DE1920768A1

DE1920768A1 - Automatisches Probeneingabeventil fuer Gaschromatographen

Info

Publication number: DE1920768A1
Application number: DE19691920768
Authority: DE
Inventors: Warncke Dr Heinz; Melchior Kahl
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1969-04-24
Filing date: 1969-04-24
Publication date: 1970-11-12
Also published as: US3643511A; DE1920768C3; FR2046511A5; DE1920768B2; GB1276755A

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG

LE VE RKU S E N - B*yerwerk Patent-Abteilung 2 3. APR. 1989

Ki/ksch.

Automatisches Probeneingabeventil für GasChromatographen

Ein wichtiges Punktionsglied "bei GasChromatographen ist das Probeneingabeventil. Liegen die zu analysierenden Proben in flüssiger Form vor, so wird am Gaschromatographen eine Verdampfungsvorrichtung erforderlich, in der eine definierte Menge Probenflüssigkeit verdampft und mit dem heißen Trägergas durchmischt wird. Die Probenflüssigkeit wird mit Hilfe des Probeneingabeventils in den Verdampferraum gebracht.

In vielen Fällen, insbesondere bei der ProzeßUberwachung, soll die Analyse in einem bestimmten Zeitabstand periodisch durchgeführt werden. Die dazu erforderlichen Eingabeventile, die in reproduzierbarer Weise die periodische Verdampfung einer bestimmten Flüssigkeitsmenge erlauben, bezeichnet man als automatische Flüssigkeitseingabeventile. Bei solchen periodisch durchgeführten Analysen hat es sich als sehr zweckmäßig erwiesen, zur Auswertung die Peakhöhen des Ohromatogrammes heranzuziehen. In diesem Fall hängt die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messung und damit auch die Eichfähigkeit des ganzen Gerätes wesentlich von den Eigenschaften des Probeneingabeventiles ab. Die besondere Konstruktion des Probeneingabeventiles soll hohe Reproduzierbarkeit und Genauigkeit hinsichtlich des in den Ver-

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dampferraum eingebrachten Flussigte itsvolumens ermöglichen. Außerdem soll das gesamte Flüssigkeitsvolumen möglichst schnell, einheitlich und in reproduzierbarer Weise verdampft werden.

Die häufigste bisher angewandte Form des Eingabeventils ist das Schieberventil (Sliderventil), bei dem ein Flachschieoer aus reinem oder glaspulvergefülltem Polytetrafluoräthylen zwischen zwei Backen aus hochlegiertem Edelstahl oder ein Edelstahlschieber zwischen zwei Polytetrafluoräthylen-Backen beweglich angeordnet P ist. Diese Ventilausführung muß normalerweise in den heißen Säulenofen eingebaut werden. Dabei besteht die Gefahr, daß die Probe schon vor der Injektion siedet und das dosierte Flüssigkeitsvolumen wechselnde Mengen an Dampfblasen enthält. Auch Spezialausführungen der Sliderventile mit unmittelbar angeflanschtem Verdampfer oder elektrisch beheizter Ausgangsleitung, die im kalten Raum montiert werden, arbeiten nicht in allen Fällen reproduzierbar. Da der Slider hierbei kalt bleibt, kommt es zu zeitlich nicht reproduzierbaren Verdampfungsvorgängen, die inkonstante Peakhöhen ergeben, oder zu Nachverdampfungen, die Doppelpeaks bewirken.

Eine andere Anordnung benutzt einen runden Dosierstab, auf dessen Oberfläche das Dosiervolumen in Form einer Ringnut eingefräst ist. Diese Dosiernut wird in der Füllstellung von der Probe umspült. Bei der Injektion wird der Stab mit der flüssigkeitsgefüllten Nut durch einen Abstreiferring in den heißen Verdampfer eingeschossen« Bekannte Anordnungen dieser Art haben jsdoch 3 wesentliche

1. Infolge des hohen Wärmeüberganges vom Verdampfer auf den Flüssig-· keitsteil, findet eine unerwünschte Abkühlung des Verdampfers und eine unzulässige Erhitzung der flüssigen Probe statt.

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2. Die sorgfältige Dichtung des Stabes gegen den Abstreifring ist technisch schwierig. Bei mangelhafter Dichtung ist das eindosierte Plüssigkeitsvolumen ungenau.

5. Vom Trägergas wird nicht das gesamte Flüssigkeitsvolumen ausgespült, wenn zwischen Abstreifring und Einspritzlage der Dosiermit ein Totraum vorhanden ist. Es treten Nachverdampfungen auf, die Doppelpeaks und nicht reproduzierbare Peakhöhen verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Ventilkonstruktion zu entwickeln, bei der die geschilderten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Flüssigkeitsteil des Ventils aus einem massiven Zylinder aus hochkorrosionsfestem,ohne Schmierung dichtendem Material geringer Wärmeleit·· fähigkeit besteht.

Vorteilhaft besitzt der schlecht wärmeleitende Zylinder in an sich bekannter Weise an beiden Stirnflächen konische Ansätze, so daß bei dem Zusammenbau des Ventils mit einer Überwurfmutter ein gleichmäßiger radialer Anpreßdruck auf die runde Dosierstange ausgeübt wird.

In einer weiteren Entwicklung der Erfindung werden im Verdampfer Kap ill ar bohrungen zur Führung des Trägergases so angebracht, daß das Trägergas mit hoher Geschwindigkeit in den gesamten Raum zwischen Abstreiferteil und Ruhelage der Dosiernut nach der Injektion einströmen kann.

Zur Verminderung des Wärmeüberganges zum Flüssigkeitsteil wird der zylindrische Verdampfer an der dem Flüssigkeitsteil

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zugewandten Seite auf eine geringe Materialstärke hinterdreht.

Die Eingabe der Flüssigkeit in den Verdampferraum erfolgt in an sich bekannter Weise mittels eines pneumatischen Kolbenantriebes. Der Kolben hat eine relativ große Kolbenhöhe und ist mit zwei Kolbenringen versehen, so daß eine präzise Führung der Dosierstange erreicht wird. Aufgrund der präzisen Führung können sehr dünne Dosierstangen verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in zwei Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:

Es zeigt:

Figur 1 eine Querschnittszeichnung des Eingabevent ils mit Flüssigkeitsteil und Verdampferteil, wobei die Dosiernut in Füllstellung gebracht ist, und

Figur 2 dasselbe Ventil in Injektionsstellung.

Das Kernstück des erfindungsgemäßen Eingabeventils ist das Paßstück 3» das aus einem Zylinder mit konischen Ansätzen an den beiden Stirnflächen besteht und aus einem hochkorrosionsfesten Material geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, das keiner Schmierung bedarf (vorzugsweise glaspulvergefülltes Polytetrafluoräthylen). In einer axialen Bohrung dieses Paßstückes gleitet der runde Dosierschieber 7, der aus einem der Meßflüssigkeit angepaßten korrosionsfesten Metall oder einer entsprechenden Metallegierung hoher Festigkeit besteht und dessen Durchmesser gering gehalten ist. Damit wird ein schnelles Aufheizen im Verdampfer 1 gewährleistet.

Das Paßstück 5 trägt zwei weitere radiale Bohrungen 8, durch die der flüssige Probestrom geleitet wird. Diese Bohrungen sind in der lichten Weite etwas größer gehalten als der Außendurchmesser

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des Dosierschiebers 7· Dadurch wird die Dosiernut 9 in der Füllstellung (Pig.1) von der Probe frei umspült und der Probestrom in der Injektionsstellung (Fig.2) nicht unterbrochen. Außerdem können dadurch Salzablagerungen, die sich während des Verdampfungsvorganges in bestimmten Anwendungsfällen in der Dosiernut 9 bilden können, in der Füllstellung leicht wieder aufgelöst bzw. ausgespült werden. In den Dosierschieber 7 ist eine ringförmige Dosiernut 9 vom gewünschten Injektionsvolumen (ca. 1 Mikroliter) eingedreht, die sich in Füllstellung genau in Höhe der Probebohrungen befindet und beim Injektionsvorgang bis in den Verdampferteil 1 bewegt wird.

Das Paßstück j5 ist an den Verdampfer 1 mit Hilfe des pneumatischen Antriebszylinders 2 und eines Gewinderinges 4 angeschraubt. Durch die konischen Enden des Paßstückes ergibt sich beim Zusammenschrauben ein allseitiger, gleichmäßiger radialer Anpreßdruck des Paßstückes auf den Dosierschieber, der für eine einwandfreie Dichtung zwischen Probestrom, Trägergasstrom und Außenraum sorgt. Diese Konstruktion gestattet auch ein leichtes Nachdichten ohne öffnen des Ventils während des Betriebes. Um eine Deformation zu vermeiden, ist das Paßstück in einem am Verdampfer 1 angesetzten Hohlzylinder aus Edelstahl gefaßt, der zur Verringerung des Wärmeüberganges sehr dünnwandig gehalten ist, Um den Wärmeübergang vom elektrisch beheizten Verdampfer 1 auf das flUssigkeitsführende Paßstück 3 weiter zu verringern, ist der Verdampfer 1 bis auf eine geringe Materiälstärke hinterdreht. Das Trägergas wird an der Bohrung 1j5 zugeführt, im Verdampfer 1 aufgewärmt, durch eine Kapillarbohrung im hinterdrehten Hals des Verdampfers 1 mit hoher Geschwindigkeit gegen die Stirnseite des Paßstückes 3 geblasen und dort um 18O° umgelenkt. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases in der Bohrung wird ein Rückströmen der Probe beim Verdampfen in die Trägergaszuleltung vermieden. Außerdem gewährleistet diese Anordnung ein

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gutes Ausspülen des Totraumes zwischen der Stirnseite des Paßstückes 3 und der Injektionslage der Dosiernut 9.

Der pneumatische Antriebskolben 6 ist in seinem Zylinder mit zwei O-Ringen 10 gedichtet, deren Abstand so groß bemessen wurde, daß eine sichere Führung des Dosierschiebers 7 gewährleistet ist. Der seitliche Druckluftanschluß 11 für die Rückführung des Kolbens 6 in die Füllstellung wurde so angelegt, daß beim Beaufschlagen mit Druckluft ein einseitiger Druck auf den Kolben 6 und damit ein Verkanten des Kolbens und Verbiegen des Dosierschiebers 7 ausgeschlossen ist. Die Stifte 12 verhindern, daß beim Anziehen des Gewinderinges 4 der Zylinder 2 und damit das Paßstück 3 verdreht werden.

Die Bohrung 15 im Verdampfer 1 dient zur Aufnahme einer Heizpatrone. Eine weitere im gezeigten Schnitt nicht sichtbare Bohrung in axialer Richtung enthält ein Widerstandsthermometer zur Regelung der Verdampfertemperatür. Diese Temperaturregelung ist wesentlich für die Erzielung eines reproduzierbaren Verdampfungsvorganges bei der Injektion.

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Claims

Patentansprüche;

1 .J Plüssigkeitseingabeventil für GasChromatographen nach dem Prinzip der in einen beheizten Verdampfer eingeschossenen Dosierstange mit eingefräster Dosiernut oder Dosierbohrung, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsteil des Ventils aus einem massiven Zylinder (3) aus hochkorrosionsfestem, ohne Schmierung dichtendem Material geringer Wärmeleitfähigkeit besteht.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schlecht wärmeleitende Zylinder (3) in an sich bekannter Weise an beiden Stirnflächen konische Ansätze besitzt, die beim Zusammenbau des Ventils mit einer Überwurfmutter einen gleichmäßigen radialen Anpreßdruck auf die runde Dosierstange (7) ergeben.
3. Ventil nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß im Verdampfer Kapillarbohrungen (13) zur Führung des Trägergases so angebracht sind, daß das Trägergas mit hoher Geschwindigkeit in den gesamten Raum zwischen Abstreiferteil und Ruhelage der Dosiernut nach der Injektion einströmt.
4. Ventil nach Anspruch 1-3* dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Verdampfer (1) an der dem Flüssigkeitsteil zugewandten Seite zur Verminderung des Wärmeüberganges auf eine geringe Materialstärke hinterdreht ist.
5. Ventil nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil in bekannter Weise mit einem pneumatischen Kolbenantrieb versehen ist, dessen Kolben (6) duroh die Kolbenhöhe und zwei Kolbenringe (10) eine so präzise. Führung der Dosierstange (7) gewährleistet, daß auch sehr dünne Dosierstangen verwendet werden können.

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