Устройство для хроматографического анализа

 

ОП И САНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Сопиалистнческих

Респтблик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено ОЗ.VII.1968 (№ 1252784/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 03.Х1,1972. Бюллетень ¹,34

Дата опубликования описания 09.II.1973

М. 1(л. 6 01п 31 08

Комитет по делам изобретений н открытий при Совете Министров

СССР

УДК 543.544(088,8) Авторы изобретения

В, Л. Тальрозе, В. Д, Гришин и Л. П. Щербаков

Институт химической физики AH СССР

Заявитель

УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ХРОМАТО ГРАФИ Ч ЕС1(ОГО АНАЛИЗА

Известно устройство для хроматографического анализа, содержащее хроматографическую колонку, детектор и расположенный между ними сепаратор-выморажпватель.

Сепаратор представляет собой контейнер с холодной и горячей зонами, в которых размещена выполненная в виде змеевика трубка, заполненная инертным материалом. Один конец трубки присоединен к хроматографической колонке. Детектор непрерывно следит за выходящими из хроматографической колонки компонентами. В тот момент когда через трубку проходит какой-либо компонент, она перемещается из горячей зоны в холодную, и компонент на границе зон вымора>кивается. В ре>киме детектирования меняется направление движения трубки и потока газа-носителя, и компоненты размораживаются. Суммарный коэффициент обогащения газа-носителя компонентом (или коэффициент обеднения компонента газом-носителем) определяется в таких устройствах по соотношению массовых потоков газа-носителя в режиме замораживания (накопления) и режиме размораживания (детектирования), а также по возможному дополнительному сужению временной ширины хроматографического пика.

Недостатками этого устройства являются сложность и ненадежность конструкции: наличие уплотнительных узлов (сальников), обеспечивающих вращение и перемещение трубки относительно хроматографической колонки н детектора, необходимость реверсивного вращения и перемещения трубки (при этом тре5 буется многократное пересоединение устройства от хроматографической колонки к детектору и наоборот, либо сложная система коммутации потоков газа), а также трудность устранения больших холостых объемов меж10 ду границей зон устройства и детектором.

Последний недостаток оказывается весьма сугцественным при использовании устройства в режиме сепаратора с детектором малой пропускной способности, например масс-спектро15 метром (наличие таких объемов ведет к резкому уширению хроматографических пиков и соответственно уменьшению коэффициента обогащения) .

В предлагаемом устройстве сепаратор-вы20 мораживатель содержит нагреватель и холодильник, выполненные в виде полуцилиндров, расположенных на диске с возможностью вращения в одном направлении. В полуцилиндрах имеется паз, в котором размещена трубка

25 сепарагора. Обогреватель и холодильник расположены так, что во время замораживания (накопления) горячая зона устанавливается выше (по потоку) холодильника, а во время вытеснения компонент смеси в масс30 спектрометр — ниже холодильника.

355896

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства и положения нагревателя и холодильника; на фиг. 2 — предлагаемое устройство, поперечный разрез; на фиг. 3 — то же, вид сверху; иа фиг. 4 — электрическая схема управления устройства.

Предлагаемое устройство для хроматографического анализа содержит хроматографическую колонку 1, трубку сепаратора 2, вентиль

8 канала отделяемого газа-носителя, вентиль

4 канала детектора, нагреватель 5, холодильник б, диск 7 из теилоизоляциоиного материала, печи 8, 9 соответственно хроматографической колонки и коммуникаций, расположенных после трубки сепаратора, привод 10, обеспечивающий движение диска 7 с закрепленными иа ием нагревателем 5 и холодильником б.

Блок 5 может нагреваться электрически, а блок 6 может охлаждаться введением в него хлад":ãåèòà, например жидкого азота или твердой углекислоты, либо подачей по теплопрозоду хладагента, содержащегося в резервуаре.

Перед началом работы блоки 5 и б находятся в положении, показанном на фиг. 1,а.

Сразу после введения в хроматограф порции анализируемой смеси, состоящей из компонентов хь х... х„(или с задержкой, равной например, времени движения через колонку газа-носителя или первого компонента смеси), блоки 5 и 6 приводятся в движение в направлении, указанном стрелкой (начинается работа в режиме накопления). Скорость движения блоков желательно выбирать такой, чтобы к моменту выхода последного компонента х„ граница между блоками 5 и б была близка к позиции окончания движения, показанной на фиг. 1, г; тогда для вымораживания компонента используется вся длина трубки сепаратора.

При резком скачке температуры в трубке на границе блоков 5 и 6 вещество пика вымораживается в виде короткого слоя в том месте, где находилась граница во время прохождения этого вещества через трубку-сепаратор.

Имеется ввиду, что температура холодильника столь низка, а температура нагревателя столь велика, что вещество осаждается на поверхность трубки или набивки в результате конденсации, а адсорбционные эффекты предельно исключены (чтобы не искажалась информация о времени удержания компонент).

На фиг. 1, б, в, г, показан процесс накопления на разных стадиях. Зачерненными полосками обозначены сечения замороженных слоев вещества хь х... х„. Газ-носитель в режиме накопления у одит через вентиль 8, вентиль 4 закрыт.

На фиг. 1, д, е, ж, показана работа устройства в режиме детектирования. Вентиль 4 открыт, вентиль 8 закрыт. Поток газа-носителя через трубку сепаратора устанавливается много меньшим, чем в режиме накопления. Вели5

60 чина потока в режиме детектирования определяется свойствами детектора. Например, в случае масс-спектрометрического детектора величина потока ограничена сверху пропускной способностью откачной системы массспектрометра при давлении, не превосходящем предельного рабочего, а снизу — величиной скорости, при которой ширина пика становится излишне большой, т. е. начинает превосходить постоянную времени детектора больше чем в несколько раз.

Скорость движения границы блоков 5 и б по трубке сепаратора в режиме детектирования меньше скорости потока газа-носителя.

Суммарный коэффициент обогащения газа-носителя компонентом определяется соотношением массовых потоков газа-носителя в режиме накопления и режиме детектирования, а также возможным дополнительным сужением временной ширины хроматографического пика.

Расчеты показывают, что этот коэффициент для трубки сепаратора длиной несколько десятков сантиметров и внутренним диаметром несколько десятых миллиметра при использовании в качестве газов-носителей водорода или гелия достигает 10 — 10 . Сепаратор может одновременно уменьшать ту составляющую фона, обусловленную неподвижной фазой, которая связана с равновесной упругостью пара этой фазы; для этого надо поддерживать температуру нагревателя 5 в режиме детектирования ниже наивысшей температуры колонки в режиме накопления. Особенно важно, что эта составляющая не будет расти в режиме детектирования несмотря на то, что, например, в режиме накопления применялся программированный прогрев колонки. В результате повышается чувствительность. Сепаратор может применяться с любыми газохроматографическими детекторами, а также в комбинации с хромато-эффузиометрическими и хромато-эффузио-масс-спектрометрическими устройствами (в этом случае сепаратор устанавливается между колонкой и ячейкой Кнудсена).

Нагреватель 5 и холодильник б (см. фиг. 2, 3) с помощью винтов 11 крепятся к диску 7, который вращается вокруг оси 12, закрепленной иа плите 18, служащей основанием устройства. Диск 7 поддерживается подшипником 14. Для уменьшения теплопередачи между блоками 5 и б диск 7 изготовлен из материала с малой теплопроводностью, например текстолита. Блоки 5 и б выполнены из хорошо теплопроводящего материала, например меди.

В полость нагревателя 5 помещен нагревательный элемент 15. Подводка электрического тока к нагревательному элементу 15 осуществляется через провода 16, щетки 17, токосъемиые кольца 18, впрессованные в основание диска 7, и штыри 19.

В холодильник б впаян сосуд 20, предназначенный для заливки жидкого азота или другого хладагента. Для уменьшения тепло355896 вой связи с окружающей средой сосуд 20 обложен теплоизоляциошням материалом 21, например пенопластом.

Трубка сепаратора 2 укладывается в паз, сделанный по окружности холодильника и нагревателя. Надежное прилегание трубки 2 к блокам 5, б, обеспечивается пружиной 22, крепящейся одшьм концом к плите 18 через стойку, а другим концом к трубке сепаратора 2 через соединительное устройство 28. Последнее имеет штуцерное уплотнение 24, с помощью которого выходной конец трубки сепаратора 2 подсоединяется к вентилям 8 и 4 (см. фиг. 1).

Вентили 8 и 4 могут быть установлены непосредственно на устройстве или являться частью детектора. Например, во многих массспектрометрах вентилем 4 может служить дозирующий вентиль на входе масс-спектрометра.

Входной конец трубки сепаратора 2 крепится к плите 18 через соединительное устройство 25 и стойку 26, выполненную из теплоизоляционного материала (текстолита) и подсоединяется к хроматографической колонке 1 через штуцерное уплотнение 27.

Вращение диска 7 с укрепленными на нем блоками 5 и б осуществляется с помощью двигателя 28, установленного на плите 18 посредством кронштейна 29. Крутящий момент двигателя передается на диск 7 через редуктор, содержащий шестерни 80 — 88.

Электрическая схема управления устройством показана на фиг. 4.

В начальный момент тумблер Т замкнут.

Контакты К„концевого включателя 84 (см. фиг. 2), предназначенные для автоматической остановки диска 7 в двух диаметрально противоположных позициях, разомкнуты. Управление переключателем К„ производится кулачками 85, впрессованными в основание диска 7 (см. фиг. 2). Кнопка К„тоже разомкнута, и ток в цепи двигателя отсутствует, 10 При замыкании кнопки К„двигатель начинает вращать диск 7 и кулачок переводит концевой выключатель К„в замкнутое положение, блокируя кнопку К„. При повороте диска на 180 второй кулачок размыкает концевой

15 выключатель К, и двигатель останавливается. В случае необходимости диск 7 может быть остановлен и запущен тумблером Т.

Предмет изобретения

20 Устройство для хроматографического анализа, содержащее хроматографическую колонку, детектор и расположенный между ними сепаратор-вымораживатель, выполненный в виде трубки, нагревателя и холодильника, отg5 личаюи ееся тем, что, с целью увеличения надежности и повышения чувствительности, нагреватель и холодильник выполнены в виде полуцилиндров, расположенных на диске с возможностью вращения в одном направлеЗ0 нии и снабженных пазом, в котором расположена трубка сепаратора, неподвижно соединенная с выходом колонки и входом детектораа.

355896

l 1,.

" P Z4 23 li 75 1g -5 ;: г ..... ::3

:::;1

/ // p 1„, 2 zg Ф)

Зг У5 17 У 1л л б 2

/ Г77,", л

Г1

Ы (j - ц э 2

ff& murs

Уи1

Редактор Т Орловская

Корректор Н. Прокуратова

Составитель Л. Жаркова

Техред А. Евдонов

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 121/13 Изд. № 1851 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5