RU2099700C1

RU2099700C1 - Desorber

Info

Publication number: RU2099700C1
Application number: RU96103454A
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Беликов
Original assignee: Александр Борисович Беликов
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 1997-12-20

Abstract

FIELD: analytical instrumentation, gas chromatography and spectral methods of analysis. SUBSTANCE: invention can be used to prepare and inject samples into gas chromatographer and spectral analysis devices. Desorber has dismountable heater, separable sampler seized by mobile and immobile flanges with use of sealing collars and adjusting screw. In addition desorber has units to inject and remove gas carrier. It can include trap-concentrator of analyzed impurity and unit injecting samples. EFFECT: simplified design, enhanced functional reliability and stability. 11 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к области газовой хроматографии и спектральных методов анализа, и может быть использовано для подготовки и ввода проб в газовых хроматограф и приборы спектрального анализа. The invention relates to the field of analytical instrumentation, in particular to the field of gas chromatography and spectral analysis methods, and can be used to prepare and enter samples into gas chromatographs and spectral analysis instruments.

Известно устройство для определения содержания ртути в порошкообразных пробах [1] содержащее кварцевую проточную кювету, окруженную нагревателем, соединенную с одной стороны с источником газа-носителя, а с другой стороны с анализатором, причем в качестве анализатора использована вертикально расположенная градуированная трубка с расположенным в ней поплавком с нанесенным на его поверхность золотым сорбентом. Устройство работает следующим образом: в проточную кювету загружают пробу вещества, пропускают ток газа-носителя от источника (преимущественно баллона с редуктором). Под действием потока газа-носителя поплавок в градуированной трубке занимает определенное положение. При этом же расходе газа-носителя осуществляют быстрый нагрев пробы до 800^oC. Пары ртути, выделяющиеся из пробы, действием потока газа-носителя поступают в градуировочную трубку и адсорбируются золотым сорбентом поплавка, при этом вес поплавка увеличивается. Под действием увеличивающегося веса поплавок опускается ниже. По изменению высоты положения поплавка судят о содержании ртути в пробе. К недостаткам данного устройства следует отнести узкую область применения (только анализ ртути, низкую точность, вызванную отсутствием контроля нагрева пробы, неполной сорбцией паров ртути на золотом сорбенте и частичный унос проб потоком газа-носителя.A device for determining the mercury content in powder samples [1] containing a quartz flow cell surrounded by a heater, connected on one side to a carrier gas source, and on the other hand to an analyzer, and a vertically positioned graduated tube with located in it is used as an analyzer a float with a gold sorbent deposited on its surface. The device operates as follows: a sample of the substance is loaded into the flow cell, the carrier gas is passed from the source (mainly a cylinder with a reducer). Under the action of the carrier gas stream, the float in the graduated tube occupies a certain position. At the same flow rate of the carrier gas, the sample is heated quickly to 800 ^° C. Mercury vapor released from the sample flows into the calibration tube by the action of the carrier gas stream and is adsorbed by the gold sorbent of the float, while the weight of the float increases. Under the influence of increasing weight, the float drops lower. By changing the height of the position of the float judge the mercury content in the sample. The disadvantages of this device include a narrow scope (only mercury analysis, low accuracy caused by the lack of control of sample heating, incomplete sorption of mercury vapor on a gold sorbent and partial entrainment of samples by a carrier gas stream.

Известно также устройство для дозирования реакционноспособных и нестабильных жидких веществ в газовый хроматограф [2] содержащее пробоотборник, соединенный посредством крана с ловушкой для сбора пробы, и последующего ее ввода в колонку анализа. A device is also known for dispensing reactive and unstable liquid substances into a gas chromatograph [2] containing a sampler connected by means of a crane to a trap for collecting a sample, and its subsequent entry into the analysis column.

Пробоотборник подключен посредством системы кранов к вакуумной системе и источнику газа-носителя. Пробоотборник соединен посредством капилляра, выполненного с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, с сосудом для пробы. Устройство работает следующим образом. Откачивают вакуумную систему напуска при закрытых кранах системы ввода пробы в хроматограф. Ампулу с пробой жидкости сообщают с капилляром и часть пробы через капилляр переводят в промежуточную камеру пробоотборника. Повторно вакуумируют систему напуска. Переводят пробу в ловушку, помещенную в жидкий азот. Действием газа-носителя из размороженной ловушки переводят пробу в хроматограф. Недостатком данной конструкции следует признать невозможность фракционного анализа проб, а также сложность в работе. The sampler is connected via a crane system to the vacuum system and the source of carrier gas. The sampler is connected by means of a capillary, made with the possibility of movement in a vertical plane, with the vessel for the sample. The device operates as follows. The vacuum inlet system is pumped out with the taps of the sample inlet system in the chromatograph closed. The ampoule with the liquid sample is communicated with the capillary and part of the sample is transferred through the capillary into the intermediate chamber of the sampler. Re-vacuum the inlet system. Transfer the sample to a trap placed in liquid nitrogen. The carrier gas is transferred from the thawed trap to the chromatograph. The disadvantage of this design should be recognized as the impossibility of fractional analysis of samples, as well as the difficulty in operation.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения можно признать устройство для отбора и ввода проб в газовый хроматограф [3]
Устройство содержит нагреватель-испаритель, полую иглу, соединенную с входом в нагреватель-испаритель, трубопровод для подачи газа-носителя, соединенный с полой иглой и нагревателем-испарителем, управляемый запорный клапан, установленный в трубопроводе для подачи газа-носителя, канал для вывода паров и/или газов из испарителя в хроматограф и постоянное пневмосопротивление, причем устройство дополнительно содержит байпасный трубопровод, регулируемый пневмосопротивление для подачи газа-носителя в хроматографическую колонку, при этом постоянное пневмосопротивление установлено между каналом из нагревателя-испарителя и хроматографической колонкой. Полая игла может быть снабжена дополнительным нагревателем и установлена в теплоизоляционном корпусе. В байпасном трубопроводе может быть дополнительно установлен запорный клапан. Устройство работает следующим образом. В объем подогреваемой ампулы с анализируемой пробой подают газ-носитель. В объем ампулы вводят полую иглу, на которую намотана нагревательная спираль. Пары пробы по полой игле поступают в канал, входящий в объем хроматографической колонки. При необходимости пары в канале, осевшие на стенки канала, подогревают. После выделения из ампулы достаточного количества пробы подачу газа-носителя в ампулу прекращают, как и подгорев пробы. По байпасной линии газ-носитель поступает в канал и переносят пробу в колонку. Недостатком известной конструкции следует признать сложность конструкции и работы с ней, отсутствие возможности перенастройки устройства в случае анализа твердых проб.The closest analogue of the present invention can be recognized as a device for sampling and introducing samples into a gas chromatograph [3]
The device comprises a heater-evaporator, a hollow needle connected to the inlet of the heater-evaporator, a pipeline for supplying carrier gas, connected to a hollow needle and a heater-evaporator, a controlled shut-off valve installed in the pipeline for supplying carrier gas, a channel for outputting vapor and / or gases from the evaporator to the chromatograph and constant resistance, moreover, the device further comprises a bypass pipe, adjustable resistance to supply carrier gas to the chromatographic column, while tinuous pnevmosoprotivlenie established between the channel of the heater-evaporator and column chromatography. The hollow needle can be equipped with an additional heater and installed in a heat-insulating casing. An optional shut-off valve may be installed in the bypass line. The device operates as follows. In the volume of the heated ampoule with the analyzed sample serves carrier gas. A hollow needle is inserted into the volume of the ampoule, onto which a heating coil is wound. Samples of the hollow needle pass into the channel included in the volume of the chromatographic column. If necessary, the vapor in the channel, deposited on the walls of the channel, is heated. After separation of a sufficient amount of sample from the ampoule, the supply of carrier gas to the ampoule is stopped, as well as the heating of the sample. On the bypass line, the carrier gas enters the channel and transfer the sample to the column. A disadvantage of the known design should be recognized as the complexity of the design and work with it, the lack of the ability to reconfigure the device in the case of analysis of solid samples.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание универсального термодесорбера с системой ввода пробы. The technical problem to which the present invention is directed is the creation of a universal thermal desorber with a sample injection system.

Технический результата, получаемый при реализации изобретения, состоит в повышении точности, воспроизводимости и быстродействии анализа. The technical result obtained by the implementation of the invention is to increase the accuracy, reproducibility and speed of analysis.

Десорбер содержит электронагревательную разъемную печь, в которой помещен сменный пробоотборник, выполненный преимущественно из кварцевого стекла или нержавеющей стали, подвижный фланец с регулировочным винтом и штуцером ввода газа-носителя, неподвижный фланец с каналом вывода газа-носителя, который может быть закрыт эластичной мембраной, отделяющий канал от инжектора, причем для фиксирования пробоотборника во фланцах выполнена на внутренней поверхности фланцев кольцевые пазы по размеру пробоотборника. В кольцевых пазах могут быть выполнены эластичные манжеты. На внешней поверхности неподвижного фланца могут быть установлены направляющие. Десорбер может дополнительно содержать ловшку-концентратор примеси. Ловшука-концентратор может дополнительно содержать нагреватель. Десорбер может дополнительно содержать узел ввода пробы в колонку хроматографа. Преимущественно узел ввода пробы содержит корпус с каналом для прохода газа-носителя, ограниченный с одной стороны полой иглой, а с другой стороны газовой линией. К корпусу может быть посредством поворотной головки прикреплена ловушка-концентратор. В этом случае корпус содержит рычаг управления поворотной головкой. Корпус также может содержать со стороны полой иглы направляющие, позволяющие плотно совместить десорбер и корпус углы ввода пробы. Корпус может дополнительно содержать нагреватель для обогрева ловушки-концентратора и/или канала для прохода газа-носителя. Для удобства пользования корпус может содержать рукоятку. The desorber contains an electric heating detachable furnace in which a replaceable sampler is placed, made mainly of quartz glass or stainless steel, a movable flange with an adjusting screw and a carrier gas inlet, a fixed flange with a carrier gas outlet channel, which can be closed by an elastic membrane that separates a channel from the injector, and for fixing the sampler in the flanges, annular grooves are made on the inner surface of the flanges to the size of the sampler. In the annular grooves, elastic cuffs can be made. Guides can be mounted on the outer surface of the fixed flange. The desorber may further comprise an impurity concentrator trap. The trap hub may further comprise a heater. The desorber may further comprise a sample inlet to a chromatograph column. Advantageously, the sample inlet assembly comprises a housing with a channel for passage of the carrier gas, bounded on one side by a hollow needle, and on the other hand by a gas line. A hub trap may be attached to the housing by means of a rotary head. In this case, the housing comprises a control lever for the pivoting head. The housing may also include guides on the side of the hollow needle, allowing the stripper and the housing to fit the corners of the sample inlet tightly. The housing may further comprise a heater for heating the hub trap and / or channel for the passage of carrier gas. For ease of use, the housing may include a handle.

Заявитель отмечает, что совокупность признаков, введенная им в независимый пункт формулы изобретения, необходима и достаточна для получения вышеуказанного технического результата. Признаки, введенные заявителем в зависимые пункты формулы изобретения, развивают и дополняют признаки, введенные в независимый пункт формулы изобретения. The applicant notes that the combination of features introduced by him in an independent claim is necessary and sufficient to obtain the above technical result. The features introduced by the applicant in the dependent claims develop and supplement the features introduced in the independent claims.

Изобретение иллюстрировано графическим материалом, где на фиг. 1 приведена конструкция десорбера, на фиг. 2 конструкция узла ввода пробы. На графическом материале приняты следующие обозначения: регулировочный винт 1, подвижный фланец 2, эластичные манжеты 3, сменный пробоотборник 4, разъемный нагревательный элемент 5, неподвижный фланец 6, эластичная мембрана 7, инжектор 8, направляющая 9, канал 10 подвода газа-носителя, канал 11 для ввода-вывода газа-носителя, полая игла 12, корпус 13 узла ввода пробыв, ловушка-концентратор 14, поворотная головка 15, нагреватель 16, рукоятка 17, рычаг управления 18, гибкий жгут 19 с газовой линией, направляющие корпуса. The invention is illustrated in graphic material, where in FIG. 1 shows the design of the stripper; FIG. 2 design of the sample inlet assembly. The following symbols are used on the graphic material: adjusting screw 1, movable flange 2, elastic cuffs 3, replaceable sampler 4, detachable heating element 5, fixed flange 6, elastic membrane 7, injector 8, guide 9, carrier gas supply channel 10, channel 11 for input / output of the carrier gas, the hollow needle 12, the housing 13 of the sample entry unit, the hub trap 14, the rotary head 15, the heater 16, the handle 17, the control lever 18, the flexible harness 19 with a gas line, the guides of the housing.

Ниже приведен предпочтительный порядок работы десорбера. The following is the preferred operation of the stripper.

В сменный пробоотборник 4 помещают пробу анализируемого вещества. Зажимают пробоотборник 4 фланцами 2 и 6 с использованием для уплотнения сборки эластичных манжет 3 и регулировочного винта 1. Помещают собранную конструкцию в нагревательный элемент 5. Подводят к каналу 10 поток газа-носителя. Соединяют инжектор 8 с колонкой газового хроматографа. Включают нагревательный элемент 5. Термосорбированная примесь из пробы по инжектору 8 поступает в колонку. В случае малого содержания анализируемой примеси в пробе на выходе инжектора 8 помещают ловушку-концентратор 14, выход которой соединен с колонкой газового хроматографа. Ловушка-концентратор 14 может быть заполнена сорбентом анализируемой примеси или помещена в охладитель (сосуд Дъюара или сосуд с охлаждающей смесью. После полного удаления из пробы анализируемой примеси и улавливания примеси ловушкой-концентратором 14 ловушку-концентратор 14 нагревают любым известным образом. Десорбированная из ловшуки-концентратора 14 примесь поступает в колонку газового хороматографа. Подсоединение ловушки-концентратора 14 к выходу инжектора 8 осуществляют следующим образом. Полая игла 12 прокалывает эластичную мембрану 7, при этом направляющие корпуса 13 плотно входят по направляющим 9 на инжекторе 8, при этом поворотную головку 15 посредством рычага 18 управления устанавливают в положение, когда потока газа-носителя с пробой из инжектора 8 проходит через ловушку-концентратор 14. После полного выделения анализируемой примеси из пробы герметизируют ловушку-концентратор 14 посредством поворота головки 15, выводят полую иглу 12 из инжектора 8 по направляющим 9, вводят полую иглу 12 в испаритель хроматографа, поворотом головки 15 открывают ловушку-концентратор 14, нагревают ловушку-концентратор и потоком газа-носителя, поступающим по газовой линии 19 в гибком жгуте, пробу вводят в инжектор газового хроматографа. A sample analyte is placed in a removable sampler 4. Clamp the sampler 4 with flanges 2 and 6 using elastic cuffs 3 and an adjusting screw 1 to seal the assembly. The assembled structure is placed in the heating element 5. The carrier gas stream is brought to channel 10. Injector 8 is connected to a column of a gas chromatograph. Turn on the heating element 5. The thermosorbed impurity from the sample through the injector 8 enters the column. In the case of a low content of the analyzed impurity in the sample, a trap-concentrator 14 is placed at the outlet of the injector 8, the output of which is connected to the column of the gas chromatograph. The concentrator trap 14 can be filled with a sorbent of the analyzed impurity or placed in a cooler (a Dewar vessel or a vessel with a cooling mixture. After the analyte is completely removed from the sample and the impurity is trapped by the concentrator trap 14, the trap concentrator 14 is heated in any known manner. Desorbed from traps - of the concentrator 14, the impurity enters the column of the gas chromatograph.Connecting the trap-hub 14 to the output of the injector 8 is as follows: The hollow needle 12 punctures the elastic membrane 7, while the guide bodies 13 fit tightly along the guides 9 on the injector 8, while the rotary head 15 is set by means of the control lever 18 to the position where the carrier gas stream with sample from the injector 8 passes through the trap-hub 14. After complete separation of the analyzed impurities from the sample, seal the concentrator trap 14 by turning the head 15, remove the hollow needle 12 from the injector 8 along the guides 9, insert the hollow needle 12 into the chromatograph evaporator, turn the head 15 to open the concentrator trap 14, on Hub Revai trap and the flow of the carrier gas entering through the gas line 19 in a flexible harness, the sample is introduced into the injector of a gas chromatograph.

Ниже приведен пример преимущественной реализации десорбера. На фиг. 3 приведена хроматограмма, записанная по изменению полного ионного тока при анализе летучих продуктов газовыделений из полиуретанового пластика. Образец пластика помещали в герметичную камеру с влажностью 30% температурой 30^oC, создавали воздухообмен 0,3 ч^-1. После термостатированной часовой экспозиции производили отбор проб воздуха из камеры путем прокачивания через пробоотборник 4, заполненный тенаксом GC с объемной скоростью 0,2 литра в минуту. По окончании пятиминутного прокачивания воздуха пробоотборник 4 помещали в термодесорбер и проводили анализ по вышеописанному порядку с применением хромато-масс-спектрометра МАТ 112 (Вариан). Компоненты пробы разделяли на капиллярной колонке (l 30 м • 0,25 t_н 30^oC, t_к 200^oC) при программированном подъеме температуры с градиентом 4 градуса в минуту. В результате проведенного анализа достоверно идентифицировали ароматические углеводороды и хлорпроизводные: хлороформ (13), дихлорэтин (15), бензол (16), толуол (22), хлорбензол (26).The following is an example of a preferred implementation of a stripper. In FIG. Figure 3 shows a chromatogram recorded by the change in the total ion current in the analysis of volatile gas evolution products from polyurethane plastic. A plastic sample was placed in a sealed chamber with a humidity of 30% at a temperature of 30 ^o C, created an air exchange of 0.3 h ^-1 . After a thermostatically controlled hourly exposure, air samples were taken from the chamber by pumping through sampler 4 filled with GC Tenax with a space velocity of 0.2 liters per minute. At the end of the five-minute pumping of air, sampler 4 was placed in a thermal desorber and the analysis was carried out as described above using a MAT 112 chromatography-mass spectrometer (Varian). The components of the sample were separated on a capillary column (l 30 m • 0.25 t _n 30 ^o C, t _to 200 ^o C) with a programmed temperature rise with a gradient of 4 degrees per minute. As a result of the analysis, aromatic hydrocarbons and chlorine derivatives were reliably identified: chloroform (13), dichloroetin (15), benzene (16), toluene (22), chlorobenzene (26).

Claims

1. A desorber containing an electric heater, a carrier gas supply pipe and a gas outlet channel, characterized in that it further comprises a replaceable sampler, movable and fixed flanges, on the inner surfaces of which are made closed grooves corresponding to the size of the end surfaces of the sampler in which it is fixed moreover, an adjusting screw is installed on the movable flange from the outside, the electric heater is made in the form of a split furnace, and the carrier gas supply pipe and the gas outlet channel executed in different flanges.

2. The desorber according to claim 1, characterized in that the gas outlet is closed by an elastic membrane.

3. The desorber according to claim 1, characterized in that the elastic cuffs are installed in the closed grooves.

4. Desorber under item 1, characterized in that on the outer surface of the fixed flange mounted rails.

5. The desorber according to claim 1, characterized in that it further comprises a sample inlet assembly connected to a gas outlet channel.

6. The desorber according to claim 5, characterized in that the sample inlet assembly comprises a housing with a gas channel passing through it, bounded on one side by a hollow needle, and on the other hand by a gas line.

7. Desorber according to claims 1 and 5, characterized in that it further comprises a concentrator trap connected to the gas outlet channel.

8. Desorber according to claims 5 to 7, characterized in that the housing comprises a rotary head, to which a gas channel and a trap-hub are connected.

9. The desorber of claim 8, characterized in that the control lever is connected to the rotary head.

10. The desorber according to claim 6, characterized in that the housing contains a heater.

11. The desorber according to claim 6, characterized in that the housing comprises a handle.

12. The desorber according to claim 6, characterized in that the casing comprises guides on the side of the hollow needle, made with the possibility of connection with the guides on a fixed flange.