NL7906654A - Gaschromatografische kamer. - Google Patents

Description

- 1 - 793390/Ke/cd

Aanvrager; Carlo Erba Strumentazione S*p0A. te Rodanoö Italië*

Sitel; Gaschromatografische kamer*

Door Aanvrager worden als uitvinders genoemd;

Ermete BIYA, learco SALA en Giorgio SISÏI*

De uitvinding heeft betrekking op een kamer of "oven" waarin tenminste έέη gaschromatografische kolom is ondergebracht, welke kamer zo is uitgevoerd dat hij onderworpen is aan een bepaald programma van temperatuurvariaties teneinde een geschikte scheiding te ver-5 krijgen van de bestanddelen van stoffen die door de kolom gaan en die het voorwerp zijn van analyse aan de uitlaat van de kolom»

In het algemeen gesproken omvat dit temperatuurvariatiepro-gramma een aanvankelijke verhit tings fase, een middenfase waarin de thermische omstandigheden konstant worden gehouden of worden verander 1 10 volgens een vastgesteld program, en tenslotte een laatste koelfase*

In de laatste fase kan de temperatuur hoger of lager zijn dan de omgevingstemperatuur; hij ligt in het algemeen iets hoger* Het programma, verandert evenwel in afhankelijkheid van verschillende faktoren, waaronder hoofdzakelijk de aard van de geanalyseerde substantie* 15 Om deze temperatuurprogramma1s te verkrijgen wordt de gaschro matografische kolom, zoals bekend, ondergebracht in een zogenaamde gaschromatografische kamer, in wezen bestaande uit een omhulsel, bijvoorbeeld parallellepipedumvormig met geïsoleerde wanden die luchtdicht zijn naar bid.ten zodat het inwendige volume, waar de gaschroma-20 tografische kolom in ondergebracht is, voordelig ten opzichte van het uitwendige is geïsoleerd* In dit volume zijn verwarmingsmiddelen geplaatst, bijvoorbeeld gevormd door êén of meer weerstanden, evenals middelen die een zo goed mogelijk gelijkmatige verdeling tot stand brengen van de lucht die in het omhulsel aanwezig is, en ook van door 25 de weerstanden opgewekte warmte, teneinde alle punten van het inwendige volume van het omhulsel (en dus alle punten van de erin ondergebracht2 _kolom) op dezelfde vastgestelde temperatuuromstandigheden te brengen* 7 9 0 6 5 5 4 #» ....

_ 2 _ ·

Door genoemde middelen voor verdeling van lucht en warmte binnen de gaschromatografische oven bestaan gewoonlijk uit een waaier die geschikt is opgesteld binnen het gesloten volume en die geplaatst in afhankelijkheid van de opstelling van de verwarmingsweerstand. Op dezs 5 wijze worden bevredigende resultaten verkregen die geschikt zijn voor de werkbehoeften wanneer de kamer wordt verwarmd, totdat hij de werk-temperaturen bereikt, en ook wanneer de kamer op een konstante of variabele temperatuur wordt gehouden gedurende de middelste fase van het behandelingsprogramma· 10 De daarop volgende laatste fase of koelfase geeft daarentegen, zoals hij wordt uitgevoerd in de tot nu toe bekende gaschromatografische kamers, aanleiding tot talloz^iiadelen en bezwaren, waarvoor tot nu toe nog geen oplossing is gevondene In het meest algemene geval waarin de laatste koeltemperatuur iets hoger ligt dan de omgevings-15 temperatuur wordt de koeloperatie in de bekende kamers uitgevoerd doo:r het gesloten volume van de kamer naar buiten toe te openen, tenminste via twee luchtsluizen die, ook met behulp van de in deze ruimte aanwezige waaier, een circulatie van buitenlucht veroorzaken die koeler is dan de lucht binnenin, totdat deze laatste op de gewenste waarde 20 is gekomen.

Deze wijze van werken, die noodzakelijk voortvloeit uit de struktuur van de tot nu toe bekende gaschromatografische kamers gaat niet alleen gepaart met een bijbehorende konstruktieve komplikatie voor het noodzakelijke gebruik van de genoemde luchtsluizen, die moeten 25 zorgen voor de hermetische afsluiting van het inwendige omhulsel van de kamer en tegelijk geïsoleerd moeten zijn evenals alle wanden van het omhulsel van de kamer, maar geeft bovendien aanleiding tot een eerste bezwaar dat samenhangt met de mogelijkheid dat de oven thermische schokken ondergaat, met het gevaar dat de kamer zelf. beschadigt.

30 In feite kan volgens de tot nu toe gevolgde en hierboven vermelde gang van zaken de koeling niet worden uitgevoerd onder de optimale omstandigheden die vereist zijn voor deze behandeling en voor de andere die bestaan uit een temperatuurverandering die wordt verkregen door steeds dezelfde temperatuur te handhaven in alle punten van het inwendige om-35 hulsel van de oven en dus de gaschromatografische kolom0 In tegendeel 7906654 _ 3 _ *ν geeft het openen van deze luchtsluizen, zelfs wanneer de plaats ervan geschikt is gekozen, aanleiding tot de vorming van voorkeursstromingen, die zones doen ontstaan met lagere temperatuur dan die welke eerst in het overige deel van het omhulsel, zodat dus een verschillende koeling 5 ontstaat in verschillende zones van de gaschromatografische kolom0 Een ander bezwaar, misschien nog ernstiger dan het vorige, bestaat in de noodzaak om een vertragingstijd na het koelen in aanmerking te nemen alvorens een nieuwe temp-eratuurscyclus wordt uit gevoerd met dezelfde gaschromatografische kamer» De luchtkoeling binnen 10 het omhulsel van de oven kan immers betrekke lijk snel worden verkregen met gebruikmaking van het systeem van luchtsluizen, maar wanneer het omhulsel de gewenste temperatuur van het einde van de cyclus heeft bereikt is het niet mogelijk om een nieuwe cyclus te beginnen omdat de wanden, speciaal in de isolerende laag, nog steeds warmte bevatten 13 die geabsorbeerd is tijdens de voorafgaande fase, en omdat deze warmt2 geleidelijk aan het inwendige wordt afgegeven, zodat deze ruimte dus niet kan worden gesloten voor het uitvoexen van een nieuwe werkcyclus voordat de warmte volledig verdwenen is0 Dit brengt de noodzaak met zich mee om de oven gedurende een aanzienlijke tijd onder na-koelings-20 omstandigheden te houden, gedurende welke tijd de kamer natuurlijk niet kan worden gebruikt»

De bovengenoemde bezwaren van de bekende gaschromatografische ovens, die ontstaan wanneer de koeling wordt uitgevoerd door middel van omgevingslucht, zijn nog meer uitgesproken wanneer de koeling met 25 andere middelen wordt teruggekregen, waarmee de eindtemperatuur bij de koeling gebracht dient te worden op lagere waarden dan de omgevingstemperatuur o Daarvoor wordt dan in de praktijk bijvoorbeeld een gas ingebracht met een lagere temperatuur dan de omgeving, hetgeen zelfs nog gemakkelijker thermische schokken kan geven aan de gaschro-30 matografische kolom» Als andere oplossing is het ook mogelijk om lucht in te brengen die gekoeld is door middel van een vriessysteem, en ook in dat geval bestaat de mogelijkheid van thermische schokken, naast de moeilijkheid van het realiseren van het vriessysteem (dat een meertrapssysteem moet zijn om te voorkomen dat het beschadigt 35 wordt door de uitzonderlijk warme lucht die aan het begin wordt ver- 7 s o δ s 5 4 e — 4 — 'm verwerkt) en de moeilijkheid in de werking van het vriessysteem omdai; ,het "behandelde luchtvolume betrekkelijk groot is en de koeling ervan dus aanleiding geeft tot een aanzienlijke condensvorminge

Deze en andere bezwaren van de bekende systemen worden met de 5 gaschromatografische kamer volgens de uitvinding voorkomen,, De uitvinding beoogt een zeer gelijkmatige koeling te verzekeren van de inwendige ruimte van de oven, ter voorkoming van thermische schokken in de gaschromatografische kolom, en ook om de noodzaak te voorkomen van een vertraging na de koeling zoals die in de tot nu toe bekende 10 gaschromatografische kamers steeds werd aangehouden· ïïitgegaan wordt van een gaschromatografische kamer van het type dat bestaat uit een omhulsel met geïsoleerde wanden waardoor een afgesloten ruimte wordt bepaald waarin tenminste één gaschromatografische kolom is ondergebracht en één of meer elementen voor het 15 verwarmen en/of gelijkmatig verdelen van lucht binnen deze ruimte·

Kenmerkend voor de uitvindingsgedachte is dat de kamer, tussen de bin·· nenzijde van de geïsoleerde wand en het huis van de gaschromatografische kolom, een holle ruimte omvat die pneumatisch is geïsoleerd van de ruimte van het huis door middel van niet thermisch isolerende 20 soheidingsschotten en die pneumatisch is verbonden met tenminste één inrichting voor het bepalen van een geregelde circulatie van fluïdum binnen die holle ruimte met de mogelijkheid om de inwendige temperatuur van de ruimte te beinvloeden· Aldus wordt volgens de uitvinding het inwendige volume van de gaschromatografische kamer niet langer 25 geopend om omgevingslucht toe te laten maar wordt hij af gekoeld door middel van een circulatie van een fluïdumstroom, bijvoorbeeld een stroom omgevingslucht, die strijkt langs de wanden die de inwendige ruimte bepalen en waardoor het dankzij de binnen deze inwendige ruimt> geplaatste waaier, mogelijk is om op elk moment een bijna absoluut ge·· 30 lijkmatige temperatuur te handhaven over het gehele oppervlak van de inwendige ruimte· Op grondslag van de eigenschappen van deze koelstro·» ming is het mogelijk om elke temperatuurgradient te verkrijgen tijdens de koelfase, terwijl de wachtperiode na de koeling niet langer noodza·· kelijk is omdat de door de geïsoleerde delen van de ovenwanden opge-35 zamelde waarde wordt verwijderd door de stroming die in de holle ruim·· 7 § 0 6 S 5 4 'x _ 5 - te circuleert? deze stroming kan gehandhaafd worden zelfs nadat een nieuwe cyclus begonnen is, tenminste totdat de inwendige temperatuur van het omhulsel de temperatuurwaarde heeft bereikt van de geïsoleerde buitenwanden» In alle gevallen vormt de holle ruimte een thermisch 5 isolerende ruimte die voorkomt dat warmte van de wanden overgaat naaa· het inwendige volume van het omhulsel»

Be uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van d« bijgaande tekening»

Fig» 1 is een doorsnede volgens een horizontaal vlak door eez.

10 gaschromatografische oven volgens de uitvinding»

Fig* 2 is een schema van dezelfde oven als fig» 1 wanneer hi; verbonden is met een vries systeem om te koelen tot lagere waarden dan de omgevingstemperatuur»

Fig» 5 toont ter vergelijking twee grafische voorstellingen 15 van een identiek programma van temperaturen die een conventionele gas-chromatografische kamer respektievelijk een kamer volgens de uitvin·-» ding»

Be in fig0 1 weergegeven gaschromatografische kamer wordt in hoofdzaak gevormd door een omhulsel, bijvoorbeeld parallellepipe-20 dumvormig, dat op bekende wijze bestaat uit vaste isolerende wanden 10,12, en een deur 14 die ook een isolerende laag 16 heeft· Be deur 14} 'die het voorste deel van de oven kan vormen, kan aan het lichaam van de kamer worden bevestigd door middel van elk geschikt sluitsy-steem, en de rand ervan is voorzien van een afdichtende en isolerende 25 pakking 18 om elke continuïteit tussen de geïsoleerde zones 12 en 16 te voorkomen· Eveneens op reeds bekende wijze is tussen de isolerende wanden 10,12 en 16 en de bijbehorende buitenwanden 20, 22 en 24 die het omhulsel omgeven een holle ruimte 26, die eventueel op verschillende punten naar binnen toe open is, bedoeld om een isolerende man-30 tel te vormen die in wezen beoogt het gevaar te voorkomen van verbranding, of in elk geval moeilijkheden voor de bedieningsman die deze buitenste delen aanraakt wanneer de oven in werking is»

Beze wanden begrenzen een inwendig volume 28, dat naar buiter toe volledig gesloten kan zijn en waarin de (niet weggegeven) gas-35 chromatografische kolom is ondergebracht, die met het uitwendige is 7906554 f - 6 - verbonden door middel van een (evenmin weergegeven) geschikte verbin-' ding die zich in het algemeen bevindt in het in de tekening niet zichtbare bovenste gedeelte van het genoemde omhulsel» De ruimte of het inwendige volume 28 bevat verwarmingsmiddelen, bijvoorbeeld 44n of 5 meer elektrische weerstanden, zoals schematisch aangeduid bij 30, evenals middelen om een zo goed mogelijk gelijkmatige temperatuurverdeling tot stand te brengen binnen dit volume 28» In de. praktijk bestaan deze laatste middelen uit een waaier 32, die geschikt is opgesteld ten opzichte van de weerstanden 30 en wordt aangedreven door 10 de motor 34 die de achterste buitenwand 20 is aangebracht» De as 36 van de waaier 32 steekt door middel van een ondersteuning 38 luchtdicht door de geïsoleerde achterwand 10 en kan voorzien zijn van nog een waaier 40 die een luchtcirculatie doet ontstaan in de holle ruimie 26, waardoor uiteraard de werkomstandigheden worden verbeterd. In eer 15 dergelijke kamer wordt, in hoofdzaak op bekende wijze, de verwarming van het inwendige volume 28 verkregen door weerstanden 30 en het tegelijk laten werken van de waaier 32 zodat men op elk moment de grootst mogelijke gelijkmatigheid in de temperatuur bereikt over het gehele volume van de ruimte 28 en dus de daarin ondergebrachte kolom» 20 Volgens de uitvinding wordt, ter verbetering van de koelfase, en om de mogelijkheid te verkrijgen onmiddellijk een nieuwe cyclus te starten het einde van de voorafgaande, tussen de isolerende wanden 10,13 en 16 en de inwendige ruimte 28 een reeks scheidingsschotten 42,44 aangebracht, bestaande uit thermisch geleidend materiaal, bij-25 voorbeeld metaal, die tezamen de inwendige mimte 28 pneumatisch scheiden van de inwendige holle ruimte 46, die dan in feite het gehele volume 28 omgeeft, niet alleen in aansluiting van de zijwanden, zoals weergegeven in de tekening, maar ook ter plaatse van de bodem en, tenminste gedeeltelijk, in het bovenste deel van de oven» De aldus ge-30 vormde holle ruimte 46 loopt pok langs het dekseldeel, tussen de wand 16 en het schot 44, dat met het schot 42 verbonden is door middel van een geschikte pakking 48°

Twee korte buisvormige verbindingsstukken 50 en 52 bevinden zich luchtdicht tussen de achterwanden 10 en 20 en de holle ruimte 26 35 _daartussen, om de inwendige holle ruimte 46 pneumatisch te verbinden 7906554 - 7 - met het uitwendige.

Meer in het bijzonder is de bus 50 verbonden met een waaier 54 die in staat is om een luchtstroming te doen ontstaan door de gehele holle ruimte 46, welke stroming dan wordt afgevoerd door het 5 buisstuk 52o Binnen de holle ruimte 46 kunnen stroomgeleidingsplaten aanwezig zijn, zoals bijvoorbeeld aangeduid door 56, om op de best mogelijke manier de koude stroming te verdelen en aldus extreme temperatuurverschillen te voorkomen tussen verschillende punten van de schotten 42 die respektievelijk geplaatst zijn overeenkomstig de in-10 en uitlaatzones.

Wanneer er dus een geschikte luchtstroming door de holle ruimte 46 gaat maakt deze het mogelijk om een gelijkmatige koeling van de ruimte 28 te verkrijgen, speciaal wanneer de waaier 32 blijft werken, waardoor elke thexmische schok naar de kolom wordt voorkomen 15 en elke gewenste temperatuurvariant wordt verkregen door geschikte regeling van de waaier 54® Wanneer het koelen eenmaal afgelopen is kan de temperatuur van het volume 28 op elke gewenste waarde worden gehandhaafd en is het in het bijzonder mogelijk om warmte-emissie vanuit de geïsoleerde zones 10, 12 en 16 te compenseren door de genoemde 20 luchtstroom in de holle ruimte in stand te houden minstens ook gedurende de aanvankelijke fasen van de nieuwe werkingscyclus van de oven, die dan ook kan starten onmiddellijk na afloop van de koeling van de voorafgaande cycluso

Uit het hierboven gestelde wordt het duidelijk dat de regeling 25 van de temperatuuromstandigheden van het volume 28 door middel van het doorvoeren van een fluïdumstroming door de holle ruimte 46 bij elke temperatuurwaarde kan worden uitgevoerd door geschikte keuze van de omstandigheden van de stromingssnelheid en de temperatuur van het rondstromende fluïdum. In het bijzonder zal het natuurlijk mogelijk 30 zijn om heet gas te doen circuleren in samenwerking met weerstanden 30, of zelfs om deze te vervangen tijdens de verwarmingsfase van de oven, om gas te laten stromen met een zeer lage temperatuur wanneer er behoefte is aan afkoeling tot een temperatuur lager dan de omgevingstemperatuur, en eventueel zelfs lager dan 0°Go 35 _ ïig® 2 toont schematisch een geval waarin de hierboven be- 79 0 δδ 5 4 _ 8 _ / schreven gaschromatografische kamer wordt gevoed met lucht die koudesr is dan de omgevingstemperatuur» In dit geval is de verbindingsbus 42 verbonden met een buis 58 die gaat naar een warmtewisselaar van een vrieseenheid 6¾ waarvan de uitlaat door middel van een buis 62 ver-5 bonden is met de zuigzijde van de waaier 54« Op deze wijze wordt de in de holle ruimte 46 circulerende lucht in een gesloten circuit afgekoeld en is het mogelijk om een koeleenheid met een enkele trap te gebruiken, omdat zelfs tijdens de aanvankelijke fasen van de koeling de naar de warmtewisselaar van de eenheid 60 van de lucht een vol-10 doend lage temperatuur heeft om die eenheid niet te beschadigen.» Gezien het geringe in deze gesloten keten behandelde luchtvolume is hei gevolg bovendien dat de condensatieverschijnselen beperkt zijn en in elk geval niet de atmosfeer van het volume 2β beïnvloeden» Sen stel kleppen of luchtsluizen 64 en 66 maakt het mogelijk om de vrieseen-15 heid uit te schakelen door de buizen 58 en 62 met de omgeving in verbinding te brengen»

Om de gunstige resultaten aan te tonen die bereikbaar zijn met een gaschromatografische oven volgens de uitvinding zijn vergelijkende onderzoekingen verricht-, waarbij een volledige cyclus van 20 temperatuurveranderingen werd uitgevoerd in een conventionele kamer respektievelijk in een kamer volgens de uitvinding. Be grafiek van fig» 3 laat het verschil zien tussen twee koelkrommen die verkregen zijn met een c on ven ti o-ne le gaschromatografische kamer (kromme a) en de nieuwe kamer met de holle ruimte (kromme b).

25 Punt 1 geeft het begin aan van de koelfase, beginnend vanaf een temperatuur van 250°C» Toor de conventionele oven komt het begin van deze periode overeen met het uitsluiten van de verwarmingsweer-standen en het openen van de verbindingssluis; voor de kamer volgens de uitvinding komt het overeen met het uitsluiten van de verwarmings-30 weerstanden en het in werking stellen van de centrifugaalwaaier die lucht in de holle ruimte blaast» Het verloop van de kromme in de aan-vdngsperiode van de koeling toont duidelijk een aanzienlijk gradient-verschil, hetgeen voor de kamer volgens de uitvinding betekent een lagere spanning op de erin ondergebrachte kolommen» 35 In de conventionele kamer vindt de sluiting van de verbindings- 7906654 -9“- sluis plaats -wanneer een temperatuur Tan ^6°G is bereikt (10° hoger dan de omgevingstemperatuur) 0 Tan'nu af aan is het mogelijk om een isotherm te maken, mits de temperatuur darvan hoger ligt dan 6o°C, omdat het duidelijk lijkt dat teruggave van warmte door het isolatie-5 materiaal de neiging heeft om de temperatuur te doen stijgen hoven deze waarde» Be tijd die nodig is om de temperatuur van 26 C te bereicen is minder dan 18 min. voor de conventionele kamer en 22 min, voor de nieuwe, maar aangezien het met de laatste mogelijk is om de ventilatie van de holle ruimte te handhaven zelfs tijdens de fase van ther-10 mische instelling is het mogelijk om de periode van de lage isotherm te beginnen na 22 min», mits de temperatuur daarvan boven 36°C ligt.

Be relatief grotere tijd die de nieuwe kamer nodig heeft om de eindtemperatuur bij de koeling te bereiken wordt ruimschoots gecompenseerd door de mogelijkheid om te werken met een lagere aanvangs-15 temperatuur of door de mogelijkheid om te beginnen v66r de periode vai de lage isotherm (zonder te wachten op het bereiken van lagere temperaturen).

Yoor een aanvankelijke isotherm van 60°C is het bijvoorbeeld voldoende om koeling bij die temperatuur te onderbreken met een 20 aanzienlijke besparing aan tijd.

-Conclusies- 7 S 0 δ S 5 4

Claims (5)

1. 5. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerc, 6 dat de holle ruimte voorzien is van richtende elementen voor het flu- 7 idum die in staat zijn om de binnenkomende stroom te verdelen in twee 8 of meer afzonderlijke stromingen· 9
2. 4· Inrichting volgens conclusie 2, m e t het k e n m e rk, dat het in de holle ruimte ingebrachte fluïdum omgevingslucht is. 11 5t> Inrichting volgens conclusie 2, m e t' h e t k » n m e r i, dat het in de holle ruimte ingebrachte fluïdum een gas is bij een temperatuur lager dan de omgevingstemperatuur.
3. 6. Inrichting volgens conclusie 5» ^ e t h e t k e n -merk, dat de in- en uitlaatleidingen in een gesloten circuit zijn
4. 1. V geplaatst, huiten de holle ruimte, door een warmtewisselaar van een vriessysteem.
5. 7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de uitwendige keten voorzien is van openingen naar het uitwendige, 5 die kunnen worden geopend of gesloten voor het invoeren van een strooa omgevingslucht regtektievelijk gekoelde lucht in de genoemde holle ruimte o 7906654