ГАЗОВЫЙ ХРОМАТОГРАФ

Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно к хроматографическим анализаторам состава многокомпонентных газовых сред.
Известен газовый хроматограф для анализа состава газа, содержащий стабилизатор расхода газа-носителя, к выходному штуцеру которого последовательно по потоку последнего подключены дозатор, хроматографическая колонка и газовый детектор (Айвазов Б.В. Основы газовой хроматографии - М.: Высшая школа, 1977 - С. 14). В данном хроматографе в процессе анализа постоянная по объему проба анализируемой газообразной среды вводится дозатором в хроматографическую колонку, а затем при транспортировке потоком газа-носителя за счет многократного повторения актов адсорбции и десорбции, происходящих в колонке, она разделяется на отдельные компоненты. Эти компоненты попадают в газовый детектор и вызывают его сигнал, который для каждого компонента имеет форму пика. Площади пиков после предварительной калибровки газового хроматографа используются для определения концентрации компонентов в анализируемой газовой среде.
Недостатком такого газового хроматографа является то, что он обеспечивает только количественный хроматографический анализ состава многокомпонентных сред.
Наиболее близким по технической сущности является газовый хроматограф (Вигдергаус М.С. и др. Качественный хроматографический анализ. М.: Недра, 1978 г., с. 158-160), содержащий корпус, в котором расположены последовательно включенные стабилизатор расхода газа-носителя, дозатор проб анализируемой среды и хроматографическую колонку, а также основной и вспомогательный газовые детекторы и идентификатор компонентов.
В таком хроматографе идентификация компонентов анализируемой среды осуществляется по спектрохроматограмме, для получения которых необходимо проведение предварительных трудоемких экспериментальных исследований. Эти исследования осуществляются с помощью идентификации компонентов и имеют сложную конструкцию, включающую набор хроматографических колонок с различными адсорбентами, кран-переключатель, вентиль и вспомогательный газовый детектор, а также они требуют участия человека в работе хроматографа.
Недостатком такого хроматографа являются сложность проведения качественного хроматографического анализа многокомпонентных смесей и необходимость предварительного получения спектрохроматограмм отдельных компонентов.
Проблемой полезной модели является создание газового хроматографа, способного осуществлять не только количественный, но и качественный анализ анализируемой среды путем идентификации компонентов.
Технический результат - расширение функциональных возможностей газового хроматографа за счет проведения идентификации многокомпонентных газовых сред по молекулярным массам.
Технический результат достигается тем, что газовый хроматограф, содержащий корпус, в котором расположены последовательно включенные стабилизатор расхода газа-носителя, дозатор проб анализируемой среды и хроматографическая колонка, а также основной и вспомогательный газовые детекторы и идентификатор компонентов, согласно полезной модели дополнительно содержит дополнительный стабилизатор расхода газа-носителя и тройник, при этом идентификатор компонентов содержит две диффузионные ячейки, каждая из которых состоит из подающей и принимающей камер, разделенных пористой мембраной и снабженных входными и выходными штуцерами, причем выход хроматографической колонки через тройник подключен к основному газовому детектору и к входному штуцеру подающей камеры первой диффузионной ячейки, выходной штуцер принимающей камеры этой диффузионной ячейки соединен с входным штуцером подающей камеры второй диффузионной ячейки, а выходной штуцер принимающей камеры второй диффузионной ячейки соединен со вспомогательным газовым детектором, при этом входные штуцеры принимающих камер диффузионных ячеек соединены с дополнительным стабилизатором расхода газа-носителя, причем выходные штуцеры подающих камер обеих диффузионных ячеек соединены с атмосферой, кроме того, конструкция вспомогательного газового детектора идентична конструкции основного газового детектора.
Такая конструкция обеспечивает измерение молекулярной массы детектируемых компонентов путем двукратного повторения диффузии этих компонентов через пористые мембраны двух диффузионных ячеек, измерения площадей импульсных сигналов для каждого компонента до и после диффузии и вычисления отношения площадей пиков, полученных после проведения диффузии. При соответствующем подборе эффективного диаметра пор мембран названное отношение пропорционально молекулярной массе детектируемых компонентов, что определяет возможность их идентификации по этой физической величине.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема газового хроматографа показана на фиг. 1, а на фиг. 2 - хроматограмма, поясняющая его работу.
Газовый хроматограф содержит корпус 1, в котором расположены последовательно включенные стабилизатор расхода 2 газа-носителя, дозатор 3 проб анализируемой среды и хроматографическая колонка 4, а также основной 5 и вспомогательный 6 газовые детекторы и идентификатор компонентов 7. Он дополнительно содержит дополнительный стабилизатор расхода 8 газа-носителя и тройник 9, при этом идентификатор компонентов содержит две диффузионные ячейки 10 и 11, каждая из которых состоит из подающей 12, 13 и принимающей 14, 15 камер, разделенных пористой мембраной 16, 17 и снабженных входными 18-21 и выходными 22-25 штуцерами, причем выход хроматографической колонки через тройник 9 подключен к основному газовому детектору и к входному штуцеру 18 подающей камеры 12 первой диффузионной ячейки 10, выходной штуцер 23 принимающий камеры 14 этой диффузионной ячейки соединен с входным штуцером 19 подающей камеры второй диффузионной ячейки 11, а выходной штуцер 25 принимающей камеры 15 второй диффузионной ячейки 11 соединен со вспомогательным газовым детектором 6, при этом входные штуцеры 20 и 21 принимающих камер диффузионных ячеек соединены с дополнительным стабилизатором расхода газа-носителя 8, причем выходные штуцеры 22 и 24 подающих камер обеих диффузионных ячеек соединены с атмосферой, кроме того, конструкция вспомогательного газового детектора идентична конструкции основного газового детектора.
Газовый хроматограф работает следующим образом. С помощью источника газа-носителя 2 через дозатор 3, хроматографическую колонку 4 создается расход газа-носителя, например, гелия. Дозатором 3 в поток газа-носителя вводится проба многокомпонентной анализируемой среды. С выхода хроматографической колонки газ-носитель поступает через тройник 9 в основной газовый детектор 5 и идентификатор компонентов 7, а именно в подающую камеру 12 первой диффузионной ячейки 10. С помощью основного газового детектора 5 осуществляется количественный анализ многокомпонентной анализируемой среды, а с помощью идентификатора компонентов 7 - качественный анализ этой среды. В идентификаторе 7 в процессе протекания потока газа-носителя с каким-либо компонентом через подающую камеру 12 первой диффузионной ячейки 10 молекулы компонента частично диффундируют через пористую мембрану 16 и попадают в приемную камеру 14 этой ячейки. В эту же камеру через штуцер 20 с постоянным объемным расходом подается поток газа-носителя от стабилизатора расхода 8. Поток газа-носителя подхватывает продиффундировавшие молекулы, например компонента А, и транспортирует их через входной штуцер 19 второй диффузионной ячейки 11 в подающую камеру 13. В процессе протекания потока газа-носителя через подающую камеру 13 часть молекул газа-носителя диффундирует через пористую мембрану 17 в приемную камеру 15 второй диффузионной ячейки 11. Остальные молекулы этого компонента сбрасываются через выходной штуцер 24 в атмосферу. Продиффундирующие в камеру 15 молекулы компонента А подхватываются потоком газа-носителя, поступающего через входной штуцер 21 от стабилизатор расхода 8, и направляются во вспомогательный газовый детектор 6.
1
2
a
a
a
a
B
B
C
C
За время протекания компонента А через камеру 12 на хроматограмме (фиг. 2а) регистрируется сигнал основного детектора 5, соответствующий этому компоненту. Так же осуществляется регистрация сигнала компонента А, поступающего от вспомогательного детектора 6 (фиг. 2б). На фиг. 2а и 2б: U и U сигналы основного и дополнительного детекторов, τ - время. Компьютер вычисляет площади пиков S и S' на хроматограммах (фиг. 2а) и (фиг. 2б), а затем рассчитывает отношения этих площадей S/S', которое несет информацию о молекулярной массе компонента А. Аналогично измеряется (по отношениям площадей S/S', S/S' и т.д.) молекулярная масса компонентов В, С и т.д. Таким образом, в процессе хроматографического анализа предложенный газовый хроматограф формирует информацию, которая обеспечивает двукратные измерения концентрации каждого компонента и определение его молекулярной массы. Информация о молекулярной массе компонентов, разделяемых на хроматографе, позволяет осуществлять их идентификацию по соответствующим справочным данным.
Преимуществами технического решения являются:
- простота конструкции;
- возможность двукратного измерения концентрации компонентов при хроматографическом анализе, что обеспечивает большую точность измерений;
- возможность осуществления идентификации компонентов, то есть качественный анализ.
Хроматограф может найти применение для измерения концентраций и автоматической идентификации компонентов в газовой хроматографии.