DE4435545A1 - Gaschromatograph und Verfahren zu seiner Beschickung - Google Patents

Description

Verfahren zum Beschicken eines Gaschromatographen, der eine Trennsäule und eine der Trennsäule vorgeschaltete, entlüftbare Probenschleife aufweist, wobei Probengase und Kalibriergase chargenweise in die Probenschleife eingegeben und sodann von einem Trägergas zur Trennsäule transportiert werden. Ferner be­ trifft die Erfindung ein System zum Prüfen von Probengasen, mit dem das obige Verfahren durchführbar ist.

Aus der Praxis ist es bekannt, die Probengase unter Einsatz von Quecksilber praktisch drucklos in die Probenschleife einzu­ leiten. Letztere wird sodann entlüftet, um einen etwaigen Rest­ druck abzubauen, so daß die Probenschleife vor Beginn der Mes­ sung immer ein und dieselbe definierte Gasmenge enthält. An­ schließend erfolgt der Anschluß der Probenschleife an das Trä­ gergas, welches den Inhalt der Probenschleife, sei es Probengas oder Kalibriergas, zur Trennsäule transportiert.

Bei einem Probenwechsel wird das System gespült. Hierzu läßt man das neue Probengas eine Zeitlang durch das System strömen, um sicherzustellen, daß sämtliche Reste des vorher eingesetzten Gases entfernt worden sind.

Der Probenwechsel gestaltet sich dementsprechend zeitauf­ wendig. Auch muß eine ausreichende Menge an Probengas zur Ver­ fügung gestellt werden, um den Spülvorgang durchführen zu kön­ nen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und einen rascheren Gaswechsel unter gleichzeitiger Gaseinsparung zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfin­ dung dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Chargen der Pro­ bengase und/oder der Kalibriergase ein Spülgas im Gegenstrom durch die Probenschleife hindurchgeleitet wird.

Das Spülgas kann mit erhöhtem Druck in das System einge­ speist werden, und zwar entfernt von der eigentlichen Be­ schickungsstelle. Die Beschickungsvorgänge werden also nicht gestört. Es erfolgt eine zuverlässige und rasche Reinigung des gesamten Systems bis hin zur Beschickungsstelle, an der das Spülgas austritt. Bei dem Spülgas handelt es sich um ein für die Messung unkritisches Gas, beispielsweise um dasjenige Gas, das auch als Trägergas zum Einsatz kommt. Im Anschluß an die Spülung gestaltet sich die Beschickung mit dem neuen Probengas sehr rasch, da keine weitere Reinigung des Systems erforderlich ist. Es muß lediglich sichergestellt werden, daß die Proben­ schleife die definierte Menge des neuen Probengases bzw. des jeweiligen Kalibriergases aufnehmen kann. Die erzielte Einspa­ rung betrifft nicht nur die Meßzeit, sondern auch die Proben­ gasmenge.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß die Kalibriergase ebenfalls im Gegenstrom in die Probenschleife eingeleitet werden. Dies vereinfacht den appara­ tiven Aufbau, da die Stelle der Probenaufgabe keine Kalibrier­ gasanschlüsse aufweisen muß.

Die Erfindung richtet sich ferner auf das eingangs genannte System zum Prüfen von Probegasen, mit einem Gaschromatographen, der eine Trennsäule und eine der Trennsäule vorgeschaltete Probenschleife aufweist, wobei die Probenschleife eine Zuleitung für ein Trägergas, eine zur Trennsäule führende Leitung, eine Einlaßleitung, eine Entlüftungsleitung und eine Schalteinrichtung aufweist, welche abwechselnd einerseits die Einlaß- und Entlüftungsleitungen und andererseits die Zuleitung für das Trägergas und die zur Trennsäule führende Leitung mit der Probenschleife verbindet, ferner mit einer Probenaufgabe­ einrichtung, die eine an die Einlaßleitung angeschlossene Kupp­ lung für Probenbehälter aufweist, und mit einer Mehrzahl von Reservoiren für Kalibriergase. Dieses System ist zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein Reservoir für Spülgas und ein mit der Entlüftungsleitung der Probenschleife verbundenes Multipositionsventil, das die Ent­ lüftungsleitung selektiv zur Abluft hin öffnet und mit dem Re­ servoir für Spülgas verbindet.

Dieses System ist äußerst einfach, da die Einleitung des Spülgases über das mit der Entlüftungsleitung verbundene Multi­ positionsventil erfolgt. Dieses befindet sich also an einer Stelle, die ausreichend entfernt von der Stelle der Proben­ aufgabe liegen kann, so daß die dort vorhandenen Apparaturen nicht gestört werden. Das Spülgas kann den gesamten Strömungs­ weg von der Entlüftungsleitung bis zur Probenaufgabestelle zuverlässig und rasch im Gegenstrom reinigen.

Vorzugsweise verbindet das Multipositionsventil die Entlüf­ tungsleitung selektiv mit den Reservoiren für die Kalibrier­ gase. Letztere werden also ebenfalls über die Entlüftungslei­ tung im Gegenstrom aufgegeben.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal öffnet das Multi­ positonsventil bei jedem Positionswechsel die Entlüftungslei­ tung zur Abluft hin. Die Probenschleife wird also immer sofort drucklos geschaltet.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß die Probenaufgabeeinrichtung als Automat ausge­ bildet ist. Die Probenbehälter sind druckfest, bestehen vor­ zugsweise aus Metall, und enthalten das jeweilige Probengas unter Druck. Bisher war es üblich, gläserne Probenbehälter zu verwenden. Im Zusammenhang mit der druckfesten, vorzugsweise metallischen Ausbildung der Probenbehälter sind zwei Gesichts­ punkte von besonderer Bedeutung. Zum einen gestatten diese Probenbehälter die automatische Beschickung des Gaschromatogra­ phen. Zum anderen erfolgt die Befüllung der Probenschleife unter Überdruck, d. h. mit wesentlich höherer Geschwindigkeit. Schließlich vereinfachen unempfindliche Probenbehälter den Transport. Auch läßt sich das Volumen bei gleicher Probengas­ menge vermindern. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß eine aufwendige Beschickung unter Einsatz von Quecksilber entfällt.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, in der Einlaßleitung ein Drossel- und Dosierventil anzuordnen. Dies gestattet es, Probenbehälter mit unterschiedlichem Innendruck unter gleichen Beschickungsverhältnissen einzusetzen. Pro Zeiteinheit werden der Probenschleife etwa gleiche Gasmengen zugeführt, wodurch die Entlüftungsmengen, die erforderlich sind, um die Proben­ schleife drucklos zu machen, auf einheitlich niedrigem Niveau gehalten werden können.

Vorteilhafterweise ist der Kupplung der Probenaufgabeein­ richtung eine automatische Ventilöffnungseinrichtung für die Probenbehälter zugeordnet, wobei letztere ein automatisch öf­ fenbares Ventil aufweisen. Letzteres kann ein einfaches Kugel­ ventil sein, welches beim Einsetzen des Probenbehälters in die Kupplung nach innen in seine Öffnungsstellung gedrückt wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist das System gekennzeich­ net durch einen Antrieb, der jeden Probenbehälter mit einer im letzten Abschnitt erhöhten Geschwindigkeit gegen die Kupplung bewegt. Der Hauptweg wird mit normaler Geschwindigkeit zurück­ gelegt. Die letzten Millimeter hingegen werden mit erhöhter Geschwindigkeit durchfahren, so daß der Probenbehälter rasch in abdichtenden Eingriff mit der Kupplung gelangt. Dies vermindert die Verluste an Probengas beim Einsetzen der Probenbehälter.

Dennoch ist es darüber hinaus vorteilhaft, der Kupplung der Probenaufgabeeinrichtung ein Absauggebläse zuzuordnen, das zur Abluft hin fördert. Dadurch wird der Aufstellungsort der Vor­ richtung gasfrei gehalten. Dies betrifft nicht nur die gering­ fügigen Gasverluste beim Einstecken der Probenbehälter, sondern auch das aus der Kupplung austretende Überschußgas beim Kali­ brieren und Spülen. Die Abluft kann über einen Kamin in die At­ mosphäre geleitet werden.

Bevorzugt weist die Probenaufgabeeinrichtung einen automa­ tischen Förderer auf, der die Probenbehälter nacheinander der Kupplung zuführt und von dieser abfördert. Der gesamte Be­ schickungsvorgang wird auf diese Weise automatisiert.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal besteht darin, daß der Förderer ein Umlaufförderer mit einer Eingabeposition, einer nachgeschalteten, der Kupplung zugeordneten Aufgabeposition und einer nachgeschalteten Ausgabeöffnung ist. Der Umlaufförderer arbeitet in einem Gehäuse und schirmt die einmal eingegebenen Probenbehälter gegen äußeren Zugriff ab. Dies vermindert die Gefahr etwaiger Verwechselungen.

Der Umlaufförderer kann kreisförmig ausgebildet sein. Al­ lerdings steht dann bei jedem Schaltschritt der Ausgabeöffnung ein Stellplatz des Förderers gegenüber. Effizienter ist es da­ her, den Umlaufförderer als Paternosterförderer auszubilden, wobei die Aufgabeposition am unteren Ende, die Eingabeposition zu Beginn des Aufwärtsweges und die Ausgabeöffnung im dazwi­ schenliegenden Umlenkbereich vorgesehen sind. Bei jedem Schalt­ schritt bewegt sich ein Stellplatz von der Aufgabeposition in die Eingabeposition, wobei die Ausgabeöffnung überstrichen wird, so daß im Zuge jedes Schaltschrittes der gerade benutzte Probenbehälter entnommen werden kann. Sein Stellplatz gelangt sofort in die Eingabeposition und kann erneut besetzt werden.

Als erfindungswesentlich offenbart gelten auch solche Kom­ binationen und Unterkombinationen der erfindungsgemäßen Merkma­ le, die von den beiliegenden Patentansprüchen abweichen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische, schaltbildartige Darstellung ei­ ner erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 einen zugehörigen Umlaufförderer.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist einen Gaschromatographen 1 auf, der eine Probenschleife 2 sowie eine nicht dargestellte Trennsäule enthält. Die Probenschleife 2 ist mit einer Zulei­ tung 3 für Trägergas, einer zur Trennsäule führenden Leitung 4, einer Einlaßleitung 5 und einer Entlüftungsleitung 6 versehen.

Sämtliche Leitungen sind mit einer Schalteinrichtung 7 verbun­ den. In der dargestellten Position der Schalteinrichtung 7 ist die Einlaßleitung 5 über die Probenschleife 2 mit der Entlüf­ tungsleitung 6 verbunden. Wird die Schalteinrichtung umgeschal­ tet, so steht die Zuleitung 3 für Trägergas über die Proben­ schleife 2 mit der zur Trennsäule führenden Leitung 4 in Ver­ bindung. Hierbei ist die Einlaßleitung 5 an die Entlüftungslei­ tung 6 angeschlossen.

Letztere führt zu einem Multipositionsventil 8, das je nach seiner Einstellung dafür sorgt, daß die Entlüftungsleitung 6 an die Abluft 9, an eines aus einer Mehrzahl von Reservoiren 10 für Kalibriergase oder an ein Reservoir 11 für Spülgas ange­ schlossen wird. Eine Verbindung 12 schließt die Entlüftungslei­ tung 6 bei jedem Positionswechsel des Multipositionsventils 8 an die Abluft 9 an, wodurch die Probenschleife 2 drucklos wird. Sie enthält dann immer ein und dieselbe vorgegebene Gasmenge.

Die erfindungsgemäße Anordnung bietet die Möglichkeit, den Strömungsweg vom Ende der Entlüftungsleitung 6 bis zum Anfang der Einlaßleitung 5 bei jedem Probenwechsel bzw. nach jedem Ka­ libriervorgang wirkungsvoll im Gegenstrom zu spülen. Die Spü­ lung muß dann nicht mehr vom neuen Gas selbst durchgeführt wer­ den. Dies spart Gas und beschleunigt die Meßvorgänge. Im übri­ gen erfolgt die Aufgabe der Kalibriergase und des Spülgases völlig getrennt von der Probenaufgabe. Hieraus resultiert eine Vereinfachung des Gesamtsystems.

Der Anfang der Einlaßleitung 5 ist an eine Probenaufgabe­ einrichtung 12 angeschlossen. Diese enthält eine Kupplung 13, mit der Probenbehälter 14 mit der Einlaßleitung 5 verbunden werden. Die Probenbehälter 14 bestehen aus Metall und enthalten das Probengas unter Überdruck. Im Vergleich mit drucklosen Pro­ benbehältern können sie also kleiner ausgebildet werden. Auch beschleunigt sich das Füllen der Probenschleife 2. Um unter­ schiedliche Innendrücke der Probenbehälter beherrschen zu kön­ nen, ist in der Einlaßleitung 5 ein Drossel- und Dosierventil 15 angeordnet, das eine zu starke Befüllung der Probenschleife 2 verhindert. Letztere kann also mit geringem Gasverlust druck­ los gemacht werden, auch wenn der Innendruck der Probenbehälter 14 hoch ist. Vor allen Dingen entfällt bei den mit Innendruck beaufschlagten Probenbehältern 14 die Notwendigkeit, das Pro­ bengas beispielsweise unter Einsatz von Quecksilber in die Pro­ benschleife 2 hineinzudrücken.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt darin, daß die druckfesten Probenbehälter 14 eine Automatisierung der Beschickung ermöglichen. Hierzu weist die Probenaufgabeeinrichtung 12 einen Antrieb 16 auf, der die Probenbehälter 14 gegen die Kupp­ lung 13 bewegt. Dies geschieht anfänglich mit geringer Ge­ schwindigkeit und im letzten Abschnitt mit erhöhter Geschwin­ digkeit. Die Geschwindigkeitserhöhung reduziert die Gasverlu­ ste, die beim eigentlichen Ankupplungsvorgang auftreten. Ein zur Abluft 9 förderndes Absauggebläse 17 entsorgt auch diese Leckmengen und nimmt im übrigen beim Kalibrieren und Spülen die Kalibrier- bzw. Spülgase auf.

Zur Durchführung des eigentlichen Ankupplungsvorganges ent­ hält die Kupplung 13 eine nicht dargestellte automatische Ven­ tilöffnungseinrichtung. Auch sind die Probenbehälter 14 mit au­ tomatisch öffenbaren Ventilen versehen. Die Anordnung kann bei­ spielsweise so getroffen werden, daß jeder Probenbehälter 14 ein Kugelventil aufweist, während die Ventilöffnungseinrichtung aus einem Stift besteht, der die Ventilkugel nach innen in die Öffnungsstellung drückt, sobald der Probenbehälter 14 mit der Kupplung 13 in Verbindung tritt.

Der Antrieb 16 wird von einer Preßluftsteuerung 18 betä­ tigt. Andere Betätigungsmöglichkeiten sind durchaus denkbar.

Zum Zuführen der Probenbehälter 14 zur Kupplung 13 und zum Antrieb 16 dient ein automatischer Förderer, wie er in Fig. 2 dargestellt ist. Es handelt sich um einen Umlaufförderer, näm­ lich um einen Paternosterförderer 19, der in einem Gehäuse 20 arbeitet und eine Mehrzahl von Probenbehältern 14 aufnehmen kann. Sobald diese in den Paternosterförderer 19 eingegeben worden sind, ist ein weiterer Zugriff nicht mehr möglich. Da­ durch reduziert sich die Gefahr von Vertauschungen der einzel­ nen Proben.

Der Paternosterförderer 19 weist an seinem unteren Ende ei­ ne Aufgabeposition 21 auf, in der der jeweilige Probenbehälter 14 mit dem Antrieb 16 und der Kupplung 13 in Verbindung tritt. Die nächst folgende Position stellt eine Eingabeposition 22 dar, an der die Probenbehälter 14 in den Paternosterförderer 19 ein­ gegeben werden. Zwischen diesen Positionen liegt eine Ausgabe­ öffnung 23 zum Entnehmen der jeweils benutzten Probenbehälter 14.

Bei jedem Schaltschritt des Paternosterförderers 19 erfolgt also eine Probenbehälterentnahme und -aufgabe.

Zur Steuerung des gesamten Systems ist eine Steuereinheit 24 (Fig. 1) vorgesehen, die die erforderlichen Schaltschritte in synchronisierter Folge bewirkt. Der Aufbau der Steuereinheit kann entsprechend den geforderten Funktionen gewählt werden.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglich­ keiten gegeben. Vor allen Dingen kann der Umlaufförderer kreis­ förmig ausgebildet sein, wobei allerdings dann aus konstrukti­ ven Gründen die Möglichkeit entfällt, bei jedem Schaltvorgang sowohl den benutzten Probenbehälter zu entnehmen als auch des­ sen Position sofort wieder zu besetzen.

Ferner kann je nach den Gegebenheiten auf das Sauggebläse 17 verzichtet werden. Die Schalteinrichtung 7 und das Multipo­ sitonsventil 8 können von beliebiger Konstruktion sein, solange sie die geforderten Funktionen erfüllen. Ferner kann auf das Drossel- und Dosierventil 15 verzichtet werden, sofern die Pro­ benbehälter 14 mit einheitlichem Innendruck angeliefert werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Beschicken eines Gaschromatographen (1), der eine Trennsäule und eine der Trennsäule vorgeschaltete, entlüftbare Probenschleife (2) aufweist, wobei Probengas und Kalibriergase chargenweise in die Probenschleife (2) eingegeben und sodann von einem Trägergas zur Trennsäule transportiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Chargen der Probengase und/oder der Kali­ briergase Spülgas im Gegenstrom durch die Probenschleife (2) hindurchgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibriergase im Gegenstrom in die Probenschleife (2) ein­ geleitet werden.

3. System zum Prüfen von Probengasen mit einem Gaschro­ matographen (1), der eine Trennsäule und eine der Trennsäule vorgeschaltete Probenschleife (2) aufweist, wobei die Proben­ schleife (2) eine Zuleitung (3) für ein Trägergas, eine zur Trennsäule führende Leitung (4), eine Einlaßleitung (5), eine Entlüftungsleitung (6) und eine Schalteinrichtung (7) aufweist, welche abwechselnd einerseits die Einlaß- und Entlüftungs­ leitungen (5 bzw. 6) und andererseits die Zuleitung (3) für das Trägergas und die zur Trennsäule führende Leitung (4) mit der Probenschleife (2) verbindet, ferner mit einer Probenaufga­ beeinrichtung (12), die eine an die Einlaßleitung (5) ange­ schlossene Kupplung (13) für Probenbehälter (14) aufweist, und mit einer Mehrzahl von Reservoiren (10) für Kalibriergase, gekennzeichnet durch ein Reservoir (11) für Spülgase und ein mit der Entlüf­ tungsleitung (6) der Probenschleife (2) verbundenes Multiposi­ tionsventil (8), das die Entlüftungsleitung (6) selektiv zur Abluft (9) hin öffnet und mit dem Reservoir (11) für Spülgas verbindet.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Multipositionsventil (8) die Entlüftungsleitung (6) selektiv mit den Reservoiren (10) für die Kalibriergase verbindest.

5. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Multipositionsventil (8) bei jedem Positionswechsel die Entlüftungsleitung (6) zur Abluft (9) hin öffnet.

6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Probenaufgabeeinrichtung (12) als Automat ausgebildet ist und daß die Probenbehälter (14) druckfest sind, vorzugsweise aus Metall bestehen, und das jeweilige Probengas unter Druck enthalten.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einlaßleitung (5) ein Drossel- und Dosierventil (15) an­ geordnet ist.

8. System nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kupplung (13) der Probenaufgabeeinrichtung (12) eine automatische Ventilöffnungseinrichtung für die Pro­ benbehälter (14) zugeordnet ist, wobei letztere ein automatisch öffenbares Ventil aufweisen.

9. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen An­ trieb (16), der jeden Probenbehälter (14) mit einer im letzten Abschnitt erhöhten Geschwindigkeit gegen die Kupplung (13) bewegt.

10. System nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kupplung (13) der Probenaufgabeeinrich­ tung (12) ein Absauggebläse (17) zugeordnet ist, daß zur Abluft (9) hin fördert.

11. System nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Probenaufgabeeinrichtung (12) einen au­ tomatischen Förderer aufweist, der die Probenbehälter (14) nacheinander der Kupplung (13) zuführt und von dieser abför­ dert.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer ein Umlaufförderer mit einer Eingabeposition (22), einer nachgeschalteten, der Kupplung (13) zugeordneten Aufgabe­ position (21) und einer nachgeschalteten Ausgabeöffnung (23) ist.

13. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufförderer als Paternosterförderer (19) ausgebildet ist, wobei die Aufgabeposition am unteren Ende, die Eingabepo­ sition (22) zu Beginn des Aufwärtsweges und die Ausgabeöffnung (23) in dazwischen liegenden Umlenkbereich vorgesehen sind.