RU202134U1 - IR SPECTROMETRIC CELL FOR DETERMINING VOLATILE SUBSTANCES IN THE STEAM PHASE - Google Patents

IR SPECTROMETRIC CELL FOR DETERMINING VOLATILE SUBSTANCES IN THE STEAM PHASE Download PDF

Info

Publication number
RU202134U1
RU202134U1 RU2020127726U RU2020127726U RU202134U1 RU 202134 U1 RU202134 U1 RU 202134U1 RU 2020127726 U RU2020127726 U RU 2020127726U RU 2020127726 U RU2020127726 U RU 2020127726U RU 202134 U1 RU202134 U1 RU 202134U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
vapor phase
container
attachment
analyzed
Prior art date
Application number
RU2020127726U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дарья Сергеевна Нехорошева
Сергей Викторович Нехорошев
Александра Викторовна Нехорошева
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Внедренческая Фирма Биоскан"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Внедренческая Фирма Биоскан" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Внедренческая Фирма Биоскан"
Priority to RU2020127726U priority Critical patent/RU202134U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU202134U1 publication Critical patent/RU202134U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03Cuvette constructions
    • G01N21/05Flow-through cuvettes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Полезная модель направлена на создание ИК-спектрометрической ячейки, интегрируемой в серийно выпускаемые ИК-спектрометры, и относится к области аналитической химии, в частности к анализу материалов с помощью оптических средств, и может быть использована для быстрой идентификации и количественного определения летучих веществ в паровой фазе методом инфракрасной спектрометрии в химической, микробиологической, пищевой промышленности.The utility model is aimed at creating an IR spectrometric cell that can be integrated into commercially available IR spectrometers and relates to the field of analytical chemistry, in particular to the analysis of materials using optical means, and can be used for the rapid identification and quantitative determination of volatiles in the vapor phase. by infrared spectrometry in the chemical, microbiological, food industries.

Description

Полезная модель относится к области аналитической химии, в частности к анализу материалов с помощью оптических средств, может быть использована для идентификации и количественного определения летучих веществ в паровой фазе методом инфракрасной спектрометрии (ИК-спектрометрии) и может быть использована в химической, микробиологической, пищевой промышленности.The utility model relates to the field of analytical chemistry, in particular to the analysis of materials using optical means, can be used for identification and quantitative determination of volatiles in the vapor phase by infrared spectrometry (IR spectrometry) and can be used in the chemical, microbiological, food industries ...

Заявленное техническое решение относится к области аналитической химии, в частности к анализу материалов с помощью оптических средств, т.е. с использованием инфракрасных, видимых или ультрафиолетовых лучей, представляет собой измерительную ячейку для парофазного анализа жидкостей интегрируемую в серийно выпускаемые ИК-спектрометры.The claimed technical solution relates to the field of analytical chemistry, in particular to the analysis of materials using optical means, i.e. with the use of infrared, visible or ultraviolet rays, it is a measuring cell for the headspace analysis of liquids, integrated into commercially available IR spectrometers.

Определение качественных и количественных характеристик материалов ИК-спектрометрическим методом основано на избирательном поглощении инфракрасной энергии. Для регистрации спектра поглощенного ИК-излучения служат ИК-спектрометры. В настоящее время наиболее распространены ИК-спектрометры с Фурье преобразованием. Основными компонентами этих спектрометров являются источник ИК-излучения, интерферометр и детектор. ИК-излучение из источника попадает в интерферометр, где происходит модуляция излучения за счет интерференции на подвижном и неподвижном зеркалах. Модулированное ИК-излучение проходит через образец и регистрируется детектором. Полученная интерферограмма обрабатывается компьютером для получения традиционного спектра. Для расчета используется Фурье преобразование. ИК-Фурье-спектрометры - однолучевые приборы, поэтому для компенсации поглощения ИК-излучения атмосферными газами, компонентами спектрометра, кюветой и растворителями регистрируют фоновый спектр (спектр сравнения) без образца. Затем фоновый спектр вычитают из аналитического.Determination of the qualitative and quantitative characteristics of materials by the IR spectrometric method is based on the selective absorption of infrared energy. IR spectrometers are used to record the spectrum of absorbed IR radiation. Fourier transform IR spectrometers are currently the most widely used. The main components of these spectrometers are an IR source, an interferometer and a detector. Infrared radiation from the source enters the interferometer, where the radiation is modulated due to interference on the moving and stationary mirrors. Modulated IR radiation passes through the sample and is recorded by a detector. The resulting interferogram is processed by a computer to obtain a traditional spectrum. The Fourier transform is used for the calculation. FTIR spectrometers are single-beam devices, therefore, to compensate for the absorption of infrared radiation by atmospheric gases, spectrometer components, cuvette and solvents, a background spectrum (comparison spectrum) is recorded without a sample. Then the background spectrum is subtracted from the analytical one.

До недавнего времени анализ водно-органических смесей методом ИК-спектроскопии был ограничен возможностями «соляной» оптики ИК-спектрометров. Известен ИК-спектрометрический способ, при котором определение содержания растворенных веществ проводят при удалении растворителя. Для этого аликвоту раствора упаривают до образования сухого остатка. Остаток переносят в агатовую ступку, где проводят его измельчение. Затем исследуемый порошок перемешивают с навеской бромида калия и тщательно измельчают в ступке. Полученную смесь помещают в пресс-форму и проводят прессование [Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия: Пер. с англ. -М.: Мир, 1982, - с. 93-94]. В результате получаются прозрачные или полупрозрачные таблетки, пригодные для ИК-спектрометрического анализа. Основное преимущество метода - отсутствие мешающих полос поглощения ИК-излучения растворителем. Для успешного приготовления таблеток с бромидом калия необходимо длительное (тщательное) измельчение смеси остатка после испарения растворителя и порошка бромида калия. Также необходимо прессование с равномерно увеличивающейся нагрузкой, желательно с вакуумированием. Вследствие этого приготовление таблеток занимает значительное количество времени и требует использования дополнительного оборудования: лабораторного гидравлического пресса, вибромельницы и вакуумного насоса. Соответственно недостатком этого метода является значительные трудозатраты и стоимость выполнения анализа.Until recently, the analysis of aqueous-organic mixtures by IR spectroscopy was limited by the capabilities of the "salt" optics of IR spectrometers. Known infrared spectrometric method, in which the determination of the content of solutes is carried out while removing the solvent. For this, an aliquot of the solution is evaporated until a dry residue is formed. The residue is transferred to an agate mortar, where it is ground. Then the test powder is mixed with a weighed portion of potassium bromide and thoroughly ground in a mortar. The resulting mixture is placed in a mold and pressed [Smith A. Applied IR spectroscopy: Per. from English. -M .: Mir, 1982, - p. 93-94]. The result is transparent or translucent tablets suitable for IR spectrometric analysis. The main advantage of the method is the absence of interfering absorption bands of IR radiation by the solvent. For the successful preparation of tablets with potassium bromide, prolonged (thorough) grinding of the mixture of the residue after evaporation of the solvent and potassium bromide powder is necessary. It is also necessary to press with a uniformly increasing load, preferably with evacuation. As a result, the preparation of tablets takes a considerable amount of time and requires the use of additional equipment: laboratory hydraulic press, vibrating mill and vacuum pump. Accordingly, the disadvantage of this method is the significant labor and cost of performing the analysis.

Известный [Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия: Пер. с англ. -М.: Мир, 1982, - с. 154-155] ранее метод анализ легколетучих органических жидкостей в смесях с водой методом многократного нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО) на германиевом кристалле не получил распространения, т.к. для середины 60-х годов ХХ века этот метод был редким и затратным. Современные методы ИК-спектроскопии, в сочетании с водостойкими спектральными материалами, позволяют разрабатывать эффективные методики анализа таких «неудобных» объектов. Экспрессным и селективным методом определения легколетучих органических жидкостей в смесях с водой с концентрациями более 1 г/л оказалась (ИК-спектроскопия в сочетании с регистрацией ИК-спектра методом нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) на кристалле ZnSe [Нехорошев С.В. Экспертное исследование метилового спирта и его водных растворов / С.В. Нехорошев, А.В. Нехорошева, М.Н. Ремизова, Х.Б. Тагизаде // Судебная экспертиза. 2011. № 2 (26). С. 47-53]. В то же время, из-за мощных межмолекулярных взаимодействий в водных растворах метилового и других спиртов, положение некоторых полос поглощения в ИК-спектрах может существенно зависеть от их концентрации, что негативно сказывается на погрешность измерения аналитического сигнала [Rai V.K. Spectroscopic studies of some aliphatic alcohols / V.K. Rai, S.B. Rai, I.D. Singh, Siyaram // Indian J. Phys. B. 2004. Т. 78; № 1. P. 81-86]. Кроме этого, имеются недостатки и у самого кристаллического ZnSe, с которым при регистрации ИК-спектров приходится контактировать анализируемым растворам. Этот оптический материал повреждается растворами кислот с рН меньше 5 и растворами щелочей с рН более 9, а также обладает недостаточной твердостью. Однако в 2014 году на отечественном рынке аналитического оборудования появились приставки НПВО с алмазами, выращенными и обработанными в России. При допустимых оптических свойствах алмаз лишен многих недостатков кристаллического ZnSe, т.е. обладает высокой твердостью, термической и химической стойкостью. Сегодня приставки НПВО с алмазом чаще всего применяются для регистрации ИК-спектров твердых эластичных и хрупких проб, т.к. алмаз устойчив к механическим повреждениям и позволяет минимизировать трудоемкую пробоподготовку [Ежевская Т. Российские алмазы в ИК-Фурье-спектрометрии / Т. Ежевская, А. Бубликов, Ю. Пальянов, А. Хохряков // Аналитика. 2015. № 2 (21). С. 118-123]. Famous [Smith A. Applied IR spectroscopy: Per. from English. -M .: Mir, 1982, - p. 154-155] earlier, the method of analyzing volatile organic liquids in mixtures with water by the method of multiple disturbed total internal reflection (MIPR) on a germanium crystal did not become widespread, because for the mid 60s of the twentieth century, this method was rare and costly. Modern methods of IR spectroscopy, in combination with waterproof spectral materials, make it possible to develop effective methods for the analysis of such "inconvenient" objects. An express and selective method for the determination of highly volatile organic liquids in mixtures with water with concentrations of more than 1 g / L turned out to be (IR spectroscopy combined with the registration of the IR spectrum by the method of disturbed total internal reflection (ATR) on a ZnSe crystal [Nekhoroshev SV Expert study Methyl alcohol and its aqueous solutions / SV Nekhoroshev, AV Nekhorosheva, MN Remizova, Kh.B. Tagizade // Forensic examination. 2011. No. 2 (26). P. 47-53]. At the same time, due to powerful intermolecular interactions in aqueous solutions of methyl and other alcohols, the position of some absorption bands in the IR spectra can significantly depend on their concentration, which negatively affects the measurement error of the analytical signal [Rai VK Spectroscopic studies of some aliphatic alcohols / VK Rai, SB Rai, ID Singh, Siyaram // Indian J. Phys. B. 2004. T. 78; No. 1. P. 81-86]. In addition, there are disadvantages and the very crystalline ZnSe, with which when registering IR spectra it is necessary to contact the analyzed solutions. This optical material is damaged by acid solutions with a pH of less than 5 and alkali solutions with a pH of more than 9, and also has insufficient hardness. However, in 2014, ATR attachments with diamonds grown and processed in Russia appeared on the domestic market of analytical equipment. With admissible optical properties, diamond is free from many of the disadvantages of crystalline ZnSe; possesses high hardness, thermal and chemical resistance. Today ATR attachments with diamond are most often used for recording IR spectra of hard elastic and brittle samples, because diamond is resistant to mechanical damage and minimizes labor-intensive sample preparation [Ezhevskaya T. Russian diamonds in FTIR spectrometry / T. Ezhevskaya, A. Bublikov, Yu. Palyanov, A. Khokhryakov // Analytics. 2015. No. 2 (21). S. 118-123].

Аналогом предлагаемого технического решения является ИК-спектрометрическая ячейка [WO 2007060398 A1]. Устройство включает в себя впускной кран, присоединенный к газовой линии, через которую подается инертный газ, который через впускной кран поступает в цилиндрическую емкость, характеризуемую определенным оптическим путем и изготовленную из материала, стойкого к действию анализируемого раствора боковым частям емкости герметично приклеены два окна из материала, прозрачного в ИК-области. Емкость снабжена нагревательным элементом для испарения анализируемой пробы и термодатчиком, позволяющим контролировать температуру среды внутри емкости. Кроме того, ИК-спектрометрическая ячейка снабжена капиллярным устройством для ввода анализируемой пробы.An analogue of the proposed technical solution is an IR spectrometric cell [WO 2007060398 A1]. The device includes an inlet valve connected to the gas line through which an inert gas is supplied, which flows through the inlet valve into a cylindrical container characterized by a certain optical path and made of a material resistant to the action of the analyzed solution, two material windows are hermetically glued to the side parts of the container transparent in the infrared region. The container is equipped with a heating element for evaporation of the analyzed sample and a temperature sensor that allows you to control the temperature of the medium inside the container. In addition, the IR spectrometric cell is equipped with a capillary device for introducing the analyzed sample.

Недостатком устройства является то, что это устройство предназначено и сокращает время анализа для регистрации спектров в потоке, а не в ограниченном объеме; в этом устройстве проба должна обладать способностью достаточно полно испаряться, иначе неиспарившиеся остатки будут накапливаться в месте ввода пробы (в инжекторе) и преграждать путь новым порциям пробы; в этом устройстве отсутствует система вентиляции (очистки) оптической ячейки от паров предыдущей пробы, в приведенном случае остатки пробы должны конденсироваться и стекать обратно в поток жидкости; это устройство настраивается только на определенный объем пробы за счет диаметра и наполнения входного отверстия.The disadvantage of the device is that this device is designed and reduces the analysis time for the registration of spectra in the stream, and not in a limited volume; in this device, the sample must have the ability to completely evaporate, otherwise non-evaporated residues will accumulate at the injection site (in the injector) and block the way for new portions of the sample; this device does not have a ventilation system (cleaning) of the optical cell from the vapors of the previous sample; in this case, the remains of the sample should condense and drain back into the liquid stream; this device only adjusts to a certain sample volume due to the diameter and filling of the inlet.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) является устройство «ИК-спектрометрическая ячейка для определения легколетучих органических жидкостей в смесях с водой», патент РФ на полезную модель № 160148 RU. Было установлено, что для оперативного аналитического контроля определения легколетучих органических жидкостей в водных растворах методом ИК-Фурье-спектроскопии наиболее эффективным из известных способов регистрации спектров является применение приставки НПВО с алмазным кристаллом, оборудованным крышкой для предотвращения испарения компонентов пробы и термоэлементом для поддержания стабильной температуры. Для уменьшения влияния межмолекулярных взаимодействий на спектральные характеристики водных растворов легколетучих органических жидкостей рекомендуется регистрировать ИК-спектры при повышенных температурах (50-60 °С). Наиболее существенными недостатками этого решения является высокая стоимость алмазного оптического элемента, а также влияние на форму и положение аналитической полосы поглощения легколетучих органических жидкостей в смесях с водой мощных межмолекулярных взаимодействий, неизбежно присутствующих в таких жидкостях, как водные растворы. The closest to the proposed technical solution (prototype) is the device "IR spectrometric cell for the determination of volatile organic liquids in mixtures with water", RF patent for a useful model No. 160148 RU. It was found that for operational analytical control of the determination of volatile organic liquids in aqueous solutions by FTIR spectroscopy, the most effective of the known methods for recording spectra is the use of an ATR attachment with a diamond crystal equipped with a cover to prevent evaporation of sample components and a thermoelement to maintain a stable temperature. To reduce the effect of intermolecular interactions on the spectral characteristics of aqueous solutions of highly volatile organic liquids, it is recommended to record IR spectra at elevated temperatures (50-60 ° C). The most significant disadvantages of this solution are the high cost of the diamond optical element, as well as the influence on the shape and position of the analytical absorption band of volatile organic liquids in mixtures with water of powerful intermolecular interactions, which are inevitably present in such liquids as aqueous solutions.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание ИК-спектрометрической ячейки для качественного и количественного анализа, которое бы обеспечивало устранение влияния межмолекулярных взаимодействий в жидких пробах, создавало возможность анализировать в паровой фазе жидкие пробы и анализировать газовые пробы, позволяло сократить стоимость и время анализа легколетучих веществ в водно-органических смесях и расширило круг анализируемых объектов. Приставка предназначена для работы в составе серийно выпускаемых ИК-Фурье-спектрометров и позволяет регистрировать ИК-спектр паров жидкой пробы в диапазоне волновых чисел 4000-650 см-1.The task to be solved by the claimed technical solution is to create an IR spectrometric cell for qualitative and quantitative analysis, which would ensure the elimination of the influence of intermolecular interactions in liquid samples, create the ability to analyze liquid samples in the vapor phase and analyze gas samples, reduce the cost and the time of analysis of highly volatile substances in water-organic mixtures and expanded the range of analyzed objects. The attachment is designed to work as part of commercially available FT-IR spectrometers and allows you to record the IR spectrum of vapors of a liquid sample in the range of wave numbers 4000-650 cm -1 .

На фиг. 1 представлена схема расположения основных деталей предлагаемой ИК-спектрометрической ячейки для определения летучих веществ в паровой фазе, вид сбоку.FIG. 1 shows a diagram of the arrangement of the main parts of the proposed IR-spectrometric cell for the determination of volatiles in the vapor phase, side view.

Данная приставка представляет собой обогреваемую газовую кювету (горизонтально располагаемая цилиндрическая трубка для прокачки газообразных проб либо проб жидких веществ в паровой фазе), торцы которой закрыты окнами 4 и 5 из оптического материала, прозрачного в диапазоне регистрации спектра. К кювете подведены трубки 12 и 13, оснащенные пневматическими клапанами для изоляции ее внутреннего объема на время регистрации спектра. На верхней боковой стенке приставки выполнено сквозное отверстие, в котором закреплен инжектор проб 8, позволяющий при помощи хроматографического микрошприца 10 вводить во внутренний объем кюветы 3 жидкую пробу для ее испарения и анализа, либо газообразную пробу для анализа.This attachment is a heated gas cell (a horizontally placed cylindrical tube for pumping gaseous samples or samples of liquid substances in the vapor phase), the ends of which are closed by windows 4 and 5 made of optical material transparent in the range of spectrum registration. Tubes 12 and 13 are connected to the cuvette, equipped with pneumatic valves to isolate its internal volume during the spectrum recording. A through hole is made on the upper side wall of the attachment, in which a sample injector 8 is fixed, which allows, using a chromatographic microsyringe 10, to introduce a liquid sample into the inner volume of the cuvette 3 for evaporation and analysis, or a gaseous sample for analysis.

Корпус кюветы выполнен из прочного коррозионностойкого термостойкого материала и имеет цилиндрическую форму. Длина корпуса кюветы не превышает 180 мм, ее внутренний диаметр – не более 20 мм. Длина оптического пути (длина внутреннего пространства кюветы, ограниченного внутренней поверхностью торцевых окон 4 и 5) составляет 150 мм. Внутренний объем кюветы – постоянный и составляет не более 50000 ± 2500 мм3. Диапазон рабочих температур кюветы – от комнатной (около 20°С) до 220°С.The cuvette body is made of durable corrosion-resistant heat-resistant material and has a cylindrical shape. The length of the cell body does not exceed 180 mm, its inner diameter is no more than 20 mm. The length of the optical path (the length of the inner space of the cuvette, limited by the inner surface of the end windows 4 and 5) is 150 mm. The inner volume of the cuvette is constant and does not exceed 50,000 ± 2,500 mm 3 . The operating temperature range of the cuvette is from room temperature (about 20 ° C) to 220 ° C.

Инжектор 8 оснащен силиконовой термостойкой мембраной 9 и обеспечивает ввод жидкой или газовой пробы при помощи микрошприца 10. Внутренний диаметр канала ввода пробы в инжекторе 8 должен составлять 1,5 мм. В качестве микрошприца используются стандартные хроматографические микрошприцы емкостью 1, 10 и 50 мкл.The injector 8 is equipped with a silicone heat-resistant membrane 9 and provides a liquid or gaseous sample injection using a microsyringe 10. The inner diameter of the sample injection channel in the injector 8 should be 1.5 mm. As a microsyringe, standard chromatographic microsyringes with a capacity of 1, 10 and 50 μl are used.

Трубки 12 и 13 имеют внутренний диаметр не более 1 мм и оснащены пневматическими клапанами 1 и 2 для герметичной изоляции внутреннего объема кюветы. Tubes 12 and 13 have an inner diameter of no more than 1 mm and are equipped with pneumatic valves 1 and 2 for hermetic isolation of the inner volume of the cuvette.

На внешней поверхности кюветы (за исключением торцевых окон 4 и 5) размещаются электрические нагревательные элементы 6, датчик температуры (на схеме не указан) и кожух термоизоляции 11, которые совместно с автоматическим регулятором температуры 7 позволяют нагревать корпус кюветы от комнатной (около 20°С) до 220°С и в течение продолжительного времени (до 8 часов) поддерживать заданную температуру в указанном диапазоне с точностью до ± 3°С.On the outer surface of the cuvette (with the exception of end windows 4 and 5) there are electric heating elements 6, a temperature sensor (not shown in the diagram) and a thermal insulation casing 11, which, together with an automatic temperature controller 7, allow the cuvette body to be heated from room temperature (about 20 ° C ) up to 220 ° С and for a long time (up to 8 hours) maintain the specified temperature within the specified range with an accuracy of ± 3 ° С.

Для подготовки приставки к работе ее размещают в кюветном отделении включенного ИК-спектрометра, после чего при помощи терморегулятора 7 устанавливают нужную температуру приставки и дожидаются ее нагрева до заданной температуры. Приставка готова к работе.To prepare the attachment for operation, it is placed in the cuvette compartment of the switched on IR spectrometer, after which the required temperature of the attachment is set with the help of the thermostat 7 and the attachment temperature is waited for it to heat up to the specified temperature. The attachment is ready for use.

Для повышения эффективности работы приставки принципиальная схема устройства, представленная на фиг. 1, имеет следующие конструктивные особенности:To increase the efficiency of the attachment, the schematic diagram of the device shown in Fig. 1 has the following design features:

1) материал корпуса приставки 3 выполнен из нержавеющей стали, как из более коррозионностойкого и термостойкого металла, по сравнению с алюминием и его сплавами;1) the material of the body of the attachment 3 is made of stainless steel, as of a more corrosion-resistant and heat-resistant metal, in comparison with aluminum and its alloys;

2) направление газовых потоков в корпусе 3 приставки выполнено не «От окна к окну», а по схеме «От инжектора к окнам», для чего инжектор 8 соединен трубкой 12 с пневматическим клапаном 2, а входящие в кювету две металлические трубки 13 соединены с пневматическим клапаном 1. Эти изменения позволяют в 2 раза сократить время очистки внутреннего пространства приставки от предыдущей пробы, а также избежать концентрирования загрязнений в инжекторе 8;2) the direction of gas flows in the housing 3 of the attachment is made not "From window to window", but according to the scheme "From injector to windows", for which the injector 8 is connected by a tube 12 with a pneumatic valve 2, and two metal tubes 13 entering the cuvette are connected to pneumatic valve 1. These changes make it possible to halve the time for cleaning the inner space of the attachment from the previous sample, as well as to avoid the concentration of contaminants in the injector 8;

3) в схеме обогрева корпуса приставки применены кольцевые нагревательные элементы 6, обеспечивающие более равномерное распределение тепла по сравнению с точечными нагревательными элементами;3) in the heating circuit of the set-top box body, ring heating elements 6 are used, which provide a more even distribution of heat compared to point heating elements;

4) пневматические клапаны 1 и 2 для очистки внутреннего пространства приставки от предыдущей пробы вынесены за пределы кожуха термоизоляции 11 для исключения их перегрева от обогреваемого корпуса приставки 3 и предохранения клапанов 1 и 2 от выхода из строя;4) pneumatic valves 1 and 2 for cleaning the inner space of the attachment from the previous sample are placed outside the thermal insulation casing 11 to exclude their overheating from the heated casing of the attachment 3 and to protect valves 1 and 2 from failure;

5) трубки 12 и 13, соединяющие приставку и пневматические клапаны, выполнены из металла внутренним диаметром не более 1 мм и общей длиной не более 300 мм, внутренний объем которых не превысит 0,025 см3, что составляет менее 0,05 % от внутреннего объема корпуса приставки (около 50 см3) с внутренним диаметром 20 мм, либо менее 0,2 % от внутреннего объема корпуса приставки (около 12 см3) с внутренним диаметром 10 мм. Это позволяет снизить погрешность измерения за счет снижения вклада труднодоступных мест во внутреннем объеме приставки;5) pipes 12 and 13 connecting the attachment and pneumatic valves are made of metal with an inner diameter of no more than 1 mm and a total length of no more than 300 mm, the internal volume of which will not exceed 0.025 cm 3 , which is less than 0.05% of the internal volume of the body attachments (about 50 cm 3 ) with an inner diameter of 20 mm, or less than 0.2% of the inner volume of the attachment body (about 12 cm 3 ) with an inner diameter of 10 mm. This allows you to reduce the measurement error by reducing the contribution of hard-to-reach places in the internal volume of the attachment;

6) с торцов устройства герметично зафиксированы кольцами с резьбой два окна 5 и 6 из материала, прозрачного в ИК-области, что позволяет производить их замену при повреждении, помутнении;6) from the ends of the device, two windows 5 and 6 of a material transparent in the IR region are hermetically fixed with threaded rings, which allows them to be replaced in case of damage, turbidity;

7) хроматографический микрошприц 10 предназначен для ввода жидкой или газообразной пробы во внутренний объем кюветы.7) a chromatographic microsyringe 10 is designed to inject a liquid or gaseous sample into the inner volume of the cuvette.

В процессе работы приставка может находиться в 2-х чередующихся режимах, представленных на фиг. 2, которые запускаются оператором путем переключения тумблеров управления пневматическими клапанами:During operation, the set-top box can be in 2 alternating modes, shown in Fig. 2, which are started by the operator by switching toggle switches for controlling pneumatic valves:

1) пневматические клапаны 1 и 2 открыты и происходит продувка (очистка) сжатым газом внутреннего объема приставки от паров предыдущей пробы;1) pneumatic valves 1 and 2 are open and the internal volume of the attachment is purged (cleaned) with compressed gas from the vapors of the previous sample;

2) пневматические клапаны 1 и 2 закрыты, после чего в инжектор 8 приставки микрошприцом 10 вводится проба, которая испаряется во внутреннем пространстве приставки и после этого регистрируется спектр паров пробы. 2) pneumatic valves 1 and 2 are closed, after which a sample is injected into the injector 8 of the attachment with a microsyringe 10, which evaporates in the inner space of the attachment and after that the spectrum of the sample vapors is recorded.

Применение устройства позволяет перевести анализируемое вещество в паровую фазу в, собственно, самом объеме емкости, ограниченном окнами, в это время снимается ИК-спектр данной паровой фазы, что позволяет сократить время анализа. Проба в паровой фазе не требует нагрева и последующего испарения, и, поэтому возможно непосредственное снятие ИК-спектра исследуемой паровой фазы. Получение соответствующего спектра паровой фазы, испарившейся из ограниченного объема жидкости, позволит качественно и количественно охарактеризовать состав испаряемой жидкости. Ячейка помещается в стандартный держатель кювет ИК-Фурье-спектрометров, серийно выпускаемых промышленностью. The use of the device makes it possible to transfer the analyte into the vapor phase in, in fact, the very volume of the container, bounded by the windows, at this time the IR spectrum of this vapor phase is recorded, which allows to reduce the analysis time. The sample in the vapor phase does not require heating and subsequent evaporation, and therefore it is possible to directly record the IR spectrum of the investigated vapor phase. Obtaining the corresponding spectrum of the vapor phase evaporated from a limited volume of liquid will make it possible to qualitatively and quantitatively characterize the composition of the evaporated liquid. The cell is placed in a standard cuvette holder for FT-IR spectrometers, commercially available.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является улучшенное качество анализа материалов с помощью оптических средств, что может быть использовано для идентификации и количественного определения легколетучих органических жидкостей в смесях с водой методом инфракрасной спектрометрии, позволит выполнять анализ быстро и экономично, с сохранением высокой надежности идентификации и точности определения. По сравнению с существующими методами заявляемый способ имеет следующие преимущества.The technical result provided by the given set of features is an improved quality of the analysis of materials using optical means, which can be used to identify and quantify volatile organic liquids in mixtures with water by infrared spectrometry, will allow the analysis to be performed quickly and economically, while maintaining high reliability of identification. and accuracy of determination. Compared with existing methods, the claimed method has the following advantages.

1. Сокращает время анализа проб из ограниченного объема, так как отсутствует необходимость пробоподготовки. 1. Reduces the time of analysis of samples from a limited volume, since there is no need for sample preparation.

2. Конструктивные особенности устройства позволяют жидкой пробе испаряться как полностью, так и частично.2. The design features of the device allow the liquid sample to evaporate both completely and partially.

3. Конструктивные особенности устройства позволяют устройству работать в 2-х чередующихся режимах, которые запускаются оператором путем переключения тумблеров управления пневматическими клапанами.3. The design features of the device allow the device to operate in 2 alternating modes, which are triggered by the operator by switching the toggle switches for controlling the pneumatic valves.

4. Устройство имеет систему вентиляции (очистки) от паров предыдущей пробы и позволяет избегать загрязнения инжектора 8. Время очистки внутреннего пространства приставки от предыдущей пробы сокращено в 2 раза. 4. The device has a ventilation system (cleaning) from the vapors of the previous sample and allows you to avoid contamination of the injector 8. The time for cleaning the inner space of the attachment from the previous sample is reduced by 2 times.

5. Конструктивные особенности устройства позволяют регулировать объем пробы положением поршня микрошприца при вводе пробы.5. Design features of the device allow adjusting the sample volume by the position of the microsyringe plunger during sample injection.

6. Не содержит деталей растворимых или реагирующих с анализируемым раствором и поглощающих ИК-излучение, что позволяет проводить анализ практически всех легколетучих органических веществ в смесях с водой.6. Does not contain parts soluble or reacting with the analyzed solution and absorbing IR radiation, which allows the analysis of almost all volatile organic substances in mixtures with water.

7. Материал корпуса устройства выполнен из нержавеющей стали для обеспечения коррозионной устойчивости внутреннего объема ячейки и способности удерживать температуру.7. The material of the device body is made of stainless steel to ensure the corrosion resistance of the inner volume of the cell and the ability to maintain temperature.

8. Конструктивные особенности устройства позволяют равномерно нагревать пробу.8. The design features of the device allow for uniform heating of the sample.

9. Конструктивные особенности устройства обеспечивают снижение погрешности измерения за счет снижения вклада труднодоступных мест во внутреннем объеме приставки.9. The design features of the device provide a decrease in the measurement error by reducing the contribution of hard-to-reach places in the internal volume of the attachment.

Claims (1)

ИК-спектрометрическая ячейка для определения летучих веществ в паровой фазе, заключенная в кожух термоизоляции, содержащая кольцевые нагревательные элементы, снабженная термодатчиком, отличающаяся тем, что она содержит впускной и выпускной краны, подсоединённые к газовой линии, через которую подают инертный газ по схеме «От инжектора к окнам», поступающий через впускной кран в горизонтально располагаемую цилиндрическую емкость, характеризуемую определенным оптическим путем L и изготовленную из материала, стойкого к действию анализируемого раствора, в торцевых частях которой герметично зафиксированы кольцами с резьбой два окна из материала, прозрачного в ИК-области, причем в емкость вмонтированы кольцевые нагревательные элементы для испарения анализируемой пробы и термодатчик, позволяющий контролировать температуру среды внутри емкости, а в центре верхней поверхности цилиндрической емкости находится отверстие, изолированное эластичной мембраной, исключающей потери пробы, её загрязнение, через которую микрошприцем производят ввод газовой пробы или пробы жидкости в паровой фазе анализируемого образца.An infrared spectrometric cell for the determination of volatiles in the vapor phase, enclosed in a thermal insulation casing, containing ring heating elements, equipped with a thermal sensor, characterized in that it contains inlet and outlet taps connected to a gas line through which an inert gas is supplied according to the "From injector to the windows ", entering through the inlet valve into a horizontally located cylindrical container, characterized by a certain optical path L and made of a material resistant to the action of the analyzed solution, in the end parts of which two windows are hermetically fixed by threaded rings from a material transparent in the infrared region , moreover, ring heating elements for evaporation of the analyzed sample and a thermal sensor are mounted in the container, which makes it possible to control the temperature of the medium inside the container, and in the center of the upper surface of the cylindrical container there is a hole insulated with an elastic membrane that excludes sample loss and contamination, through which a gas sample or a liquid sample in the vapor phase of the analyzed sample is injected with a microsyringe.
RU2020127726U 2020-08-20 2020-08-20 IR SPECTROMETRIC CELL FOR DETERMINING VOLATILE SUBSTANCES IN THE STEAM PHASE RU202134U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127726U RU202134U1 (en) 2020-08-20 2020-08-20 IR SPECTROMETRIC CELL FOR DETERMINING VOLATILE SUBSTANCES IN THE STEAM PHASE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127726U RU202134U1 (en) 2020-08-20 2020-08-20 IR SPECTROMETRIC CELL FOR DETERMINING VOLATILE SUBSTANCES IN THE STEAM PHASE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU202134U1 true RU202134U1 (en) 2021-02-03

Family

ID=74551017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127726U RU202134U1 (en) 2020-08-20 2020-08-20 IR SPECTROMETRIC CELL FOR DETERMINING VOLATILE SUBSTANCES IN THE STEAM PHASE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU202134U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007060398A1 (en) * 2005-11-22 2007-05-31 Bp Chemicals Limited Method and apparatus for spectroscopic analysis
RU2305272C2 (en) * 2004-12-09 2007-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ Ir-spectrometer cell for detecting low volatile matters in volatile fluids
RU160148U1 (en) * 2015-04-20 2016-03-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Югорский государственный университет" (ЮГУ) IR-SPECTROMETRIC CELL FOR DETERMINING EASY VOLATILE ORGANIC LIQUIDS IN MIXTURES WITH WATER
RU2700331C1 (en) * 2018-10-19 2019-09-16 Дарья Сергеевна Нехорошева Ir-spectrometric system for vapor-phase monitoring of chemical composition of liquid hydrocarbon mixes in a tank and method of performing spectrometric measurements with its use

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2305272C2 (en) * 2004-12-09 2007-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ Ir-spectrometer cell for detecting low volatile matters in volatile fluids
WO2007060398A1 (en) * 2005-11-22 2007-05-31 Bp Chemicals Limited Method and apparatus for spectroscopic analysis
RU160148U1 (en) * 2015-04-20 2016-03-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Югорский государственный университет" (ЮГУ) IR-SPECTROMETRIC CELL FOR DETERMINING EASY VOLATILE ORGANIC LIQUIDS IN MIXTURES WITH WATER
RU2700331C1 (en) * 2018-10-19 2019-09-16 Дарья Сергеевна Нехорошева Ir-spectrometric system for vapor-phase monitoring of chemical composition of liquid hydrocarbon mixes in a tank and method of performing spectrometric measurements with its use

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10551249B2 (en) Process and system for sample analysis
Busch et al. Spatially resolving infrared spectroscopy for parallelized characterization of acid sites of catalysts via pyridine sorption: Possibilities and limitations
US11852617B2 (en) Thermal desorption tube collection system and method
Reedy et al. Gas chromatography/infrared matrix isolation spectrometry
CN103163209B (en) Mass spectrum method of gas sample in on-line continuous monitoring
KR102611380B1 (en) Real-time monitoring of the concentration of substances in the environment, such as fish ponds, especially ammonia
NO20082592L (en) Method and apparatus for spectroscopic analysis
US20170341056A1 (en) GC-FTIR and Mode of Operation to Address Water Interference
RU160148U1 (en) IR-SPECTROMETRIC CELL FOR DETERMINING EASY VOLATILE ORGANIC LIQUIDS IN MIXTURES WITH WATER
Taylor et al. Determination of trace amounts of sulfur by atomic absorption and emission spectrometry
RU202134U1 (en) IR SPECTROMETRIC CELL FOR DETERMINING VOLATILE SUBSTANCES IN THE STEAM PHASE
Matusiewicz et al. Simultaneous determination of hydride forming elements (As, Bi, Ge, Sb, Se) and Hg in biological and environmental reference materials by electrothermal vaporization–microwave induced plasma-optical emission spectrometry with their in situ trapping in a graphite furnace
Nagarajan et al. Quantitative analysis of alcohol, sugar, and tartaric acid in alcoholic beverages using attenuated total reflectance spectroscopy
Lanzinger et al. Partial pressure measurement by means of infrared laser absorption spectroscopy
Penisson et al. Water activity measurement of NaCl/H2O mixtures via substrate-integrated hollow waveguide infrared spectroscopy with integrated microfluidics
Siegmann-Hegerfelda et al. Online monitoring of Toc contaminations in clean-in-place processes for optimized process control, increased process efficiency and quality
Stratmann et al. Fluid phase equilibria of ethanol and carbon dioxide mixtures with concentration measurements by Raman spectroscopy
Bartl et al. An interlaboratory comparison of sample presentation methods for the analysis of aqueous solutions using fourier transform infrared spectroscopy
RU2305272C2 (en) Ir-spectrometer cell for detecting low volatile matters in volatile fluids
Lee et al. IR Spectroscopy of Aqueous Ethanol Solutions: Dispersive versus Single-chip FT-IR
Flowers et al. Infrared spectroscopic determination of oxide in molten chloroaluminates
Lancaster et al. Quantitation of trace components in liquid process streams by direct liquid sampling mass spectrometry
Borek et al. Analysis of modern and ancient artifacts for the presence of corn beer; dynamic headspace testing of pottery sherds from mexico and new mexico
Fuji et al. Background-free mid-infrared absorption spectroscopy using sub-cycle pulses
Dusanter et al. Quantification of minor trace-gas pollutants in air by variable pressure infrared diode laser spectroscopy

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20210312