ТЕРМОКОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

Полезная модель относится к аналитической технике, а именно, к детекторам газовой хроматографии.
Известен термокондуктометрический детектор (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-Заде А.Ю. Технологические измерения и приборы. М.: Выш. шк., 1989 - стр.298-300), содержащий измерительную и сравнительную камеры с входными и выходными штуцерами и размещенными в них, соответственно, измерительным и сравнительным терморезисторами, подключенными к неуравновешенному электрическому мосту, и электронный потенциометр, подключенный к неуравновешенному мосту. При хроматографическом анализе в сравнительную камеру детектора всегда поступает газ-носитель, а в измерительную камеру - газовая смесь из хроматографической колонки, содержащую помимо газа-носителя детектируемые компоненты. При поступлении в измерительную камеру детектора газовой смеси, содержащей детектируемый компонент, изменяются условия теплопередачи в измерительной камере, а в сравнительной камере -условия теплопередачи остаются прежними. Поэтому изменяется сопротивление измерительного терморезистра, что вызывает разбаланс электрического неуравновешенного моста, регистрируемый электронным потенциометром.
Недостатком данного термокондуктометрического детектора является то, что из-за большого объема камер он имеет большую постоянную времени и не позволяет получить хроматограмму с использованием капиллярных колонок.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является вакуумный термокондуктометрический детектор (Эль-Холиби М.
Вакуумный термокондуктометрический детектор газов: Дис. канд. техн. наук: - Тверь, 1993. - 162 с.), содержащий измерительную и сравнительную камеры с входными и выходными штуцерами и размещенными в них, соответственно, измерительным и сравнительным терморезисторами, подключенными к неуравновешенному электрическому мосту, выходные штуцеры измерительной и сравнительной камер подключены к входу вакуумного насоса, входные штуцера сравнительной и измерительной камер через дроссельные интерфейсы подключены к дополнительной линии газа-носителя и хроматографической колонке, снабженных переменными дросселями, и электронный потенциометр, подключенный к неуравновешенному мосту.
В процессе работы газовая смесь из хроматографической колонки и газ-носитель из дополнительной линии поступают в дроссельный интерфейс, из которых только часть газовой смеси и газа-носителя поступают через дроссельные интерфейсы в непрерывно вакуумируемые измерительную и сравнительную камеры детектора, теплопроводность газовой смеси меняется, условия геплопередачи в измерительной камере изменяются, а в сравнительной камере условия теплопередачи остаются прежними. Изменяется сопротивление измерительного терморезистора, что вызывает разбаланс электрического неуравновешенного моста, регистрируемый электронным потенциометром. Вакуумирование камер детектора многократно уменьшает его инерционность и позволяет использовать в анализе капиллярные хроматографические колонки даже совместно с газовыми детекторами, имеющими значительный объем измерительной камеры.
Недостатком такого детектора является то, что он обладает различной чувствительностью к компонентам газовой смеси, что затрудняет количественную интерпретацию результатов.
Задачей полезной модели является усовершенствование конструкции вакуумного термокондуктометрического детектора, направленное на улучшение его технических характеристик.
Технический результат - создание термокондуктометрического детектора для газовой хроматографии, обеспечивающего равночувствительное детектирование компонентов газовой смеси.
Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем, что в термокондуктометрическом детекторе для газовой хроматографии, содержащем измерительную и сравнительную камеры с входными и выходными штуцерами и размещенными в них, соответственно, измерительный и сравнительный терморезисторы, подключенные к неуравновешенному электрическому мосту, выходные штуцеры измерительной и сравнительной камер подключены к входу вакуумного насоса, входной штуцер сравнительный камеры через дроссельный интерфейс подключенный к линии газа-носителя, снабженной переменным дросселем, хроматографическую колонку, к выходу которой подключен второй дроссельный интерфейс, и электронный потенциометр, подключенный к неуравновешенному мосту, согласно полезной модели, он дополнительно содержит диффузионную ячейку, состоящую из двух проточных камер с выходными и входными штуцерами, отделенными друг от друга пористой мембраной, дополнительный дроссельный интерфейс и дополнительную линию газа-носителя, на входе которой установлен переменный дроссель, причем входной штуцер одной из камер диффузионной ячейки через дополнительный дроссельный интерфейс подключен к дополнительной линии газа-носителя, выходной штуцер этой камеры соединен с входным штуцером измерительной камеры термокондуктометрического детектора, выход второго дроссельного интерфейса соединен с входным штуцером второй камеры диффузионной ячейки, а выходной штуцер этой камеры подключен ко входу вакуумного насоса.
Такая конструкция позволяет получить термокондуктометрический детектор, обеспечивающий равночувствительное детектирование компонентов газовой смеси, т.к. сочетание элементов, таких как диффузионная ячейка, в одну из камер которой поступает газовая смесь и через пористую мембрану происходит диффузия молекул детектируемых компонентов, скорость которой обратно пропорциональна квадратному корню из молекулярной массы детектируемого компонента, и детектора, в измерительную камеру которого поток газа-носителя транспортирует продиффундировавшие молекулы детектируемых компонентов, чувствительность которого прямо пропорциональна квадратному корню из молекулярной массы детектируемого компонента, позволяет получить значение сигнала, не зависящее от физико-химических свойств детектируемого компонента.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимного расположения.
Схема термокондуктометрического детектора для газовой хроматографии показана на чертеже.
Термокондуктометрический детектор для газовой хроматографии содержит измерительную 1 и сравнительную камеры 2 с входными 3, 4 и выходными 5, 6 штуцерами и размещенными в них, соответственно, измерительным 7 и сравнительным 8 терморезисторами, подключенными к неуравновешенному электрическому мосту 9. Выходные штуцеры 5, 6 измерительной 1 и сравнительной 2 камер подключены ко входу 10 вакуумного насоса 11, входной штуцер 4 сравнительный камеры 2 через дроссельный интерфейс 12 подключен к линии газа-носителя 13, снабженной переменным дросселем 14, хроматографическую колонку 15, к выходу 16 которой подключен второй дроссельный интерфейс 17, и электронный потенциометр 18, подключенный к неуравновешенному мосту 9. Термокондуктометрический детектор содержит также
диффузионную ячейку 19 состоящую из двух проточных камер 20 и 21, с выходными 24 и 25 и входными штуцерами 22 и 23, отделенных друг от друга пористой мембраной 26, дополнительный дроссельный интерфейс 27 и дополнительную линию газа-носителя 28, на входе которой установлен переменный дроссель 29, причем входной штуцер 22 одной из камер диффузионной ячейки 19 через дополнительный дроссельный интерфейс 27 подключен к дополнительной линии газа-носителя 28, а выходной штуцер 24 проточной камеры 20 соединен с входным штуцером 3 измерительной камеры 1. Выход 30 второго дроссельного интерфейса 17 соединен с входным штуцером 23 второй проточной камеры 21 диффузионной ячейки 19, а выходной штуцер 25 проточной камеры 21 подключен ко входу 10 вакуумного насоса 11. Хроматографическая колонка 15 подключена к дросселю делителя пробы 32 и устройству ввода пробы 32. Дроссельные интерфейсы 12, 17 и 27 сообщаются с атмосферой, а их дроссели подобраны так, что в сравнительную камеру 2 детектора и проточные камеры 20 и 21 диффузионной ячейки 19 поступает только часть газовых потоков, поступающих на вход этих дросселей, что необходимо для предотвращения попадания на входы дросселей воздуха из атмосферы.
Работа термокондуктометрического детектора осуществляется следующим образом.
Газ-носитель при постоянном давлении поступает тремя потоками.
Первый поток поступает через переменный дроссель 14, линию газа-носителя 13 и дроссельный интерфейс 12 в сравнительную камеру 2 термокондуктометрического детектора и далее поступает на вход 10 вакуумного насоса 11. Второй поток поступает через переменный дроссель 29, дополнительную линию газа-носителя 28 и дополнительный дроссельный интерфейс 27 в проточную камеру 20 диффузионной ячейки 19, а из этой камеры поступает в измерительную камеру 1 детектора и далее на вход 10 вакуумного насоса 11. Третий поток поступает через
хроматографическую колонку 15, второй дроссельный интерфейс 17 с дросселем 30 в камеру 21 диффузионной ячейки 19 и далее поступает на вход 10 вакуумного насоса 11. Причем в поток, поступающий в хроматографическую колонку 15, с помощью устройства ввода пробы 32 и дросселя 31, обеспечивающего деление потока, вводится проба анализируемого вещества, которая разделяется в названной колонке. Когда в потоке газа-носителя, поступающего во второй дроссельный интерфейс 17 из хроматографической колонки 15 отсутствуют детектируемые компоненты, и в измерительную 1 и сравнительную 2 камеры детектора поступают только потоки газа-носителя, электронный потенциометр 18 регистрирует начальный уровень сигнала. Когда вместе с газом-носителем из второго дроссельного интерфейса 17 через дроссель 30 в проточную камеру 21 диффузионной ячейки 19 поступает очередной детектируемый компонент, происходит диффузия молекул этого компонента через пористую мембрану 26 в проточную камеру 20. Здесь молекулы детектируемого компонента подхватываются потоком газа-носителя, поступающего из дополнительного дроссельного интерфейса 27, и транспортируются этим потоком в измерительную камеру 1 детектора. Скорость диффузии этого компонента через мембрану 26 обратно пропорциональна квадратному корню из молекулярной массы компонента, а сигнал детектора прямо пропорционален квадратному корню из молекулярной массы компонента. Поэтому при таких условиях сигнал детектора определяется только объемной концентрацией детектируемого компонента в газе-носителе. Причем это наблюдается для всех детектируемых компонентов. Таким образом, обеспечивается равная чувствительность ко всем компонентам.
Проведенные эксперименты с использованием стандартного термокондуктометрического детектора "Г-26" позволили установить, что при его работе в совокупности с диффузионной ячейкой, снабженной мембраной из пористого никеля с диаметром пор примерно 1 мкм, при
остаточном давлении 100 Па обеспечивает возможность равночувствительного детектирования углеводородов, разделяемых на капиллярной хроматографической колонке с диаметром 0,25 мм и длиной 25 м.
Преимущества предложенного технического решения:
- простота конструкции и эксплуатации;
- равная чувствительность ко всем компонентам газовой смеси;
- большое быстродействие.
Предложенный термокондуктометрический детектор может быть создан на элементной базе газовой хроматографии и может быть использован для капиллярного хроматографического анализа с применением стандартных детекторов, которыми снабжаются хроматографы с насадочными колонками.