Акустический детектор для газовой хроматографии

АКУСТИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ
Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно к средствам измерений концентраций компонентов при газовом хроматографическом анализе.
Известен акустический детектор для газовой хроматографии (Фарзане Н.Г, Илясов Л.В Автоматические детекторы газов. М: Энергия, 1972, С168), содержащий рабочую и сравнительную камеры, в которых расположенный пьезокерамические элементы (излучатель и приемник акустических колебаний ), подключенные к входу и выходу электронных усилителей. Камеры включены по дифференциальной схеме. Разность скорости ультразвука в рабочей и сравнительной камерах, пропорциональная разности частот самовозбуждения их усилителей. Эта разность подается на смеситель, где выделяется и усиливается частота биений. Для записи хроматограммы в схеме предусмотрен преобразователь частоты в напряжение.
Недостатком данного детектора является сложность конструкции и необходимость использования дополнительного преобразователя частотанапряжение для регистрации хроматограммы с помощью автоматических потенциометров, которые обычно включаются в состав хроматографов.
Наиболее близким по технической сущности является акустический детектор для газовой хроматографии (Негретов, Ю.Б. Акустотермический детектор для газовой хроматографии. Баку АзНИФТЕХИМ, 1989, Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук), содержащий проточную камеру, выполненную в виде трубки, в одном торце которой размещен источник акустических колебаний, а другой торец закрыт крыпшой, снабжевоной выходным штуцером, штуцер газа-носителя, вмонтированный в стенку камеры между ее торцами, штуцер
2003115562
linpiifippiinppiii
МПК:7 G01N30/76
вспомогательного газа, вмонтированный в стенку камеры между штуцером газа-носителя и источник акустических колебаний, и терморезистор, размещенный внутри камеры на ее оси и подключенный к неуравновешенному электрическому мосту. В основу работы детектора положено возбуждении стоячей акустической волны в трубке с помощью источника акустических колебаний и измерение изменений температуры терморезистора, вызванных изменением расположения стоячей волны в трубке при поступлении в нее с газом-носителем детектируемых компонентов из хроматографической колонки.
Сигналом данного детектора является разбаланс неуравновешенного электрического моста, который является функцией концентрации компонента и его молекулярной массы.
Недостатком данного детектора является необходимость использования дополнительного аналогового цифрового преобразователя для подключения детектора к современнойкомпьютерной системе обработки
хроматографической информации.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение подключения акустических детекторов к компьютерной системе обработки хроматографической информации.
Технический результат достигается тем, что акустический детектор для газовой хроматографии содержаш51Й проточную камеру, выполненную в виде трубки, в одном торце который размещен источник акустических колебаний, а в другом -крышка, снабженная выходным штуцером, между торцами камеры в её стенку вмонтирован штуцер газа-носителя, между штуцером газа-носителя и источник акустических колебаний в стенка камеры вмонтирован штуцер дополнительного газа, согласно полезной модели, дополнительно содержит приемник акустических колебаний, размещенный в отверстии трубки, расположенном между штуцерами вспомогательного газа и газа-носителя, приемник акустических колебаний подключен к микрофонному входу звуковой платы системного блока персонального
компьютера, при этом системный блок дополнительно содержит вторую звуковую плату, которая совместно с первой звуковой платы подключена к общей шине персонального компьютера, при этом аналоговый выход второй звуковой платы через усилитель подключен к источнику акустических колебаний.
Такая конструкция позволяет упростить согласования акустических детекторов с компьютером, так как предусматривает непосредственное подключение акустического детектора к стандартным устройствам системного блока - звуковым платам, и как следствие, обеспечивает простоту и комплектность обработки сигнала детектора с помощью компьютера.
По сравнению с прототипом, заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупность элементов и их взаимном размещением.
Схема детектора изображена на фиг. 1.
Акустический детектор для газовой хроматографии содержит проточную камеру 1, выполненную в виде трубки, в торце 2 которой размещен источник акустических колебаний 3, а в торце 4- крышка 5, снабженная выходным штуцером 6. Между торцами 2 и 4 в стенку 7 камеры 1 вмонтирован штуцер 8 газа-носителя, а между пггуцером 8 газа-носителя и источником 3 акустических колебаний в стенку 7 камеры 1 вмонтирован штуцер 9 вспомогательного газа. Детектор также содержит приемник 10 акустических колебаний, расположенный в отверстии 11, расположенном между штуцерами 9 и 8.
Приемник 10 акустических колебаний подключен к микрофонному входу 12 звуковой платы 13 системного блока 14 персонального компьютера 15, Дополнительно содержит вторую звуковую плату 16, которая совместно со звуковой платой 13 подключены к общей шине 17 персонального компьютера 15 . Аналоговый выход 18 звуковой платы 16 через электронный усилитель 19 подключен к источнику 3 акустических колебаний. Монитор 20
сх
3
персонального компьютера 15 подключен к системному блоку 14 через общую шину 17.
Работа акустического детектора осуществляется следующим образом.
В камеру 1 акустического детектора через штуцер 8 и 9 непрерывно подают соответственно поток газов из хроматографической колонки и поток вспомогательного газа, в качестве которого обычно применяют газ, используемый в качестве газа-носителя в хроматографической колонке (гелий, водород, азот). Газовые потоки покидают камеру 1 через штуцер 6. С аналогового выхода 18 звуковой платы 16 через электронный усилитель 19 и источник 3 подают электрический гармонические колебаний выбранной частоты. В результате источник 3 создает акустические колебания, которые распространяются в камеру 1 вдоль ее оси. Эти колебания отражаются от крышки 5 и при определенных условиях складываются с акустическими колебаниями, создаваемыми источником 3. При этом в камере 1 возникает стоячая акустическая волна (Поль Р.В. Механика, акустика и учение о теплоте, М.: Наука, 1971,с. 250ч-253).
В узлах и пучностях стоячей акустической волны происходят сложные процессы тепло- и массобомена, вызванные изменением скорости молекул и поглощением энергии газом (Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике М.: Иностр. Лит., 1956, с.143-ь144) .
Когда из хроматографической колонки через штуцер 8 в камеру 1 поступает только газ-носитель, интенсивность акустических колебаний воспринимаемых приемником 10, приобретает некоторое постоянное значение. Эти акустические колебания преобразуются с помощью приемника 10 в электрические колебания, которые через микрофонный вход 12 вводятся в звуковую палату 13, а затем - в общую шину 17.
Когда из хроматографической колонки в часть камеры 1 вместе с газом носителем поступает очередной детектируемый компонент, отличающийся от газа-носителя физико-химическим свойством, на отрезке от штуцера 8 до приемника 5 изменяется скорость звука и коэффициент поглощения
х
акустических колебаний. Это приводит к некоторому смещению стоячей волны и изменению интенсивности акустических колебаний, воспринимаемых приемником 10. Эти изменения определяются объемной концентрацией детектируемого компонента в газе-носителе и физикохимическим свойством этого компонента.
Проверка работоспособности предлагаемого детектора была вьшолнена на экспериментальной установке, включающей макет акустического детектора и персонального компьютера с двумя звуковыми платами. Макет акустического детектора представил собой трубку длиной 420 мм, внутренним диаметром 3 мм, штуцер газа-носителя был расположен на расстояний 105 мм от крышки, а окно, в котором размещался микрофон устанавливался на расстояний 105 мм от излучателя. В качестве источника акустических колебаний использовалось электромагнитная капсула типа ДЭМШ а в качестве приемника - миниатюрный электретный микрофон типа НМО0603А. В качестве газа-носителя и вспомогательного газа использовался воздух. Прихчем расходы потоков устанавливались равными 1л/ч. Частота колебания применялась 500 Гц, а сигнал микрофона, поступающий через звуковую плату в компьютер, обрабатывался в пакте MATLAB 6.5. При этом вычислялась мощность акустического сигнала. Для анализа использовалось следующие газы: гелий, метан, двуокись углерода. Было установлено, что сигнал акустического детектора связан с молекулярной массой, а порог чувствительности детектора составляет 10 %об.
Предлагаемый акустический детектор может быть реализован на базе стандартных источников и приемников акустических колебаний и персонального компьютера.
Он может найти применение для определения концентрации компонентов в газовой хроматографии, также в качестве автоматического анализатора состав бинарных и псевдобинарных газообразных сред.
Преимущество предлагаемого технического решения является:
-возможность непосредственного подключения акустических детекторов к компьютеру.
-низкая стоимость.
/х