CN1014833B

CN1014833B - 流量分配式多维气相色谱仪

Info

Publication number: CN1014833B
Application number: CN 87105095
Authority: CN
Inventors: 彤代新
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 1987-10-12
Filing date: 1987-10-12
Publication date: 1991-11-20
Also published as: CN1032588A

Abstract

一种多维气相色谱仪，采用流量分配式多维切换系统，与已有的Deans类型系统不同，系统中决定工作状态的切换气流能通过计算精确得知，所以系统的调试简便、直观，解决了已有技术的主要问题。这种多维气相色谱仪与已有技术一样，适用于各类多维气相色谱分析。并且有可能发展成为具有自动调试功能的自动化多维气相色谱仪。

Description

本发明是一种新型多维气相色谱仪，确切地说是一种新型多维无阀切换气相色谱系统。

在气相色谱分析中常常需要串行使用两根或两根以上的色谱柱来实现一些特殊的分析工作。这种方法被称为多维气相色谱法。已有技术大都采用D.R.Deans于1968年首先提出的基于压力平衡原理的无阀切换方法。Siemens、Packard.Pye Unican、Dani、P-E和Chrompakard等公司先后发展出各种多维气相色谱系统，并生产了多种商品仪器和装置。

然而这些仪器和装置在生产和使用中，特别是当用毛细管柱时，调试很困难，往往要凭操作者的经验，通过反复的色谱试验来进行;而且因为系统状态的调试和色谱柱流量的调节都靠改变压力来实现，互相牵扯，所以很难达到理想工作状态，给操作者带来很大的不便。

本发明的目的是要提出这样一种多维气相色谱系统，由它构成的多维气相色谱仪具有调试简单、直观的优点，能够事先拟定系统中被调的切换气流的流量值，再通过计算，算出对应的调节指示流量，然后靠测量这些调节指示流量来指导调试工作。

这种流量分配式多维色谱系统的特征在于具有一种能精确得知切换气流流量的流量分配气路。图1为这种流量分配气路的结构框图，它由恒流供应支路C，流量输出支路F和切换连接支路Q组成，各支路的交汇点O被称做流量分配点。根据流体连续性定理，从O点流出的各流量之和在任何时候都等于流入O点的各流量之和，所以对于每个工作状态都可以列出一个流量等式，所有工作状态下的流量等式可以组成一个方程。（1）式是一个多元一次矢量方程，它表示了图1所示气路中，在所有工作状态下各气流的关系。其中

、 ′……代表流量输出支路F在各种工作状态下分别排出的调节指示气流，

代表恒流供应支路C提供的恒定气流，

、 ′……代表切换连接支路Q中的切换气流，在控制气路的作用下，其方向和大小发生改变，从而改变了整个系统的工作状态。

（1）

在实际流程中，

、

′…被排出切换系统，可用流量计测量，

靠调节稳流阀事先固定，

、

′…不能直接测量，可根据分析要求，先拟定合理值，计算出、

′…;只要将

、

′……调出，

、

′…就自然产生。

实例1：采用双毛细管柱的多维色谱系统

在多维色谱分析中经常采用两根毛细管柱来解决一些复杂的分析问题，这种方法具有很强的分离能力。图2是一种双毛细管柱的多维色谱系统流程图。在这个系统中，稳流阀5做为恒流供应支路 C，向流量分配点O提供恒定气流

;吸附阱19和背压稳压阀17组成流量输出支路F，同时控制中心压，在直通和切割两种工作状态下分别通过排放口20排出气流

和

′;切换开关S做为切换连接支路Q，在控制气路的作用下产生切换气流

和 ′;控制气路是由针形阀12、13和电磁阀14组成，当电磁阀14打开时产生

，系统处于直通状态，当电磁阀14关闭时产生

′，系统处于切割状态。在不同的工作状态下，由于中心压不变，毛细管柱B中的载气流

也不变。

图3是双毛细管柱多维色谱系统另一种形式的流程图。与图2所示流程不同的是，由针形阀12、13，电磁阀14，吸附阱19组成流量输出支路F，并兼做状态控制气路，而中心压的控制由稳压阀4承担。图3所示系统同图2所示的性能基本相同，但要求切换开关S的阻力要小，否则因

和 ′的转换，中心压会发生波动。

实例2：填充柱-冷阱-毛细管柱系统

当需要分析含有微量组分的样品时，常常要事先将样品中的组分富集。采用多维色谱法进行在线富集，可以节省大量时间并能够提高定量精度。图4是一种填允柱-冷阱-毛细管柱多维色谱系统流程图。在这个系统中，与实例1中图2所示系统一样，稳流阀5做为恒流供应支路C，吸附阱19和背压稳压阀17做流量输出支路F。针形阀11、12、13，电磁阀14、15及吸附阱18组成状态控制气路，当电磁阀14和15全部关闭时，系统处于直通状态，当电磁阀14和15全部打开时，系统处于切割状态，当电磁阀15打开、 14关闭时，系统处于冷阱进样状态。冷阱T做为切换连接支路Q，在直通、切割和冷阱进样三种工作状态下，冷阱T中分别产生切换气流、 ′、 ″，同时系统在排放口20排出相应的调节指示气流

、 ′、

″，色谱柱B的载气流

靠调节背压稳压阀17来实现。稳流阀6可为预柱A提供恒定载气流

。针形阀10为预柱A提供补充气流，防止从A柱流出组分在连接处扩散。

对实例1中图2和图3所示系统，用（2）式表示各工作状态下流量分配气路中的所有流量的关系。每个字母代表相应的流量值，正负号由气流方向决定。

（2）

首先应确定两根柱子的流量a和b，然后拟定q和q′。如果要求系统实现全部组分传输，预柱A和主柱B之间不应分流，则流量条件是a＜q＜b，如果在O点处分流，则用q/b来计算分流比。为了减少因

和

′相互转换而引起的中心压的波动，q′应该取小一些，一般在1～5毫升/分钟范围内选择。c为稳流阀5提供的恒流流量，其值不能太小否则将使f′过小甚至得出负数。b为B柱中载气的流量值。

例如以H₂为载气，图2或图3所示系统各流量为：

C＝7，a＝1.5，b＝2.7，q＝2.3

q′＝2 （毫升/分钟）

将它们代入（2）式，得：

（毫升/分钟）

图2和图3所示流程的调试步骤都一样，调试时应先将毛细管柱流量a和b调好，然后交替开关电磁阀14，同时反复调节针形阀12和13，当使电磁阀14打开时，从排放口20测得的流量f基本等于6.6毫升/分钟，电磁阀14关闭时测得的流量f′基本等于2.3毫升/分钟，图2或图3系统就调试好了。

对实例2中图4所示多维色谱系统，用（3）式表示各工作状态下流量分配气路中的所有流量的关系。

（3）

（3）式中f表示直通状态时系统从排放口20排出的调节指示气流的流量。f′为切割状态时的流量，f″为冷阱进样状态时的流量。q、q′、q″为对应三种工作状态时的切换气流的流量，c为稳流阀5提供的恒流流量，b为B柱载气流的流量。预柱A流出组分全部进入冷阱被富集的条件是a＜q，冷阱中被富集的组分全部进入主柱B的条件是q″＜b。

例如以H₂为载气，系统中各流量值为：

c＝15，a＝30，b＝2.7，q＝32，

q′＝5，q″＝2。（毫升/分钟）

将它们代入（3）式得：

（毫升/分钟）

调试时，当把A柱和B柱的流量a和b调出后，先使电磁阀14和15都处于关闭状态，调节针形阀12和13，使从排放口20输出的f接近44.3毫升/分钟，然后打开电磁阀15，调节针形阀11，使f″接近14.3毫升/分钟，再将电磁阀14也打开，调节针形阀13，使f′接近7.3毫升/分钟;然后，又将电磁阀14和15关闭再调针形阀12，使f重新接近44.3毫升/分钟，……，如此反复几次，最后使f、f′、f″都基本等于计算值，系统就调试完毕。

在图2、图3和图4所示多维系统中，载气从接口1输入，经稳压阀2调整，向系统提供稳定的输入压，由压力表7指示;样品从进样器E注入系统，在预柱A中做预分离;从预柱A流出的组分在直通状态下经切换开关S或冷阱T进入B柱;在切割状态下从A柱流出组分被切换气流

′阻挡，不能进入B柱而经阻力管16进入监测检测器D₁。D₂为主检测器，用来检测B柱流出组分。压力表8用来指示预柱A的柱前压，压力表9指示中心压，也是主柱B的柱前压。在实际装置中，流量分配点O并不是一个几何点，它可以是一个气室或一段管路。

对附图的说明：

图1是本发明的结构框图，图2和图3是说明实例1的两个双毛细管柱多维色谱系统流程图，图4是说明实例2的填充柱-冷阱-毛细管柱多维色谱系统流程图。在这些附图中，A代表色谱预柱，B代表色谱主柱，C代表恒流供应支路，D代表检测器，E代表进样器，F代表流量输出支路，O代表流量分配点，Q代表切换连接支路，S代表切换开关，T代表冷阱，

代表A柱载气流，代表B柱载气流，代表恒定气流，、 ′、 ″代表切换气流，

、

′、 ″代表调节指示气流。数字1为载气输入口，2、3、4为稳压阀，5和6为稳流阀，7、8、9为压力表，10、11、12、13为针形阀，14和15为电磁阀16为阻力管，17为背压稳压阀，18和19为吸附阱，20为流量输出气路排放口。

本发明适用于各种柱型，可设计成各类多维气相色谱仪。色谱仪炉体可设计成单炉型，也可设计成双炉型。本发明与已有技术不同，不是压力平衡控制系统，而是流量分配控制系统，系统中被调切换气流可通过计算精确得知，调试时用调节指示气流指导调试工作，所以系统的调试简便、直观，无需依赖色谱试验，解决了已有技术存在的主要缺点，给生产者和使用者都能带来便利，并且可能进一步发展成计算机辅助调试或自动调试的自动化多维色谱仪。

Claims

1、一种多维气相色谱仪，其特征在于采用流量分配式多维色谱系统，这种多维色谱系统具有由恒流供应支路C，流量输出支路F和切换连接支路Q组成的流量分配气路；具体说各支路可为下述之一：

1)、对于双毛细管柱的多维色谱系统，稳流阀5做为恒流供应支路C，吸附阱19和背压稳压阀17组成流量输出支路F，同时控制中心压，在直通和切割两种工作状态下分别通过排放器20排出气流，切换开关S做为切换连接支路Q，控制气路是由针形阀12、13和电磁阀14组成，其中针形阀12与电磁阀14并联，针形阀13和它们串联，在控制气路的作用下产生切换气流

和

，当电磁阀14打开时产生，系统处于直通状态，当电磁阀14关闭时产生，系统处于切割状态；

2)对于填充柱-冷阱-毛细管系统，稳流阀5做为恒流供应支路C，吸附阱19和背压稳压阀17做流量输出支路F，针形阀11，12，13，电磁阀14，15及吸附阱18组成状态控制气路，针形阀12与电磁阀14并联后与针形阀13串联组成一个支路，电磁阀15与针形阀11串联后组成另一支路，这两个支路并联后与吸附阱18串联连入系统中，当电磁阀14和15全部关闭时，系统处于直通状态，当电磁阀14和15全部打开时，系统处于切割状态，当电磁阀15打开，14并闭时，系统处于冷阱进样状态，冷阱T做为切换连接支路Q。

2、按权利要求1所述的多维色谱系统，其特征在于对于双毛细管的多维色谱系统，可由针形阀12、13，电磁阀14及吸阱19组成流量输出支路F，并兼做状态控制气路，而中心压的控制由稳压阀4承担。