RU2212662C2

RU2212662C2 - Facility to meter out sample into gas chromatograph

Info

Publication number: RU2212662C2
Application number: RU2001127137A
Authority: RU
Inventors: Ю.И. Арутюнов; С.Ю. Кудряшов; Л.А. Онучак
Original assignee: Самарский государственный университет
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2003-09-20

Abstract

FIELD: chemical, oil, gas, petrochemical industries, metallurgy, medicine, biology, ecology. SUBSTANCE: facility is meant for chromatographic analysis of gaseous and liquid substances under increased pressure in various branches of industry and science. Facility includes body comprising two prefabricated sections interjoined through six stuffing-box seals. Two through axial conduits where shut-off elements travel are made in sections. Shut-off elements are manufactured in the form of hollow tubes with plugs on one side and holes in side surface of tubes in circular recess over outer diameter, close to plugs. Each axial conduit is linked to two radial holes arranged in centers of prefabricated sections on diametrically opposite sides. Dose of metered-out volume including gas volume of heated evaporator of gas chromatographer is connected to upper radial hole of section of first axial conduit, carrier gas line is linked to lower radial hole of first section and upper radial hole of second section which lower radial hole is connected to discharge line. Inlet of chromatographic column and inlet of evaporator are connected correspondingly to shut-off elements of first and second axial conduits. EFFECT: simplified design and enhanced functional reliability of facility. 3 dwg

Description

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для хроматографического анализа газообразных и жидких веществ при повышенных давлениях в различных отраслях: химической, нефтяной, газовой, нефтехимической, металлургии, медицине, биологии, экологии и др. The invention relates to analytical instrumentation and can be used for chromatographic analysis of gaseous and liquid substances at elevated pressures in various industries: chemical, petroleum, gas, petrochemical, metallurgy, medicine, biology, ecology, etc.

Известен дозирующий кран для одновременного ввода в хроматографическую колонку при повышенном давлении трех фиксированных по объему проб, две из которых предназначены для разных веществ в жидкой фазе, а одна - для газа. Дозирующий кран содержит корпус, выполненный из семи сборных секций, соединенных через кольцевые уплотнения и два подвижных запорных элемента [Арутюнов Ю.И., Платонов И.А., Лобачев А.Л. Патент РФ N 2069365 от 30.12.92. // Бюл. изобр. N 32. 20.11.96]. Known metering valve for simultaneous entry into the chromatographic column at elevated pressure of three fixed volume samples, two of which are for different substances in the liquid phase, and one for gas. The metering valve contains a housing made of seven prefabricated sections connected through O-rings and two movable locking elements [Arutyunov Yu.I., Platonov I.A., Lobachev A.L. RF patent N 2069365 from 12.30.92. // Bull. fig. N 32. 11/20/96].

Однако известный дозирующий кран имеет сложную конструкцию и не обеспечивает необходимую точность измерения, так как при вводе пробы скачкообразно нарушается динамическое равновесие в хроматографической системе за счет сжимаемости газа в объеме пробы от атмосферного давления при операции "набор" до повышенного давления на входе в колонку при операции "анализ". Кроме того, величина вводимого объема парогазовой пробы зависит от летучести анализируемых жидкостей, поскольку фиксированные количества вводимых жидкостей испаряются в процессе переноса их в колонку потоком нагретого газа-носителя. However, the known metering valve has a complex structure and does not provide the necessary measurement accuracy, since when the sample is introduced, the dynamic equilibrium in the chromatographic system is discontinuously due to gas compressibility in the sample volume from atmospheric pressure during the “set” operation to increased pressure at the column inlet during operation "analysis". In addition, the magnitude of the injected volume of the vapor-gas sample depends on the volatility of the analyzed liquids, since fixed amounts of injected liquids evaporate during transfer of them to the column by a stream of heated carrier gas.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является устройство дозирования пробы в газовый хроматограф, обеспечивающее одновременный ввод в хроматографическую колонку при повышенном давлении фиксированного количества парогазовой смеси, содержащей несорбирующееся газообразное вещество и пары различных анализируемых жидкостей. Устройство содержит корпус из семи сборных секций, соединенных через сальниковые уплотнения, два подвижных запорных элемента, парогазовую дозу фиксированного объема, включая объем нагреваемого испарителя, и имеет четыре рабочих положения: первое - набор газа при атмосферном давлении, второе - набор жидкостей при температуре, обеспечивающей их испарение, и атмосферном давлении, третье - приведение давления парогазовой смеси к повышенному давлению на входе в колонку для устранения нарушения равновесия в хроматографической системе за счет броска давления при вводе пробы, четвертое - ввод пробы на анализ при давлении парогазовой смеси, равном давлению на входе в колонку, при сохранении равновесия в системе [Арутюнов Ю.И., Кукшалова А.И., Онучак Л.А., Кудряшов С.Ю. Патент РФ N 2167422 от 07.05.99. // Бюл. изобр. N 14. 20.05.2001] . The closest to the invention in terms of essential features is a device for dispensing a sample into a gas chromatograph, which provides for the simultaneous introduction into the chromatographic column at an elevated pressure of a fixed amount of a vapor-gas mixture containing a non-absorbable gaseous substance and vapors of various analyzed liquids. The device comprises a housing of seven prefabricated sections connected through stuffing box seals, two movable locking elements, a combined-cycle dose of a fixed volume, including the volume of a heated evaporator, and has four working positions: the first is a set of gas at atmospheric pressure, the second is a set of liquids at a temperature that provides their evaporation, and atmospheric pressure, the third - bringing the vapor-gas mixture pressure to higher pressure at the inlet of the column to eliminate the imbalance in the chromatographic system due to pressure surge during sample injection, fourth — injection of the sample for analysis at a vapor-gas mixture pressure equal to the pressure at the column inlet, while maintaining equilibrium in the system [Arutyunov Yu.I., Kukshalova AI, Onuchak LA, Kudryashov S .YU. RF patent N 2167422 from 05/07/99. // Bull. fig. N 14. 05.20.2001].

Недостатком известного устройства являются сложность конструкции и недостаточная надежность при эксплуатации. A disadvantage of the known device is the design complexity and insufficient reliability during operation.

Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение надежности. The objective of the invention is to simplify the design of the device and increase reliability.

Эта задача решается за счет того, что в устройстве дозирования пробы в газовый хроматограф, содержащем корпус, собранный из соединенных через уплотнения секций, в которых выполнены два сквозных осевых канала, соединенных радиальными отверстиями, расположенными в середине сборных секций, подвижные запорные элементы, размещенные в сквозных осевых каналах и выполненные в виде полых трубок с заглушками с одной стороны и отверстиями рядом с заглушками на боковой поверхности трубок в кольцевом углублении по наружному диаметру, причем отверстия запорных элементов совмещены с радиальными отверстиями секций, соединяющими линии газа-носителя и сброса с дозой фиксированного объема, включающей газовый объем нагреваемого испарителя газового хроматографа, каждая секция снабжена двумя радиальными отверстиями, причем подвижный запорный элемент первого осевого канала соединен с входом хроматографической колонки, а подвижный запорный элемент второго осевого канала - с входом испарителя газового хроматографа. This problem is solved due to the fact that in the device for dispensing samples into a gas chromatograph containing a body assembled from sections connected through seals, in which two through axial channels are made, connected by radial holes located in the middle of the assembly sections, movable locking elements located in through axial channels and made in the form of hollow tubes with plugs on one side and holes next to the plugs on the side surface of the tubes in an annular recess along the outer diameter, The elements of the locking elements are aligned with the radial openings of the sections connecting the carrier gas and discharge lines with a fixed volume dose including the gas volume of the gas chromatograph evaporator being heated, each section is equipped with two radial openings, the movable locking element of the first axial channel being connected to the input of the chromatographic column, and movable locking element of the second axial channel with the entrance of the gas chromatograph evaporator.

При решении поставленной задачи создается технический результат, который заключается в повышении надежности работы устройства дозирования пробы в газовый хроматограф при эксплуатации за счет значительного упрощения конструкции устройства. When solving this problem, a technical result is created, which consists in increasing the reliability of the device for dispensing samples into a gas chromatograph during operation due to a significant simplification of the design of the device.

Предлагаемое устройство характеризуется новой совокупностью существенных признаков, обеспечивающей достижение технического результата. Так, общее количество сборных секций в корпусе дозирующего устройства уменьшено по сравнению с прототипом с семи до двух секций, количество сальниковых уплотнений уменьшено соответственно с 16 до шести, а вход колонки вместо радиального отверстия первой секции и вход испарителя вместо радиального отверстия седьмой секции соединены соответственно с запорными элементами первого и второго осевых каналов. При этом, несмотря на значительное упрощение конструкции, выполняются все необходимые функции устройства, обеспечивающие осуществление способа газохроматографического анализа [Арутюнов Ю. И. , Кукшалова А. И., Онучак Л.А., Кудряшов С.Ю. Патент РФ N 2167422 от 07.05.99. // Бюл. изобр. N 14. 20.05.2001], заключающегося в одновременном дозировании фиксированного количества газа и исследуемых жидких веществ при повышенном давлении в хроматографическую колонку для разделения и последующего измерения при сохранении равновесия в системе, причем несорбирующийся газ и исследуемые жидкие вещества вводят в фиксированный газовый объем нагреваемого испарителя газового хроматографа при атмосферном давлении, приводят давление парогазовой смеси в испарителе к повышенному давлению на входе в колонку и переводят содержимое испарителя в хроматографическую колонку потоком газа-носителя для анализа. The proposed device is characterized by a new set of essential features, ensuring the achievement of a technical result. So, the total number of prefabricated sections in the body of the metering device is reduced compared with the prototype from seven to two sections, the number of stuffing boxes is reduced from 16 to six, respectively, and the column inlet instead of the radial hole of the first section and the evaporator inlet instead of the radial hole of the seventh section are connected respectively to locking elements of the first and second axial channels. Moreover, despite a significant simplification of the design, all the necessary functions of the device are fulfilled, ensuring the implementation of the gas chromatographic analysis method [Arutyunov Yu. I., Kukshalova A.I., Onuchak L.A., Kudryashov S.Yu. RF patent N 2167422 from 05/07/99. // Bull. fig. N 14. 20.05.2001], which consists in the simultaneous dosing of a fixed amount of gas and the studied liquid substances under increased pressure into a chromatographic column for separation and subsequent measurement while maintaining equilibrium in the system, the non-sorbing gas and the studied liquid substances being introduced into the fixed gas volume of the heated evaporator gas chromatograph at atmospheric pressure, the pressure of the vapor-gas mixture in the evaporator leads to increased pressure at the inlet to the column and the contents of the evaporator are transferred in a chromatography column flow carrier gas for analysis.

Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена схема устройства дозирования пробы в газовый хроматограф при положении запорных элементов, соответствующих операции "набор анализируемых веществ". На фиг. 2 - положение запорных элементов, соответствующих операции "приведение давления парогазовой смеси в дозе к давлению на входе в колонку". На фиг.3 - положение запорных элементов при операции "анализ". Figure 1 shows a diagram of a device for dispensing samples into a gas chromatograph with the position of the locking elements corresponding to the operation "set of analytes". In FIG. 2 - the position of the locking elements corresponding to the operation "bringing the pressure of the gas-vapor mixture in a dose to the pressure at the inlet to the column". Figure 3 - position of the locking elements during the operation "analysis".

Устройство дозирования пробы в газовый хроматограф содержит корпус, выполненный из двух сборных секций 1 и 2, которые соединены между собой через шесть чечевицеобразных сальниковых уплотнений 3 с осевыми отверстиями для герметизации подвижных запорных элементов 4, 5 и затянуты четырьмя болтами 6 с помощью двух накладок 7. В секциях 1, 2 выполнены два сквозных осевых канала, внутренний диаметр которых немного больше наружного диаметра запорных элементов 4, 5. В первом осевом канале перемещается запорный элемент 4, а во втором - запорный элемент 5. Запорные элементы 4, 5 выполнены в виде полых трубок с заглушками 8 с одной стороны и отверстиями 9 на боковой поверхности трубок в кольцевом углублении по наружному диаметру рядом с заглушками 8. Каждый из осевых каналов соединен двумя радиальными отверстиями 10, расположенными в середине сборных секций 1, 2 с диаметрально противоположных сторон. Доза фиксированного объема, включающая газовый объем нагреваемого испарителя 11 газового хроматографа, соединена с радиальным отверстием 10 секции 1 первого осевого канала, а вход испарителя соединен с запорным элементом 5. Запорный элемент 4 соединен со входом хроматографической колонки 12, на выходе которой установлен измерительный детектор 13. The gas chromatograph sample dispensing device comprises a housing made of two prefabricated sections 1 and 2, which are interconnected via six lenticular gland seals 3 with axial holes for sealing the movable locking elements 4, 5 and are tightened with four bolts 6 using two plates 7. In sections 1, 2, two through axial channels are made, the inner diameter of which is slightly larger than the outer diameter of the locking elements 4, 5. In the first axial channel, the locking element 4 moves, and in the second, the locking element 5. The locking elements 4, 5 are made in the form of hollow tubes with plugs 8 on one side and holes 9 on the side surface of the tubes in an annular recess in the outer diameter near the plugs 8. Each of the axial channels is connected by two radial holes 10 located in the middle of the assembly sections 1 , 2 from diametrically opposite sides. A dose of a fixed volume, including the gas volume of the heated gas chromatograph evaporator 11, is connected to the radial hole 10 of section 1 of the first axial channel, and the evaporator inlet is connected to the shut-off element 5. The shut-off element 4 is connected to the input of the chromatographic column 12, the output of which is equipped with a measuring detector 13 .

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Операция 1 - набор анализируемых веществ. Положение запорных элементов 4 и 5 изображено на фиг.1. Несорбирующийся газ, а затем исследуемые жидкие вещества вводятся в испаритель 11 газового хроматографа шприцом или автоматическим штоковым дозатором и выдерживаются около 30 секунд для полного испарения жидких веществ. Операция набор проводится при атмосферном давлении, так как вход испарителя 11 соединен с запорным элементом 5 через отверстие 9 с линией сброса через радиальное отверстие 10 секции 2. Газ-носитель через радиальное отверстие 10 секции 2 и отверстие 9 запорного элемента 4 поступает на вход хроматографической колонки 12. Operation 1 - a set of analytes. The position of the locking elements 4 and 5 is shown in figure 1. Non-absorbable gas, and then the studied liquid substances are introduced into the evaporator 11 of the gas chromatograph with a syringe or an automatic rod dispenser and held for about 30 seconds to completely evaporate the liquid substances. The operation is carried out at atmospheric pressure, since the inlet of the evaporator 11 is connected to the shut-off element 5 through the opening 9 with a discharge line through the radial hole 10 of section 2. The carrier gas through the radial hole 10 of section 2 and the hole 9 of the shut-off element 4 is fed to the input of the chromatographic column 12.

Операция 2 - приведение давления парогазовой смеси в дозе к давлению на входе в колонку. При этом запорный элемент 5 смещается влево по чертежу относительно корпуса, например, с помощью автоматического привода или вручную. Положение запорных элементов 4 и 5 изображено на фиг.2. Газ-носитель поступает одновременно и в хроматографическую колонку 12 и на вход испарителя 11 через радиальное отверстие 10 секции 1 и отверстие 9 в запорном элементе 5, в результате чего в испарителе 11 устанавливается давление, равное давлению на входе в колонку 12. Эта операция необходима для устранения бросков давления при анализе, нарушающих сорбционное равновесие в системе. Продолжительность операции около 10-15 секунд. Operation 2 - bringing the pressure of the gas-vapor mixture in a dose to the pressure at the inlet to the column. When this locking element 5 is shifted to the left according to the drawing relative to the housing, for example, using an automatic drive or manually. The position of the locking elements 4 and 5 is shown in figure 2. The carrier gas enters simultaneously into the chromatographic column 12 and to the inlet of the evaporator 11 through the radial hole 10 of section 1 and the hole 9 in the shut-off element 5, as a result of which pressure is set in the evaporator 11 equal to the pressure at the inlet of column 12. This operation is necessary for elimination of pressure surges during analysis that violate the sorption equilibrium in the system. The duration of the operation is about 10-15 seconds.

Операция 3 - анализ. При этом запорный элемент 4 смещается влево по чертежу относительно корпуса. Положение запорных элементов 4 и 5 показано на фиг. 3. Газ-носитель из запорного элемента 5 поступает на вход испарителя 11 и вымывает анализируемую парогазовую смесь через радиальное отверстие 10 секции 1 и отверстие 9 в запорном элементе 4 в хроматографическую колонку 12 для анализа и последующего измерения хроматографических сигналов детектором 13. Operation 3 - analysis. When this locking element 4 is shifted to the left according to the drawing relative to the housing. The position of the locking elements 4 and 5 is shown in FIG. 3. The carrier gas from the shut-off element 5 enters the inlet of the evaporator 11 and flushes the analyzed vapor-gas mixture through the radial hole 10 of section 1 and the hole 9 in the shut-off element 4 into the chromatographic column 12 for analysis and subsequent measurement of chromatographic signals by the detector 13.

Использование предлагаемого устройства дозирования пробы в газовый хроматограф позволяет повысить надежность работы устройства при одновременном вводе жидкости и несорбирующегося газа в виде парогазовой пробы фиксированного объема при повышенных давления в колонке, не нарушая при этом равновесия в системе. Using the proposed device for dispensing a sample into a gas chromatograph can improve the reliability of the device while introducing a liquid and non-sorbing gas in the form of a combined-gas sample of a fixed volume at elevated pressure in the column, without disturbing the balance in the system.

Claims

A device for dispensing a sample into a gas chromatograph containing a housing assembled from sections connected through seals, in which two through axial channels are made, connected by radial holes located in the middle of the assembled sections, locking elements that can be moved, placed in through axial channels and made in in the form of hollow tubes with plugs on one side and holes next to the plugs on the side surface of the tubes in an annular recess along the outer diameter, and the holes of the locking electrodes the copings are aligned with the radial openings of the sections connecting the carrier gas and discharge lines with a fixed-volume dose including the gas volume of the heated gas chromatograph evaporator, characterized in that each section is provided with two radial openings, the movable locking element of the first axial channel being connected to the input of the chromatographic column and the locking element of the second axial channel with the inlet of the gas chromatograph evaporator.