Пиролизер для газовой хроматографии
Союз Советских
Социапистических
Республик
ОП ИСАЫИЕ
И306РЕТЕЫ ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Опубликовано 07.11.81 ° Бюллетень М 41 Дата опубликования описания 07.11.81 (51)M. Кд. G 0 I М 31/08 9кударственнн9 камнтет СССР аю делам нзоеретеннй н открытий (53) УДф(543 544 . (088.8) j В. К. Пожарский, В. В. Алехин, В. Ь . Бражников, К. В. Алексеева, Г. М. Кленевская тк С. С..Гусев (72) Авторы изобретения Специальное конструкторское бюро газовой креиауаграф/юи 3 (71) Заявитель (54) ПИРОЛИЗЕР ДЛЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ Изобретение относится к устройствам для пиролитического разложения проб твердых материалов, таких как полимеры, резины и т. п. с целью последующего анализа газо†и парообразных продуктов пиролиза с помощью гаS зовой хроматографии. В частности, изобретение относится к пиролизерам для газовой хроматографии, использующим в качестве приспо1О собления для сожжения образца нагреваемую током спираль или фольгу. Известен пиролизер для газовой хроматографии, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током платиновую 35 фольгу, установленную на держателях в камере пиролиза, канал для подвода газа-носителя в камеру пиролиза, и канал для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую колонку Е ), Недостатком известного пиролизера является то, что в комбинации с газовым хроматографом он обеспечивает анализ только таких твердых веществ, которые могут быть предварительно растворены в подходящем растворителе. Это обусловлено тем, что на фольгу можно нанести пробу вещества только в виде раствора с последующим выпариванием растворителя. После такой предварительной подготовки образец твердого вещества в виде пленки, покрывающей поверхность фольги может быть введен в камеру пиролиза. Твердые вещества, которые не растворяются в летучих растворителях, не могут быть проанализированы с помощью пиролизера этого типа. Это ограничивает круг анализируемых веществ. Известен также пиролизер для газовой хроматографии, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током спираль, установленную на держателях в камере пиролиза, канал для подвода газа-носителя и канал для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую.колонку. Витки спирали 879460 этого пиролизера размещены в горизонтапьной плоскости и внутри спирали установлена кварцевая лодочка, в ко— торую помещают образец твердого вещества. Этот пиролизер позволяет анализировать как растворимые, так и нерастворимые твердые вещества (Я), Недостатком пиролизера этого типа является то, что он не обеспечивает необходимой точности и воспроизводи- 10 мости анализа. Это обусловлено тем, что нагрев твердого образца до температуры пиролиза производится через стенки кварцевой лодочки. Это приводит к повышению инерционности процесса 15 пиролиза, а также к тому, что результаты анализа определяются относительным положением образца пробы, кварцевой лодочки и витков спирали, которое при повторном анализе образца может изменяться. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является пиролизер для газовой хроматографии, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током спираль, установленную на держателях в камере I пиролиза, канал для подвода газа-носителя и канал для вывода газо- и паро— образных продуктов пиролиза в хроматографическую колонку. Витки спирали расположены в горизонтальной плоскости f $). Недостатком известного пиролизера является то, что он, преимущественно, предназначен для пиролиза- твердых веществ, растворимых в летучих растворителях, так как пробы наносятся путем погружения спирали в раствор вещества, либо путем нанесения раствора с помощью микрошприца на витки спирали. Об40 . разцы нерастворимых веществ в виде небольших кусочков материала могут быть введены во внутренний объем спирали, Однако, при установке спирали в камере пиролиза они нередко выпада— ют и, располагаясь на насадке колонки или на фильтре, служат источником дополнительных загрязнений хроматографической системы. Попытки устранить этот недостаток путем размещения витков спирали в вертикальной плоскости с целью укпадки образца на нижнем участке внутренней поверхности спирали приводят к дополнительным затруднениям. Установленная таким образом SS спираль сильно охлаждается потоком газа-носителя, увеличивается неравномерность распределения температуры спирали по ее длине и воспроизводимость,анализа начинает зависеть от места расположения кусочка образца, которое может меняться от опыта к опыту. Целью изобретения является повы— шение воспроизводимости пиролитического метода анализа и надежности работы пиролизера как с растворимыми, так и нерастворимыми пробами твердых веществ. Указанная цель достигается тем, что предложен пиролизер для газовой хроматографйи, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током спираль, установленную в камере пиролиза, канал для подвода газа-носителя в камеру пиролиза и канал для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую колонку. Нагреваемая током спираль имеет два участка, витки одного из которых расположены в горизонтальных плоскостях, а другогов вертикальных плоскостях, причем участки спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, установлен за участком спирали с витками, расположенными в горизонтальных плоскостях, в направлении по потоку газа— носителя в камере пиролиза. Другим отличием предлагаемого пиролизера является то, что средний виток участка вертикально расположенной спирали имеет больший диаметр, чем крайние витки этого участка. Такое выпол— кение витков спирали позволяет зафиксировать образец твердого вещества в центре спирали и препятствует выпадению его при установке спирали в пиролизере и случайных толчках. Еще одним отличием пиролизера является то, что в камере пиролиза установлена съемная ципиндрическая встав— ка из стекла или кварца, внутренняя поверхность которой контактирует с внешней поверхностью участка спирали с витками, расположенными в горизонтальных плоскостях. Отношение длины участка спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, к диаметру витков участка спирали с витками, расположенными в горизонтальньгх плоскостях, выбрано в интервале 0,7-0,8. Такая конструкция спирали позволяет строго центрировать рабочий участок спирали по отношению к стенкам, создавая равномерность теплос ьема с рабочего участка спирали для 879460 35 всех проб и исключая контакт этого участка со стенками пиролизера, что приводило к загрязнению стенок пиролизера в рассмотренных вьппе анализах. Благодаря тому, что участок спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, установлен по потоку газа-носителя за участком спирали с витками, расположенными в горизонтальных плоскостях, повышается равномер- 10 ность распределения температуры между витками этого участка спирали. Поскольку проба наносится или укладывается) именно на этом участке, то повышается воспроизводимость условий 15 проведения пиролиза от аналйза к анализу при замене пробы и, как следствие, повышается воспроизводимость хроматографического анализа продуктов пиролиза. 20 Кроме того, благодаря указанной особенности, газ-носитель, перед тем как он смешивается с газо- и парообразными продуктами пиролиза, подогревается на участке спирали с горизонтально 25 расположенными витками, что исключает конденсацию паров на стенках пиролизера, что также способствует повьппению воспроизводимости и достоверности результатов анализа. 30 На чертеже представлен предлагаемый пиролизер в разрезе. Пиролизер содержит камеру пиролиза 1, внутри которой установлена нагреваемая током спираль 2, имеющая два участка. Верхний участок спирали 2 имеет витки, располагаемые в горизонтальных плоскостях, а нижний участок спирали 2 имеет витки, расположенные в вертикальных плоскостях. 40 Камера пиролиза 1 имеет канал 3 для подвода газа-носителя и канал 4 для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую колонку 5, верхний конец которой установлен в испарителе 6 газового хроматографа. Испаритель 6 снабжен нагревателем 7, с помощью которого в испарителе 6 поддерживается высокая температура исключающая конденсацию па1 50 рообразных продуктов пиролиза при их транспортировке потоком газа-носителя из камеры пиролиза 1 в хроматографическую колонку 5. Камера пиролизера 1 также имеет канал 8 для подвода газа 55 носителя. Канал 4 для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза из камеры пиролиза 1 выполнен в виде съемной кварцевой или стеклянной трубки, имеющей верхний цилиндрический участок и нижний сужающийся конический участок, в котором помещен инертный фильтрующий материал 9, например, стекловата. Внутренняя поверхность цилиндрического участка канала 4 контактирует с внешней поверхностью участка спирали 2, витки которого распо..т ложены в горизонтальных плоскостях. Нижний участок спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, на который наносится проба вещества, установлен с гарантированным зазором по отношению к стенкам канала 4. Это обусловлено тем, что отношение длины нижнего участка спирали к диаметру верхнего участка спирали выбрано в интервале 0,7-0,8. Камера пиро.лиза 1 герметизирована с помощью уллот; нительной прокладки 10 из термостой-! кой резины и накидкой гайки 11. Средний виток нижнего участка спирали 2 имеет больший диаметр, чем крайние витки этого участка. Пиролизер работает следующим образом. Если анализу подвергается образец растворимого твердого вещества, то предварительно готовят раствор этого вещества в летучем растворителе. Необходимое количество раствора вещества наносят на нижний участок спирали, нагревают спираль и испаряют растворитель перед установкой спирали в пиролизер. Если анализу подвергают образец нерастворимого твердого вещества, то кусочек вещества укладывают внутрь нижнего участка спирали так, что он располагается на среднем витке этого участка. Спираль 2 устанавливают в камере пиролиза 1, которую герметизируют с помощью уплотнительной прокладки 10 и накидной гайки 11. В камеру пиролиза 1 и испаритель 6 по каналам 3 и 8 соответственно подают газ-носитель, устанавливая заданный расход через хэ4вматографическую колонку 5. После того, как внутренний объем камеры пиролиза 1 отцувается от остатков воздуха, производят нагрев спирали 2 электрическим током, время подачи и значения напряжения которого должны быть достаточными, чтобы нижний участок спирали, на котором размещен образец анализируемого вещества прогрелся до температуры 400 †11 С, т. е. до температуры пиролиза данного вещества. Летучие продукты пиролиза потоком ra879460 за-носителя переводятся в хроматогра-.,— фическую колонку 5, где они разделяются с последующим детектированием разделенных компонентов на выходе из колонки 5 с помощью, например, пламенно-ионизационного детектора (на чертеже ке показан). После проведения хроматографического анализа летучих продуктов пиролиза камеру пиролиза 1 разгерметизируют, извлекают из нее спи- !О раль 2 и подготавливают спираль 2 для нанесения следующего образца. Камера г пиролиза может быть выполнена таким образом, что извлечение спирали 2 не приводит к нарушению процесса хромато- 15 графического анализа, Благодаря указанной форме выполнения спирали нижний участок спирали, на который наносится проба исследуемого твердого вещества, имеет более 20 равномерное распределение температур по длине. Это обусловлено тем, что верхний участок спирали в момент ее прогрева служит тепловым барьером для холодного потока газа-носителя ° 25 Как следствие более равномерного распределения температуры повышается воспроиэводимость условий пиролиза от анализа к анализу и, следовательно, повышается воспроизводимость и точ- Зр ность хроматографического анализа. Ф Кроме того, верхний участок спира- ли, контактирующий с внутренней поверх костью стеклянной или кварцевой труб35 ки служит направляющим элементом при установке спирали в камере пиролиза.. Это исключает воэможность контакта нижнего участка спирали со стенками камеры, что также способствует повыше-40 нию воспроизводимости условий пиролиза. Повышение воспроизводимости условий пиролиза. проб вещества от анализа к анализу обеспечивает то, что в 1,5 раза уменьшается количество анализов проб одного и того же вещества, необходимого для получения достоверных результатов. Это, в свою очередь при водит к увеличению производительности хроматографического анализатора, использующего данный пиролизер в 1,5 раза в сравнении с прототипом. Это обеспечивает экономический эффект около 138 тыс. руб. в год. Формула изобретения 1. Пиролизер для газовой хроматографии, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током спираль, установленную в камере пиролиза, канал для подвода газа-носителя в камеру пиролиза, канал для вывода газо- и паро— образных продуктов пиролиза в хроматографическую колонку, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения воспроизводимости хроматографического анализа продуктов пиролиза и надежности работы, нагреваемая током спираль имеет два участка, витки одного из которых размещены в горизонтальнйх плоскостях, а другого — в вертикальных плоскостях, причем участок спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, установлен за участком спирали с витками, расположенными в горизонтальных плоскостях, в напралении по потоку газа-носителя в камере пиролиза. 2. Пиролизер по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что средний виток участка спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, имеет больший диаметр, чем крайние витки этого участка. 3. Пиролизер по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что в камере пиролиза установлена съемная цилиндрическая трубка из стекла или кварца, внутренняя поверхность которой контактирует с внешней поверхностью участка спирали с витками, расположен— ными в горизонтальных плоскостях. 4. Пиролиэер по пп. 1-3, о т л и ч а ю шийся тем, что отношение длины участка спирали с витками, расположенными в вертикальных плос-. костях, к диаметру витков участка спирали с витками, расположенными в го— ризонтальных плоскостях, выбрано в интервале 0,7-0,8. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США I1- 3684454, кл . 23-253, 1972. 2. Патент США М 3179499, кл. 23-253, 1965. 3. Березкин В. Г. и др. Пиролитическая газовая хроматография. — "Журнал аналитической химии", том.XXVII вып. 5, 1972, с. 1038 (прототип). 879460 Заказ 9709/13 Тираж 910 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, Составитель Г. Винокурова Редактор Н. Коляда Техред E Гаврилешко Корректор Г. Назарова
