способ и устройство ввода пробы в газовый хроматограф

Формула изобретения

1. Способ ввода пробы в хроматограф, включающий подачу газа-носителя по линии подачи газа-носителя в камеру испарения, подачу пробы в камеру испарения, поступление части газового потока из камеры испарения в хроматографическую колонку и сбрасывание остальной части газа носителя в атмосферу, отличающийся тем, что подачу газа носителя в камеру испарения осуществляют по направлению, противоположному направлению движения испаренной пробы к хроматографической колонке.

2. Способ ввода пробы в хроматограф по п.1, отличающийся тем, что давление газа-носителя при подаче в камеру испарения стабилизируют.

3. Способ ввода пробы в хроматограф по п.1, отличающийся тем, что пробу подают в центральную область камеры испарения.

4. Способ ввода пробы в хроматограф по п.1, отличающийся тем, что испарение пробы проводят на поверхности наполнителя, расположенного в камере испарения.

5. Способ ввода пробы в хроматограф по п.4, отличающийся тем, что расположение входного торца хроматографической колонки в камере испарения регулируют относительно наполнителя.

6. Устройство ввода пробы в хроматограф, содержащее средство ввода жидкой пробы, камеру испарения, хроматографическую колонку, линию подачи газа-носителя и линию сброса газа-носителя в атмосферу, соединенные с камерой испарения, отличающееся тем, что линия сброса газа-носителя соединена с камерой испарения, а линия подачи газа-носителя соединена с противоположным концом камеры испарения.

7. Устройство ввода пробы в хроматограф по п.6, отличающееся тем, что на линии подачи газа-носителя установлен регулятор подачи газа носителя.

8. Устройство ввода пробы в хроматограф по п.6, отличающееся тем, что хроматографическая колонка соединена с камерой испарения с возможностью ее перемещения вдоль оси камеры испарения.

9. Устройство ввода пробы в хроматограф по п.6, отличающееся тем, что на линии сброса газа-носителя установлен регулятор сброса газа-носителя.

10. Устройство ввода пробы в хроматограф по п.6, отличающееся тем, что в камере испарения дополнительно расположен наполнитель.

11. Устройство ввода пробы в хроматограф по п.10, отличающееся тем, что наполнитель выполнен в виде стеклянных шариков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для хроматографического анализа состава веществ.

Известны метод и устройство для ввода жидких образцов проб в газовый хроматограф [1]. В данном изобретении температура камеры испарения подбирается равной или чуть выше температуры кипения исследуемой жидкой пробы. При впрыскивании с помощью шприца и последующем испарении части пробы в центре наполнителя образуется “холодной зона” и часть пробы в наполнителе остается в жидком состоянии. Наполнитель может быть выполнен в виде стекловаты. При дальнейшем нагревании камеры испарения происходит испарение оставшейся части пробы нагревателем и ввод ее с помощью газа-носителя в капиллярную колонку. Таким образом, происходит дозирование пробы, поскольку часть испаренной пробы сбрасывается через управляемый клапан в атмосферу на первой стадии ввода. Как один из возможных вариантов описано устройство, в котором создана дополнительная магистраль для организации возможности обратного противотока газа-носителя к камере испарения для сброса в атмосферу тяжелых компонентов пробы, которые не будут подаваться на капиллярную колонку для анализа. Сам ввод пробы может осуществляться в присутствии или временном отсутствии газа-носителя.

Недостатком является многостадийность процесса при введении пробы. Необходимо очень точно выдерживать температуру инжектора и знать заранее температуру кипения вводимой пробы.

Наиболее близким техническим решением по способу и устройству (прототип) является изобретение ввода пробы в газовый хроматограф [2].

Устройство содержит регулятор потока, испаритель, датчик пробы, соединенный с таймером через генератор импульсов, регулятор давления, соединенный через выходной канал с управляемым посредством таймера выходным отверстием, и хроматографическую колонку. В данном устройстве организованы два независимых потока газа-носителя, соединяющихся в узле перед входом в хроматографическую колонку.

Регулятор давления и игольчатый клапан настроены таким образом, чтобы обеспечить чуть большее давление в точке ввода пробы в хроматографическую колонку, чем появляющееся с регулятора потока давление потока газа-носителя в колене введения пробы при открытом выпускном отверстии. При этих условиях поток газа-носителя с регулятора потока проходит через испаритель, датчик, игольчатый клапан, выпускное отверстие и сбрасывается в атмосферу. В отсутствие пробы часть потока газа-носителя, поступающего через регулятор давления, проходит через хроматографическую колонку. При введении пробы посредством шприца в испаритель испаренная проба при помощи газа-носителя двигается к датчику, и, как только передний фронт испаренной пробы проходит через датчик, сигнал датчика запускает генератор импульсов, который, в свою очередь, запускает таймер, установленный на время закрытия выпускного отверстия при достижении пробы колена ввода перед хроматографической колонкой. При этом давление в колене ввода пробы за счет испаренной пробы возрастает, и часть пробы, преодолевая давление потока газа-носителя, поступающего через регулятор давления, проходит в хроматографическую колонку. После заранее установленного интервала, таймер открывает выпускное отверстие и оставшаяся часть пробы сбрасывается в атмосферу. Таким образом, отсечка излишней испаренной пробы происходит с помощью управляемого перепада давления двух независимых потоков газа-носителя.

Данный способ введения пробы в хроматографическую колонку предполагает наличие постоянного потока газа-носителя, через хроматографическую колонку, регулируемого с помощью регулятора давления, отдельную магистраль подачи испаренной пробы при помощи газа-носителя к хроматографической колонке. Дозирование и отсечка излишней пробы происходит за счет создания перепада давления, образующегося при испарении пробы в испарителе, транспортировки пробы с помощью газа-носителя в колено ввода пробы, открытия выпускного отверстия на заданное с помощью таймера время и одновременной отсечки и сброса части пробы в атмосферу.

Недостатком способа ввода пробы, который осуществляется с помощью данного устройства, является необходимость точного контроля времени включения регулятора выпускного отверстия, управляемого таймером, что приводит к усложнению проведения цикла анализа, а также неизбежное загрязнение датчика парами исследуемой пробы, что приводит к снижению чувствительности последнего и загрязнению последующей пробы, подаваемой на анализ. Наличие двух независимых магистралей с газом носителем усложняет конструкцию.

Предлагаемым изобретением решается задача точного дозирования анализируемой пробы при вводе ее в хроматографическую колонку с одновременным упрощением конструкции, реализующей указанный способ. Отличительным признаком данного способа является подача газа-носителя в камеру испарения в направлении, противоположном движению анализируемой пробы к хроматографической колонке.

Газ-носитель подается по линии подачи в камеру испарения при определенном стабилизированном давлении. Часть потока газа-носителя из камеры испарения поступает в хроматографическую колонку, остальная часть сбрасывается в атмосферу. Газ-носитель в камеру испарения подается в направлении, противоположном движению испаренной пробы к хроматографической колонке. Анализируемую пробу подают в центральную область камеры испарения. Испарение пробы проводят в верхней части камеры испарения на поверхности наполнителя, расположенного в камере испарения, при этом наполнитель выполнен в виде стеклянных шариков. Расположение входного торца хроматографической колонки в камере испарения регулируется относительно наполнителя. При испарении пробы происходит создание фронта волны давления испаренной пробы и последующее продвижение части испаренной пробы к хроматографической колонке. В этот момент давление испаренной пробы превышает давление поступающего в камеру испарения газа-носителя. При последующем снижении давления испаренной пробы вследствие ее диффузии в камере испарения происходит отсечка потоком газа-носителя части испаренной пробы в результате движения газа носителя навстречу движения фронта волны давления испаренной пробы. Время введения испаренной пробы в хроматографическую колонку и, как следствие, ее количество будут определяться временем выравнивания давления газа-носителя и испаренной пробы в камере испарения. При помощи регуляторов потока газа-носителя, расположенных на линии подачи и линии сброса, а также используя возможность перемещения хроматографической колонки вдоль оси камеры испарения, можно настраивать все устройство на определенное количество пробы, вводимой в хроматографическую колонку. Неиспользованная часть испаренной пробы будет сбрасываться в атмосферу по линии сброса из камеры испарения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фигурах 1 и 2.

Фиг.1 показывает общий вид предлагаемого устройства для ввода пробы в газовый хроматограф.

Фиг.2 показывает изменение степени разделения исследуемых компонентов в вводимой пробе. Фиг.2А соответствует хроматограмме, полученной при использовании стандартного устройства ввода пробы в газовый хроматограф. Фиг 2Б соответствует хроматограмме, полученной с помощью предлагаемого способа и устройства.

Для реализации указанного способа предлагается устройство, реализующее данный способ введения пробы в хроматографическую колонку

Устройство ввода пробы в хроматограф (фиг.1) содержит камеру испарения 3, хроматографическую колонку 8, соединенную с детектором 9, линию подачи 1 газа-носителя и линию сброса 6 газа-носителя в атмосферу, соединенные с камерой испарения 3. Линия подачи 1 газа-носителя соединена с противоположным концом камеры испарения 3 относительно линии сброса 6 газа-носителя. На линии подачи 1 газа-носителя установлен регулятор подачи 2 газа-носителя. Хроматографическая колонка 8 соединена с камерой испарения 3 с возможностью ее перемещения вдоль оси камеры испарения. На линии сброса 6 газа-носителя установлен регулятор сброса 7 газа-носителя. В камере испарения 3 дополнительно расположен наполнитель 4, выполненный в виде стеклянных шариков. Камера испарения находится в термостате 10. Исследуемая проба вводится в камеру испарения 3 посредством средства ввода жидкой пробы 11 через самоуплотняющуюся мембрану 12.

Устройство ввода пробы работает следующим образом.

Газ-носитель подается по линии подачи 1 газа-носителя через регулятор подачи 2 в камеру испарения 3 по направлению к линии ввода 5 пробы, в камере испарения происходит разделение потока газа-носителя. Часть потока сбрасывается по линии сброса 6 через регулятор сброса 7 в атмосферу, а другая часть поступает в хроматографическую колонку 8. При вводе пробы посредством средства ввода жидкой пробы 11 через самоуплотняющуюся мембрану 12 проба испаряется в камере испарения 3, содержащей наполнитель 4. Создается фронт давления испаренной пробы, заполняющий камеру испарения 3, часть испаренной пробы поступает в хроматографическую колонку 8 и детектор 9, а другая часть выносится из него потоком газа носителя по линии сброса 6. Давление газа-носителя выбрано таким образом, что поступление пробы в колонку прерывается при падении давления испаренной пробы до давления газа-носителя, которое выше атмосферного.

Данное устройство позволяет реализовать способ, согласно которому подача газа-носителя в камеру испарения происходит в направлении, противоположном движению анализируемой пробы к хроматографической колонке.

В результате точного дозирования испаренной пробы создаются оптимальные условия для ввода пробы в хроматографическую колонку и, как следствие, качественное разделение компонентов пробы при одновременном упрощении конструкции.

На основе предлагаемого способа и устройства ввода пробы проводился анализ проб, в частности, сравнивались высота, площадь, ширина и время выхода пиков пробы этанола объемом 0,4 мкл.

Способ ввода пробы и устройство ввода пробы в газовый хроматограф были реализованы в газовом хроматографе “Кристалл-2000” с капиллярной колонкой НР-FFAP 50м×0,32мм×0,52мкм и пламенно-ионизационным детектором для определения содержания токсичных микро примесей в спиртах и водках по ГОСТ Р51698-2000. Были установлены следующие параметры системы: температура инжектора 180°С, температура хроматографической колонки 75°С в течение 5 мин. с программированием температуры со скоростью 10°С/мин до 135°С, температура пламенно-ионизационного детектора - 220°С, расход газа-носителя через колонку - 1,4 см³/мин, длительность хроматографического анализа - 10 мин.

На (фиг.2А) приведена хроматограмма, из которой следует, что устройство ввода пробы в типовом хроматографе приводит к значительной перегрузке хроматографической колонки парами испаренной пробы и, как следствие, значительной затяжке задних фронтов пиков, что приводит к снижению чувствительности хроматографа. На (фиг.2Б) показана хроматограмма анализа той же пробы, содержащей этанол, по предлагаемому способу ввода. Ввод пробы в хроматографическую колонку осуществляется только при избыточном давлении испаренной пробы, резко уменьшается ширина, и значительно увеличивается высота пиков компонентов исследуемой пробы, улучшается степень разделения компонентов.

Предложенный способ и устройство ввода пробы в газовый хроматограф обеспечивают высокое качество ввода пробы при простоте реализации конструкции.

Источники информации, принятые во внимание:

1. Патент США №5347844, МКИ G 01 N 30/12, опубл. 20.09.1994 г.

2. Патент США №3668834, МКИ В 01 D 15/08, опубл. 13.06.1972 г. (прототип).