устройство для парофазного анализа твердой пробы

Формула изобретения

Устройство для парофазного анализа твердой пробы, содержащее последовательно соединенные детектор, аналитическую колонку, испаритель, устройство для подготовки и ввода пробы, включающее шлюзовую камеру, состоящую из корпуса и поворотной головки, которые имеют цилиндрический канал одного диаметра, держатель твердой пробы в виде контейнера с калиброванным отверстием, трехходовой кран, вход которого имеет штуцер для подачи газа-носителя, а его выходы соответственно соединены с корпусом шлюзовой камеры и держателем твердой пробы, корпус шлюзовой камеры закреплен на испарителе таким образом, что цилиндрический канал корпуса является продолжением канала испарителя, а поворотная головка закреплена на корпусе с возможностью поворота на угол 90°.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к газовой хроматографии, и может быть использовано в лабораторной практике, органическом синтезе, экологических исследованиях, а также для определения подлинности пищевых продуктов, лекарственных препаратов, и т.д.

Одним из методов аналитической химии является парофазный анализ, метод определения состава жидкостей и твердых тел, основанный на химическом анализе контактирующей с ними газовой фазы. Имеются специальные автоматические анализаторы и приставки к газовым хроматографам, позволяющим проводить парофазный анализ.

Известен ряд приспособлений для осуществления парофазного анализа. Простейшее из них представляет собой сосуд с резиновым уплотнением, в который помещают анализируемый объект и из газового пространства которого после установления равновесия отбирают газовым шприцем либо краном-дозатором пробу паровой фазы (К.И.Сакодынский, В.В.Бражников, С.А.Волков и др. Аналитическая хроматография. - М.: Химия, 1993. - 464 с.).

Анализ этих технических решений показал, что они в силу своих конструктивных особенностей либо достаточно сложны (при приемлемой достоверности идентификации), либо выполнены просто, но достоверность идентификации недостаточна.

Известно устройство, состоящее из обогреваемого медного блока (испаритель), в который устанавливается цилиндрический стеклянный сосуд (контейнер) с анализируемой твердой пробой. Сосуд закрывается мембраной из силиконовой резины, через которую паровая фаза отбирается шприцем и вводится в хроматограф (Хахенберг X. и др. Газохроматографический анализ равновесной паровой фазы. М.: Мир, с.96).

Основной недостаток этого метода - возможная адсорбция анализируемых веществ стенками сосуда, шприца и мембраной, что приводит к погрешности измерений. Чтобы избежать попадания частиц уплотняющей мембраны в процессе ее прокалывания, устанавливают в канале для ввода шприца направляющую втулку с защитным элементом (а.с. №1343346, G01N 30/18, 1987) или особым образом формируют канал для ввода шприца (патент РФ №2069364, G01N 30/18, 1996).

Известно использование газовых хроматографов, снабженных устройствами для ввода твердых проб, для исследования препаратов, содержащих летучие газы (а.с. №343216, G01N 31/08, 1972). Устройство для ввода пробы состоит из трубки с двумя кранами, которая крепится на нагревательном блоке (испаритель), соединенным с хроматографической колонкой и имеющим ввод для газа-носителя.

Недостаток этого устройства заключается в том, что оно имеет два крана и при введении пробы в испарительную камеру в нее попадают продукты окружающей воздушной среды, что искажает результаты анализа.

Для предотвращения попадания продуктов окружающей среды устройство для подачи твердой пробы в хроматограф снабжают запорным устройством, как, например, в хроматографе " Цвет-100" (Техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.998.015 ТО, 1972).

Конструктивное построение хроматографов основано на взаимозаменяемых узлах, к которым относятся детекторы, испарители, автоматические краны-переключатели, хроматографические колонки, устройства подготовки и ввода проб и другие узлы, необходимые для решения конкретных задач. Устройства ввода пробы зачастую более важны для получения нужного результата. Правильно подобранные устройства экономят время, улучшают воспроизводимость результатов, снижают требования к квалификации оператора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является хроматограф "Кристалл", выпускаемый ЗАО СКБ Хроматэк с устройством для ввода твердых проб в газовый хроматограф, состоящее из цилиндрического корпуса, один конец которого выполнен в виде штуцера, предназначенного для соединения с испарителем газового хроматографа, а к другому концу, соосно и герметично присоединен съемный цилиндрический корпус механизма транспортирования пробы, выполненного в виде штока с соосно присоединенным к нему контейнером для пробы и имеющего возможность совершать возвратно-поступательные движения, на этом же конце корпус устройства снабжен радиальным выступом, в канале которого размещен запорный механизм, выполненный в виде поршня из эластичного материала со ступенчатым штоком, снабженным уплотнительным элементом, другой уплотнительный элемент установлен в отверстии корпуса механизма транспортировки пробы, при этом диаметр упомянутого канала больше диаметра отверстия для прохождения контейнера с пробой, а длина поршня больше диаметра этого отверстия (патент РФ №2205399, МПК G01N 30/16, 2003).

Основной недостаток устройства ввода твердой пробы данного хроматографа заключается в использовании эластичного поршня, перекрывающего канал ввода контейнера с пробой, поскольку газы, в большом количестве выделяемые материалом пробки, могут существенно исказить результаты анализа. Кроме того, эксплуатация устройства имеет некоторые сложности, а именно: после ввода контейнера с пробой в испаритель, шток (держатель контейнера) должен быть вывернут из контейнера и приподнят для обеспечения свободного прохода газа-носителя в контейнер. После проведения анализа для извлечения контейнера из испарителя шток должен быть повторно ввернут в контейнер, что может вызвать затруднения у обслуживающего персонала.

Задачей изобретения является разработка устройства для парофазного анализа твердых веществ, позволяющего определить подлинность пищевых продуктов и лекарственных препаратов.

Технический результат заключается в повышении достоверности идентификации исследуемых объектов при одновременном упрощении как самого устройства, так и его эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что устройство для парофазного анализа твердой пробы содержит последовательно соединенные детектор, аналитическую колонку, испаритель, устройство для подготовки и ввода пробы, включающее шлюзовую камеру, состоящую из корпуса и поворотной головки, которые имеют цилиндрический канал одного диаметра, и держатель твердой пробы в виде контейнера с калиброванным отверстием, трехходовой кран, вход которого имеет штуцер для подачи газа-носителя, а его выходы соответственно соединены с корпусом шлюзовой камеры и держателем твердой пробы, причем корпус шлюзовой камеры закреплен на испарителе таким образом, что, цилиндрический канал корпуса является продолжением канала испарителя, а поворотная головка закреплена на корпусе с возможность поворота на угол 90°.

Устройство парофазного анализа дает возможность при достаточно простой конструкции, удобстве эксплуатации и экспрессивности анализа повысить достоверность идентификации исследуемых объектов, за счет уменьшения влияния посторонних газов, выделяемых материалами уплотнений. Устройство позволяет вводить твердую пробу непосредственно в испаритель.

На фиг.1 (а, б) представлена схема устройства для парофазного анализа твердой пробы, на фиг.2 - хроматограммы исследуемого (а) и стандартного образца (б) ампицилина.

Устройство состоит из детектора 1, аналитической колонки 2, испарителя 3, шлюзовой камеры 4, состоящей из корпуса 5 и поворотной головки 6, имеющих цилиндрический канал одного диаметра, причем корпус 5 закреплен на испарителе 3 таким образом, что, цилиндрический канал корпуса 5 является продолжением канала испарителя 3, держателя твердой пробы в виде контейнера 7, трехходового крана 8. Поворотная головка 6 поджата к корпусу 5 пружиной 9 и может поворачиваться вокруг оси 10, жестко закрепленной в корпусе 5, на угол 90°. Герметичность данного соединения обеспечивается тефлоновой прокладкой 11. Поворотная головка 6 может занимать только два фиксированных положения: «подготовка пробы» и «ввод пробы».

Цилиндрический канал поворотной головки 6 шлюзовой камеры 4 при вводе в него держателя твердой пробы 7 герметизируется уплотнительным кольцом 12 с помощью затяжной резьбовой гайки 13. Ось канала поворотной головки 6 в положении, когда держатель твердой пробы 7 введен в испаритель 3, совпадает с каналом корпуса 5 (положение поворотной головки 6 - «ввод пробы»). Корпус 5 шлюзовой камеры 4 имеет штуцер 14 для подачи газа-носителя в испаритель 3.

Трехходовой кран 8 имеет штуцер 15 для подачи газа-носителя в устройство и соединен с помощью трубки 16 со штуцером 14 корпуса 5 шлюзовой камеры 4, а с помощью трубки 17 с держателем твердой пробы (далее контейнер) 7.

Контейнер 7 твердых проб представляет собой заглушенную с одного конца трубку. Заглушка трубки выполнена в виде ввинчивающейся пробки с калиброванным отверстием малого диаметра (не показана), которое предназначено для инжекции газа-носителя и захваченных им летучих компонентов анализируемого вещества в аналитическую колонку 2. Диаметр отверстия выбирается таким образом, чтобы размер кристаллов (гранул) анализируемого вещества был больше вышеупомянутого диаметра (то есть вещество не должно просыпаться через отверстие).

«Подготовка пробы» - режим работы устройства, при котором возможно извлечение контейнера 7 с анализируемой пробой с целью замены его на аналогичный с веществом для следующего анализа. В этом режиме работы трехходовой кран 8 находится в положении, при котором газ-носитель поступает не в контейнер 7 твердых проб, а непосредственно в корпус 5 шлюзовой камеры 4 через трубку 16 и далее через канал испарителя 3 в аналитическую колонку 2 (положение крана - «обход»).

«Ввод пробы» - основной режим работы устройства, при котором контейнер 7 твердых проб полностью введен в испаритель, а трехходовой кран 8 находится в положении, обеспечивающем подвод газа-носителя к контейнеру 7 твердых проб через трубку 17, что позволяет газу-носителю увлекать легколетучие компоненты анализируемого вещества (положение крана - «рабочее положение»).

Алгоритм работы устройства таков: контейнер 7 твердых проб, на 1/3 заполненный анализируемым веществом, вставляется в канал поворотной головки 6; после этого поворотная головка вместе с контейнером 7 переводится в положение, при котором оси каналов корпуса 5 и поворотной головки 6 совпадают (см. выше); затем контейнер 7 вместе с помещенным в него анализируемым веществом вдвигается через корпус 5 в испаритель 3 (сверху вниз до упора). С целью недопущения потери газа-носителя канал поворотной головки 6 дополнительно герметизируется уплотнительным кольцом 12, обжатие которого проводится путем затяжки резьбовой втулки 13. После этого трехходовой кран 8 переводится в «рабочее положение», подбираются необходимые режимы и проводится анализ. В аналитической колонке 2 концентрируются летучие компоненты анализируемого объекта, время концентрирования экспериментально подбирается в зависимости от вида и качества объекта анализа. Подъем температуры аналитической колонки устанавливается в режиме программирования (режим подбирается практически). Разделение паровой фазы на отдельные компоненты фиксируется детектором 1, хроматограмма снимается регистрирующим устройством (не показано). Со стандартным образцом проводят аналогичную операцию.

По окончании анализа контейнер 7 твердых проб может быть удален из испарителя 3, для чего сначала ослабляется затяжка резьбовой втулки 13 (тем самым снимается обжатие уплотнителя 12), что дает возможность вывести контейнер 7 из канала испарителя 3 и корпуса 5 шлюзовой камеры 4 (при этом сам контейнер 7 должен остаться в канале поворотной головки 6); затем трехходовой кран 8 переводится в положение «обход». После этого поворотная головка 6 вместе с контейнером 7 переводится в положение «подготовка пробы», при этом канал корпуса 5 перекрывается самой поворотной головкой 6.

Полученные хроматограммы анализируемого объекта и стандартного образца сравнивают между собой по времени удерживания отдельных пиков, их величине и взаимному расположению.

Полное совпадение хроматограмм свидетельствует об идентичности стандартов образца и анализируемого вещества.

Пример. Проводился анализ образца ампицилина. На фиг.2 (а, б) представлены хроматограммы исследуемого и стандартного образцов. Условия проведения анализа:

Хроматограф	«Цвет-500»
колонка	насадочная, стеклянная, длина 1 м
сорбент	SE-30
детектор	пламенно-ионизационный
температура детектора °С	135
температура испарителя, °С	150
температура колонки, °С	120
скорость программирования, град/мин	10
газ-носитель	водород
скорость потока газа-носителя, дм/ч	0,048-0,072
скорость потока воздуха, дм 3/ч	18
скорость потока водорода, дм3/ч	1,8
высота столба порошка исследуемого вещества	50-80 мм

Полученные хроматограммы анализируемого объекта и стандартного образца ампицилина совпадают по времени удерживания пиков, взаимному расположению, соотношению площадей, поэтому можно констатировать подлинность данного препарата.

Предложенное устройство для парофазного анализа твердых веществ может быть выполнено на базе, например, хроматографа " Цвет-500" и позволит расширить возможности газовой хроматографии, определить подлинность анализируемых объектов, повысить достоверность и экспрессивность анализа.