затрат, уменьшит время и затраты на анализ проб в лаборатории, а также затраты на разработку других приборов, так как не потребуется проводить исследования и разрабатывать методики анализа по диапазонам концентраций для каждого вещества.
2. Сократить расход растворителей и химикатов на 2÷3 порядка при определении концентрации с краном-дозатором из ампул или с испарителем из растворов при использовании детектора плотности газов и проведении калибровки других детекторов по веществам, при этом появится возможность создать Библиотеку-ГА (производитель) по относительным коэффициентам чувствительности других детекторов.
3. Сократить расход растворителей и химикатов на порядки при использовании ампулы бензола при 40°С (Q=0,8914 нг/с, срок непрерывной работы 891150 час или 9,5 лет) для контроля стабильности ФИД и ФЭД с УФ-лампами 10,2 эВ и 9,5 эВ. Аналогично применяют CS2 для селективного детектора по сере.
Предлагаемое изобретение применимо в газовой хроматографии, так как данные ФИД, ФЭД, ДУФП и ДУФП с фотоэлементом частично снимались с ИК-1, ИК-2 и ИК-3 газового хроматографа с различными газами-носителями.
Источники информации:
1. HNU Model PI-101 / The photoionizer.
2. Klaus D. Schuy. ANTECHNIKA, GMBH, Karlsruhe / FRG, p.1-3 B-1.
3. SU, авторское свидетельство №1622815, зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 22 сентября 1990 г., МПК G01N 27/62.
4. J.N. Driscoll, B.J. Grimes and G.F. Hewitt A New GC Detector Combination: PID/FUV Kemia-Kemi, n:o 11, 1983 г.
5. Протокол испытания фотоионизационного детектора на выделение озона при использовании воздуха в качестве газа-носителя от 15.07.1988 г.
1. Универсальный анализатор парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности, включающий в себя
трубку пробника 1 с противопыльным фильтром,
ионизационную камеру 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), содержащего сменную безэлектродную ультрафиолетовую (УФ) лампу, преимущественно криптоновую (Кр), или ксеноновую (Кс), или ртутную (Рт),
электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором,
насос 4 для прокачки воздуха и
корпус для теплоизоляции, защиты от внешнего света и экранировки,
при этом трубка пробника 1 с противопыльным фильтром соединена с ионизационной камерой 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), а электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором и насос 4 для прокачки воздуха присоединены к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1),
отличающийся тем, что в ионизационной камере 2 (ИК-1) с противоположной стороны от УФ-лампы установлено
сменное окно 5, изготовленное преимущественно из MgF, или CaF, или BaF, или сапфира,
сменная камера 6 (СК), соединенная с ИК-1 2 ФИД-1 по газовому питанию последовательно или параллельно,
электрометрический усилитель 7 (ЭМ-2) с микрокомпьютером и индикатором, при этом сменная камера (СК) 6 представляет собой
ионизационную камеру 8 (ИК-2) фотоионизационного детектора (ФИД-2), или
ионизационную камеру 9 (ИК-3) фотоэмиссионного детектора (ФЭД), или
сменную камеру 10 (СК-3), содержащую фотоэлемент 11, герметично закрепленный в окне пластины напротив УФ-лампы, и, по меньшей мере, одно боковое окно 12 со стеклом, выполненным преимущественно из сапфира или кварца, стекло закреплено герметично и расположено под углом менее 90° к основанию камеры,
при этом на стекло через неметаллические прокладки последовательно установлены, по меньшей мере, один сменный светофильтр 13 с фотоумножителем 14 и/или,
по меньшей мере, одна дифракционная решетка 15 с настройкой и фотоумножителем 16.
2. Универсальный анализатор парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности, включающий в себя
трубку пробника 1 с противопыльным фильтром,
ионизационную камеру 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), содержащего сменную безэлектродную ультрафиолетовую (УФ) лампу, преимущественно криптоновую (Кр), или ксеноновую (Кс), или ртутную (Рт),
электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором,
насос 4 для прокачки воздуха и
корпус для теплоизоляции, защиты от внешнего света и экранировки,
при этом трубка пробника 1 с противопыльным фильтром соединена с ионизационной камерой 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), а электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором и насос 4 для прокачки воздуха присоединены к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1),
отличающийся тем, что в ионизационной камере 2 (ИК-1) с противоположной стороны от УФ-лампы установлено
сменное окно 5, изготовленное преимущественно из MgF, или CaF, или BaF, или сапфира,
сменная камера 6 (СК), соединенная с ИК-1 2 ФИД-1 по газовому питанию последовательно или параллельно,
электрометрический усилитель 7 (ЭМ-2) с микрокомпьютером и индикатором, при этом сменная камера (СК) 6 представляет собой
сменную камеру (СК-4) 17, содержащую, по меньшей мере, одно боковое окно 12 со стеклом, выполненным преимущественно из сапфира или кварца, стекло закреплено герметично и расположено под углом менее 90° к основанию камеры, при этом на стекло через неметаллические прокладки последовательно установлены,
по меньшей мере, один сменный светофильтр 13 с фотоумножителем 14 и/или,
по меньшей мере, одна дифракционная решетка 15 с настройкой и фотоумножителем 16,
при этом напротив УФ-лампы размещена пластина 18 для тонкослойной хроматографии или пластина 19 для анализа жидких и/или твердых образцов или кювета 20 для анализа жидких и/или твердых образцов.
3. Универсальный анализатор парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности, включающий в себя
ионизационную камеру 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), содержащего сменную безэлектродную ультрафиолетовую (УФ) лампу, преимущественно криптоновую (Кр), или ксеноновую (Кс), или ртутную (Рт),
электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором, насос 4 для прокачки воздуха и
корпус для теплоизоляции, защиты от внешнего света и экранировки,
при этом к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1) присоединены электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором и насос 4 для прокачки воздуха,
отличающийся тем, что в ионизационной камере 2 (ИК-1) с противоположной стороны от УФ-лампы установлено
сменное окно 5, изготовленное преимущественно из MgF, или CaF, или BaF, или сапфира,
сменная камера 6 (СК), соединенная с ИК-1 2 ФИД-1 по газовому питанию последовательно или параллельно,
электрометрический усилитель 7 (ЭМ-2) с микрокомпьютером и индикатором, при этом сменная камера (СК) 6 представляет собой
ионизационную камеру 8 (ИК-2) фотоионизационного детектора (ФИД-2), или
ионизационную камеру 9 (ИК-3) фотоэмиссионного детектора (ФЭД), или
сменную камеру 10 (СК-3), содержащую фотоэлемент 11, герметично закрепленный в окне пластины напротив УФ-лампы, и, по меньшей мере, одно боковое окно 12 со стеклом, выполненным преимущественно из сапфира или кварца, стекло закреплено герметично и расположено под углом менее 90° к основанию камеры,
при этом на стекло через неметаллические прокладки последовательно установлены,
по меньшей мере, один сменный светофильтр 13 с фотоумножителем 14 и/или,
по меньшей мере, одна дифракционная решетка 15 с настройкой и фотоумножителем 16,
к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1) подсоединено устройство, включающее в себя
фильтр 21 с сорбентом для очистки воздуха или устройство с фторопластовой пленкой или мембраной, проницаемой для воздуха, которая установлена между пластинами со спиральными пазами с доступом воздуха с одной стороны и отводом чистого воздуха с другой стороны,
кран-дозатор 22 (КрД-А) с фторопластовыми ампулами 23, или кран-переключатель, или точку ввода пробы, или испаритель (Ис-М), или точку ввода пробы с элементом нагревания,
сменную колонку 24, преимущественно капиллярную или поликапиллярную, или капилляр или пневмосопротивление,
детектор плотности газов 25,
при этом кран-дозатор (КрД-А) 22 выполнен с возможностью присоединения к линии анализируемого газа насоса 4 для прокачки воздуха и/или трубки пробника 1 с противопыльным фильтром,
кран-переключатель выполнен с возможностью присоединения к линии анализируемого газа насоса 4 для прокачки воздуха и/или трубки пробника 1 с противопыльным фильтром,
кран-дозатор 22 включает в себя корпус 26 с каналами 27 в основании, поворотную втулку 28 с каналами 29, ось 30, пружину 31, сменную дозу 32, трубку ввода газа-носителя 33 и трубку сброса анализируемого газа 34, а также термостатируемое основание 35, при этом термостатируемое основание 35 содержит два гнезда 36 для фторопластовых ампул 23, соединенных между собой каналом 37, а также каналом 38, соединенным трубкой 39 с каналом 27 корпуса 26, при этом канал 40 корпуса 26 соединен трубкой 41 с каналом 42 термостатируемого основания 35 с припаянным штуцером 43 для присоединения аналитической колонки, а в поворотной втулке 28 каналы 44 соединены каналом 45, при этом отверстия в термостатируемом основании 35 и отверстия в основании крана-дозатора соответственно соединены герметично трубками 41 и 39 с резиновыми кольцами 46 и 47, а
детектор плотности газов 25 содержит рабочую камеру 48 с входной 49 и выходной 50 диафрагмами, дифференциальный датчик давления 51 и сравнительную камеру, при этом сравнительная камера образована из сравнительной полости 52 дифференциального датчика давления 51 и сильфона 53 ДПГ-С с винтом 54 для компенсации давления рабочей камеры 48, при этом втулка 55 с припаянной трубкой 56 для выхода газа-носителя и выходной диафрагмой 50 с отверстием выполнена сменной.
4. Универсальный анализатор парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности, включающий в себя
ионизационную камеру 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), содержащую сменную безэлектродную ультрафиолетовую (УФ) лампу, преимущественно криптоновую (Кр), или ксеноновую (Кс), или ртутную (Рт),
электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором, насос 4 для прокачки воздуха,
корпус для теплоизоляции, защиты от внешнего света и экранировки,
при этом к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1) присоединен электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором,
отличающийся тем, что в ионизационной камере 2 (ИК-1) с противоположной стороны от УФ-лампы установлено
сменное окно 5, изготовленное преимущественно из MgF, или CaF, или BaF, или сапфира,
сменная камера 6 (СК), соединенная с ИК-1 2 ФИД-1 по газовому питанию последовательно или параллельно,
электрометрический усилитель 7 (ЭМ-2) с микрокомпьютером и индикатором,
при этом сменная камера (СК) 6 представляет собой
ионизационную камеру 8 (ИК-2) фотоионизационного детектора (ФИД-2), или
ионизационную камеру 9 (ИК-3) фотоэмиссионного детектора (ФЭД), или
сменную камеру 10 (СК-3), содержащую фотоэлемент 11, герметично закрепленный в окне пластины напротив УФ-лампы, и, по меньшей мере, одно боковое окно 12 со стеклом, выполненным преимущественно из сапфира или кварца, стекло закреплено герметично и расположено под углом менее 90° к основанию камеры,
при этом на стекло через неметаллические прокладки последовательно установлены,
по меньшей мере, один сменный светофильтр 13 с фотоумножителем 14 и/или,
по меньшей мере, одна сменная дифракционная решетка 15 с настройкой и фотоумножителем 16,
к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1) подсоединено устройство, включающее в себя
насос 4,
фильтр 21 с сорбентом для очистки воздуха или устройство с фторопластовой пленкой или мембраной, проницаемой для воздуха, которая установлена между пластинами со спиральными пазами с доступом воздуха с одной стороны и отводом чистого воздуха с другой стороны,
кран-дозатор 22 (КрД-А) с фторопластовыми ампулами 23, или кран-переключатель, или точку ввода пробы, или испаритель (Ис-М), или точку ввода пробы с элементом нагревания,
сменную колонку 24, преимущественно капиллярную или поликапиллярную, или капилляр или пневмосопротивление,
детектор плотности газов 25,
при этом кран-дозатор (КрД-А) 22 выполнен с возможностью присоединения к линии анализируемого газа насоса 4 для прокачки воздуха и/или трубки пробника 1 с противопыльным фильтром,
кран-переключатель выполнен с возможностью присоединения к линии анализируемого газа насоса 4 для прокачки воздуха и/или трубки пробника 1 с противопыльным фильтром,
кран-дозатор 22 включает в себя корпус 26 с каналами 27 в основании, поворотную втулку 28 с каналами 29, ось 30, пружину 31, сменную дозу 32, трубку ввода газа-носителя 33 и трубку сброса анализируемого газа 34, а также термостатируемое основание 35, при этом термостатируемое основание 35 содержит два гнезда 36 для фторопластовых ампул 23, соединенных между собой каналом 37, а также каналом 38, соединенным трубкой 39 с каналом 27 корпуса 26, при этом канал 40 корпуса 26 соединен трубкой 41 с каналом 42 термостатируемого основания 35 с припаянным штуцером 43 для присоединения аналитической колонки, а в поворотной втулке 28 каналы 44 соединены каналом 45, при этом отверстия в термостатируемом основании 35 и отверстия в основании крана-дозатора соответственно соединены герметично трубками 41 и 39 с резиновыми кольцами 46 и 47, а
детектор плотности газов 25 содержит рабочую камеру 48 с входной 49 и выходной 50 диафрагмами, дифференциальный датчик давления 51 и сравнительную камеру, при этом сравнительная камера образована из сравнительной полости 52 дифференциального датчика давления 51 и сильфона 53 ДПГ-С с винтом 54 для компенсации давления рабочей камеры 48, при этом втулка 55 с припаянной трубкой 56 для выхода газа-носителя и выходной диафрагмой 50 с отверстием выполнена сменной.
5. Универсальный анализатор парогазовых проб и жидкостей и веществ на поверхности, включающий в себя
ионизационную камеру 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1), содержащего сменную безэлектродную ультрафиолетовую (УФ) лампу, преимущественно криптоновую (Кр), или ксеноновую (Кс), или ртутную (Рт),
электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором,
корпус для теплоизоляции, защиты от внешнего света и экранировки,
при этом к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1) присоединен электрометрический усилитель 3 (ЭМ-1) с микрокомпьютером и индикатором,
отличающийся тем, что в ионизационной камере 2 (ИК-1) с противоположной стороны от УФ-лампы установлено
сменное окно 5, изготовленное преимущественно из MgF, или CaF, или BaF, или сапфира,
сменная камера 6 (СК), соединенная с ИК-1 2 ФИД-1 по газовому питанию последовательно или параллельно,
электрометрический усилитель 7 (ЭМ-2) с микрокомпьютером и индикатором, при этом сменная камера (СК) 6 представляет собой
ионизационную камеру 8 (ИК-2) фотоионизационного детектора (ФИД-2), или
ионизационную камеру 9 (ИК-3) фотоэмиссионного детектора (ФЭД), или
сменную камеру 10 (СК-3), содержащую фотоэлемент 11, герметично закрепленный в окне пластины напротив УФ-лампы, и, по меньшей мере, одно боковое окно 12 со стеклом, выполненным преимущественно из сапфира или кварца, стекло закреплено герметично и расположено под углом менее 90° к основанию камеры,
при этом на стекло через неметаллические прокладки последовательно установлены,
по меньшей мере, один сменный светофильтр 13 с фотоумножителем 14 и/или,
по меньшей мере, одна сменная дифракционная решетка 15 с настройкой и фотоумножителем 16,
к ионизационной камере 2 (ИК-1) фотоионизационного детектора (ФИД-1) подсоединено устройство, включающее в себя
баллон 57 с газом-носителем,
регуляторы расхода 58 и 59,
кран-дозатор 22 (КрД-А) с фторопластовыми ампулами 23 для градуировки, или кран-переключатель, или точку ввода пробы, или испаритель (Ис-М) для калибровки, или точку ввода пробы с элементом нагревания,
сменную колонку 60
и детектор плотности газов 25,
при этом кран-дозатор (КрД-А) 22 выполнен с возможностью присоединения к линии анализируемого газа насоса 4 для прокачки воздуха и/или трубки пробника 1 с противопыльным фильтром,
кран-переключатель выполнен с возможностью присоединения к линии анализируемого газа насоса 4 для прокачки воздуха и/или трубки пробника 1 с противопыльным фильтром,
сменная колонка 60 представляет собой, преимущественно,
базовую набивную колонку НК-1×0,3 мм - С-80 фр. 0,18÷0,25 для градуировки, или
типовую набивную колонку для калибровки, или
типовую капиллярную колонку для калибровки, или
поликапиллярную колонку для отделения основного вещества от примесей, или
короткую колонку для отделения основного вещества от примесей, или
отрезок какой-либо из вышеперечисленных колонок, или
трубку или капилляр или пневмосопротивление,
кран-дозатор 22 включает в себя корпус 26 с каналами 27 в основании, поворотную втулку 28 с каналами 29, ось 30, пружину 31, сменную дозу 32, трубку ввода газа-носителя 33 и трубку сброса анализируемого газа 34, а также термостатируемое основание 35, при этом термостатируемое основание 35 содержит два гнезда 36 для фторопластовых ампул 23, соединенных между собой каналом 37, а также каналом 38, соединенным трубкой 39 с каналом 27 корпуса 26, при этом канал 40 корпуса 26 соединен трубкой 41 с каналом 42 термостатируемого основания 35 с припаянным штуцером 43 для присоединения аналитической колонки, а в поворотной втулке 28 каналы 44 соединены каналом 45, при этом отверстия в термостатируемом основании 35 и отверстия в основании крана-дозатора соответственно соединены герметично трубками 41 и 39 с резиновыми кольцами 46 и 47, а
детектор плотности газов 25 содержит рабочую камеру 48 с входной 49 и выходной 50 диафрагмами, дифференциальный датчик давления 51 и сравнительную камеру, при этом сравнительная камера образована из сравнительной полости 52 дифференциального датчика давления 51 и сильфона 53 ДПГ-С с винтом 54 для компенсации давления рабочей камеры 48, при этом втулка 55 с припаянной трубкой 56 для выхода газа-носителя и выходной диафрагмой 50 с отверстием выполнена сменной.
