RU24564U1

RU24564U1 - ACOUSTIC DETECTOR FOR GAS CHROMATOGRAPHY

Info

Publication number: RU24564U1
Application number: RU2002109628/20U
Authority: RU
Inventors: сов Л.В. Ил; Л.В. Илясов; Тарик Юнес
Original assignee: Тверской государственный технический университет
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2002-08-10

Description

Акустический детектор для газовой хроматографииGas chromatography acoustic detector

Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно к средствам измерений концентраций компонентов нри газовом хроматографическом анализе.The utility model relates to the field of analytical technology, namely to means for measuring the concentrations of components by gas chromatographic analysis.

Известен акустический детектор для газовой хроматографии (Фарзане Н.Г, Шясов Л.В Автоматические детекторы газов. М: Энергия, 1972, С168), содержащий рабочую и сравнительную камеры, в которых расноложенны ньезокерамические элементы (излучатель и приемник акустических колебаний) которые подключены к входу и выходу электронных усилителей. Камеры включены по дифференциальной схеме. Разность скорости ультразвука в рабочей и сравнительной камерах, пропорциональная разности частот самовозбуждения их усилителей. Эта разность подается на смеситель, где выделяется и усиливается частота биений. Для записи хроматограммы в схеме предусмотрен преобразователь частоты в напряжение.A well-known acoustic detector for gas chromatography (Farzane N.G., Shyasov L.V. Automatic gas detectors. M: Energy, 1972, C168), containing a working and comparative chambers in which are located non-ceramic elements (emitter and receiver of acoustic vibrations) which are connected to input and output of electronic amplifiers. The cameras are included in a differential circuit. The difference in the speed of ultrasound in the working and comparative chambers is proportional to the difference in the frequencies of self-excitation of their amplifiers. This difference is fed to the mixer, where the beat frequency is allocated and amplified. To record a chromatogram, a frequency to voltage converter is provided in the circuit.

Недостатком данного детектора является сложность конструкции и необходимость использования дополнительного преобразователя частота-напряжение для регистрации хроматограммы с помощью автоматических потенциометров, которые обычно включаются в состав хроматографов.The disadvantage of this detector is the design complexity and the need to use an additional frequency-voltage converter to record the chromatogram using automatic potentiometers, which are usually included in the chromatographs.

Наиболее близким по технической сущности является акустический детектор для газовой хроматографии (Негретов, Ю.Б. Акустотермический детектор для газовой хроматографии. Баку АзБИФТЕХИМ, 1989, Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук), содержащий проточную камеру, выполненную в виде трубки, в одном торце которой размеп ен источник акустических колебаний, а другой торец закрыт крышкой, снабженной выходным штуцером. Штуцер газа-носителя, вмонтированный в стенку камеры между ее торцами, штуцер вспомогательного газа.The closest in technical essence is an acoustic detector for gas chromatography (Negretov, Yu.B. Acoustic thermal detector for gas chromatography. Baku AzBIFTEKHIM, 1989, Abstract of a dissertation for the degree of candidate of technical sciences), containing a flow chamber made in the form of a tube, in one end of which the source of acoustic vibrations is disconnected, and the other end is closed by a lid equipped with an outlet fitting. The carrier gas fitting mounted in the chamber wall between its ends, the auxiliary gas fitting.

01 N30/76 01 N30 / 76

вмонтированный в стенку камеры между штуцером газа-носителя и источник акустических колебаний, и терморезистор, размещенный внутри камеры на ее оси и подключенный к неуравновешенному электрическому мосту. В основу работы детектора положено возбуждении стоячей акустической волны в трубке с помощью источника акустических колебаний и измерение изменений температуры терморезистора, вызванных изменением расположения стоячей волны в трубке при поступлении в нее с газом-носителем детектируемых компонентов из хроматографической колонки.mounted in the wall of the chamber between the nozzle of the carrier gas and the source of acoustic vibrations, and a thermistor placed inside the chamber on its axis and connected to an unbalanced electric bridge. The detector is based on the excitation of a standing acoustic wave in a tube using a source of acoustic vibrations and the measurement of temperature changes in a thermistor caused by a change in the location of a standing wave in a tube when detectable components from a chromatographic column enter it with a carrier gas.

Сигналом данного детектора является разбаланс неуравновешенного электрического моста, который является функцией концентрации компонента и его молекулярной массы.The signal of this detector is the imbalance of an unbalanced electric bridge, which is a function of the concentration of the component and its molecular weight.

Недостатком данного детектора является наличие флуктуации сигнала начального уровня, связанной с изменением расхода вспомогательного газа, омывающего терморезистора, которая уменьшает чувствительность детектора.The disadvantage of this detector is the presence of fluctuations in the initial level signal associated with a change in the auxiliary gas flow washing the thermistor, which reduces the sensitivity of the detector.

Задачей предлагаемой модели является улучшение метрологических характеристик акустического детектора.The objective of the proposed model is to improve the metrological characteristics of the acoustic detector.

Технический результат - создание акустического детектора для газовой хроматографии, имеющего большую чувствительность, чем известный.The technical result is the creation of an acoustic detector for gas chromatography, which has greater sensitivity than the known one.

Поставленная задача достигается тем что, в акустическом детекторе для газовой хроматографии, содержащем проточную камеру, выполненную в виде трубки, в одном торце которой размещен источник акустических колебаний, а другой торец закрыт крышкой, снабженной выходным штуцером, штуцер газа-носителя, вмонтированный в стенку камеры между её торцами, штуцер вспомогательного газа, вмонтированный в стенку камеры между штуцером газ-носителя и источником акустических колебаний, и терморезистор, размещенный внутри камеры на ее оси и подключенный к неуравновешенномуThe problem is achieved in that, in an acoustic detector for gas chromatography, containing a flow chamber made in the form of a tube, in one end of which there is a source of acoustic vibrations, and the other end face is closed by a lid equipped with an outlet fitting, a carrier gas fitting mounted in the chamber wall between its ends, the auxiliary gas fitting mounted in the chamber wall between the carrier gas fitting and the source of acoustic vibrations, and a thermistor placed inside the chamber on its axis and connected to unbalanced

электрическому мосту, согласно полезной модели детектор дополнительно содержит диафрагму, диаметр отверстия которой меньше диаметра камеры, причем диафрагма размещена внутри камеры перпендикулярно ее оси между штуцером вспомогательного газа и источником акустических колебаний, а терморезистор установлен между диафрагмой и источником акустических колебанийto the electric bridge, according to a utility model, the detector further comprises a diaphragm whose opening diameter is less than the diameter of the chamber, the diaphragm being placed inside the chamber perpendicular to its axis between the auxiliary gas fitting and the source of acoustic vibrations, and a thermistor is installed between the diaphragm and the acoustic oscillation source

Такая конструкция позволяет существенно уменьшить влияние на сигнал детектора нестабильности подачи расхода вспомогательного газа за счет того, что между штуцером, через который этот газ подается в трубку детектора, и терморезистором расположена диафрагма. Это обеспечивает поступление вспомогательного газа к терморезистору в основном только путем диффузии.This design can significantly reduce the influence on the detector signal of the instability of the auxiliary gas flow due to the fact that between the nozzle through which this gas is supplied to the detector tube and the thermistor is a diaphragm. This ensures that the auxiliary gas flows to the thermistor mainly only by diffusion.

По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.Compared with the prototype of the claimed design has a distinctive feature in the combination of elements and their relative position.

Схема акустического детектора изображена на фиг. 1.An acoustic detector circuit is shown in FIG. 1.

Акустический детектор для газовой хроматографии, содержит проточную камеру 1, выполненную в виде трубки, в торце 2 которой размешен источник 3 акустических колебаний, а торец 4 закрыт крышкой 5, снабженной выходным штуцером 6. Штуцер газа-носителя 7, вмонтирован в стенку 8 камеры 1 между ее торцами. Штуцер вспомогательного газа 9, вмонтирован в стенку 8 камеры 1 между штуцером газа-носителя 7 и источником 3 акустических колебаний. Терморезистор 10, размешен внутри камеры 1 на ее продольной оси оси 11 и подключен к неуравновешенному электрическому мосту 12. Детектор дополнительно содержит диафрагму 13, с отверстием 14, диаметр которой меньше диаметра камеры 1, причем диафрагма 13 размешена внутри камеры 1 перпендикулярно ее продольной оси 11 между штуцером вспомогательного газа 9 и источником 3 акустических колебаний, а терморезистор 10 установлен между диафрагмой 13 и источником 3An acoustic detector for gas chromatography, contains a flow chamber 1 made in the form of a tube, at the end 2 of which a source of acoustic vibrations 3 is placed, and the end 4 is closed by a cover 5 provided with an outlet fitting 6. The carrier gas fitting 7 is mounted in the wall 8 of the chamber 1 between its ends. The auxiliary gas fitting 9 is mounted in the wall 8 of the chamber 1 between the carrier gas fitting 7 and the acoustic vibration source 3. The thermistor 10 is placed inside the chamber 1 on its longitudinal axis axis 11 and connected to an unbalanced electric bridge 12. The detector further comprises a diaphragm 13, with an opening 14, the diameter of which is smaller than the diameter of the chamber 1, and the diaphragm 13 is placed inside the chamber 1 perpendicular to its longitudinal axis 11 between the auxiliary gas fitting 9 and the source 3 of acoustic vibrations, and a thermistor 10 is installed between the diaphragm 13 and the source 3

акустических колебаний. Для формирования акустических колебаний к источнику 3 подключен генератор электрических колебаний 15, а для регистрации сигнала неуравновешенного электрического моста 12 к нему подключен автоматический потенциометр 16.acoustic vibrations. To generate acoustic vibrations, an electric oscillation generator 15 is connected to the source 3, and an automatic potentiometer 16 is connected to it to record the signal of the unbalanced electric bridge 12.

Работа акустического детектора осуществляется следующим образом.The operation of the acoustic detector is as follows.

В камеру 1 акустического детектора через штуцера 7 и 9 непрерывно подают соответственно поток газов из хроматографической колонки и поток вспомогательного газа, в качестве которого обычно применяют газ, используемый в качестве газа-носителя в хроматографической колонке (гелей, водород, азот). Газовые потоки покидают камеру 1 через штуцер 6.The gas stream from the chromatographic column and the auxiliary gas stream, respectively, which is usually used as the carrier gas in the chromatographic column (gels, hydrogen, nitrogen), are continuously fed into the chamber 1 of the acoustic detector through the nozzles 7 and 9, respectively. Gas flows leave chamber 1 through nozzle 6.

От генератора 16 к источнику 3 акустических колебаний подают электрические гармонические колебания, в результате чего источник 3 создает акустические колебания, которые распространяются в камере 1 вдоль ее продольной оси 11. Эти колебания отражаются от крышки 5 и при определенных условиях складываются с акустическими колебаниями, создаваемыми источником 3. При этом в камере 1 возникает стоячая акустическая волна (Пол Р.В. Механика, акустика и учение о теплоте, М.: Паука, 1971,с. ).From the generator 16 to the source 3 of acoustic vibrations, electric harmonic vibrations are supplied, as a result of which the source 3 creates acoustic vibrations that propagate in the chamber 1 along its longitudinal axis 11. These vibrations are reflected from the cover 5 and, under certain conditions, add up to the acoustic vibrations created by the source 3. In this case, a standing acoustic wave arises in chamber 1 (Paul R.V. Mechanics, Acoustics, and the Doctrine of Heat, M.: Spider, 1971, p.).

В узлах и пучностях стоячей акустической волны происходят сложные процессы тело - и массобомена, вызванные изменением скорости молекул и поглощением энергии газа. (Бергман Ультразвук и его применение в науке и технике М.: Иностр. Лит., 1956, с.143-:-144) .In the nodes and antinodes of a standing acoustic wave, complex processes of the body and mass domain occur, caused by a change in the speed of the molecules and absorption of gas energy. (Bergman Ultrasound and its application in science and technology M .: Inostr. Lit., 1956, p.143 -: - 144).

При изменении частоты акустических колебаний положение стоячей акустической волны в камере 1 изменяется. Эти изменения могут быть обнаружены с помощью терморезистора 10 по изменению температуры последнего (Бергман Ультразвук и его применение в науке и технике, М.: Иностр. Лит., 1956 с. 145ч-146).When the frequency of the acoustic vibrations changes, the position of the standing acoustic wave in the chamber 1 changes. These changes can be detected using a thermistor 10 by changing the temperature of the latter (Bergman Ultrasound and its application in science and technology, M .: Inostr. Lit., 1956 p. 145h-146).

Изменение расположения стоячей акустической волны наблюдается при постоянной частоте акустических колебаний и в том случае, когда изменяется скорость звука в газе. Эти явления и используют в работе данного акустического детектора следующим образом. Когда из хроматографической колонки через штуцер 7 в камеру 1 поступает только газ-носитель, температура и электрическое сопротивление терморезистора 10 приобретает некоторое постоянное значение, соответствующее начальному уровню сигнала электрического неуравновешенного моста. Когда из хроматографической колонки вместе с газом-носителем поступает очередной детектируемый компонент, отличающийся от газаносителя по молекулярной массе, скорость звука на участке камеры 1 от крышки 5 до диафрагмы 13 изменяется. Это вызывает изменение положения стоячей акустической волны в камере 1 и приводит к изменению температуры и электрического сопротивления терморезистора 10. При этом возникает разбаланс электрического неуравновешенного моста 12, который измеряется и регистрируется автоматическим потенциометром 16 в виде пика.A change in the position of a standing acoustic wave is observed at a constant frequency of acoustic vibrations and in the case when the speed of sound in a gas changes. These phenomena are used in the work of this acoustic detector as follows. When only carrier gas enters the chamber 1 from the chromatographic column through the nozzle 7, the temperature and electrical resistance of the thermistor 10 acquire a certain constant value corresponding to the initial signal level of the electric unbalanced bridge. When the next detectable component arrives from the chromatographic column together with the carrier gas, which differs from the gas carrier in molecular weight, the speed of sound in the area of the chamber 1 from the cover 5 to the diaphragm 13 changes. This causes a change in the position of the standing acoustic wave in the chamber 1 and leads to a change in temperature and electrical resistance of the thermistor 10. This causes an imbalance in the electrical unbalanced bridge 12, which is measured and recorded by the automatic potentiometer 16 in the form of a peak.

Так при использовании в качестве газа-носителя водорода или гелия при частоте 1,5 кГц. (в опытах использовалась трубка с внутренним диаметром 3мм, длиной 260 мм) и при расстоянии между источником 3 и терморезистором 10 равном 20 мм, температура терморезистора 10 увеличивалась для всех детектируемых газов и паров. Использование диафрагмы 13 уменьшает вероятность диффузионного проникновения детектируемых компонентов к терморезистору 10 при малых расходах вспомогательного газа.So when using hydrogen or helium as a carrier gas at a frequency of 1.5 kHz. (in the experiments, a tube with an internal diameter of 3 mm and a length of 260 mm was used) and with a distance between source 3 and thermistor 10 equal to 20 mm, the temperature of thermistor 10 increased for all detected gases and vapors. The use of the diaphragm 13 reduces the likelihood of diffusion penetration of the detected components to the thermistor 10 at low auxiliary gas consumption.

Подача вспомогательного газа в камеру 1 исключает поступление потока этого газа непосредственно к терморезистору 10. Этот газ поступает к терморезистору 10 только за счет диффузии, а это в 3-5 раз уменьшает флуктуации начального уровня сигнала детектора.The supply of auxiliary gas to the chamber 1 eliminates the flow of this gas directly to the thermistor 10. This gas enters the thermistor 10 only due to diffusion, and this reduces the fluctuations of the initial level of the detector signal by 3-5 times.

Экспериментально установлено, что при одинаковых и малых (до 5-ь10% об.) концентрациях компонентов в газе-носителе сигнал акустического детектора пропорционален разности молекулярных масс детектируемых компонентов в газе- носителе.It was experimentally established that at the same and small (up to 5-10% vol.) Concentrations of the components in the carrier gas, the signal of the acoustic detector is proportional to the difference in the molecular masses of the detected components in the carrier gas.

Преимуществом предлагаемого технического решения является увеличение стабильности сигнала начального уровня, что позволяет увеличить порог чувствительности в 3-5 раз, а это эквивалентно 3-5кратному увеличения величины чувствительности детектора.The advantage of the proposed technical solution is to increase the stability of the initial level signal, which allows to increase the sensitivity threshold by 3-5 times, and this is equivalent to 3-5 times the magnitude of the sensitivity of the detector.

Предлагаемый акустический детектор может быть реализован на базе серийного термокондуктометрического детектора, серийного источника акустических колебаний, генератора электрических колебаний звуковых частот.The proposed acoustic detector can be implemented on the basis of a serial thermoconductometric detector, a serial source of acoustic vibrations, a generator of electrical vibrations of sound frequencies.

Он может найти применение как для определения концентрации компонентов в газовой хроматографии, так и в качестве автоматического анализатора состава бинарных и псевдобинарных газообразных сред или анализатора плотности газов.It can be used both for determining the concentration of components in gas chromatography, and as an automatic analyzer of the composition of binary and pseudobinary gaseous media or a gas density analyzer.

Claims

An acoustic detector for gas chromatography, containing a flow chamber made in the form of a tube, in one end of which there is a source of acoustic vibrations, and the other end is closed by a lid equipped with an outlet fitting, a carrier gas fitting mounted in the chamber wall between its ends, an auxiliary gas fitting mounted in the chamber wall between the carrier gas fitting and the source of acoustic vibrations, and a thermistor placed inside the chamber on its axis and connected to an unbalanced electric bridge, o Leach in that the detector further comprises an aperture hole diameter is smaller than the diameter of the chamber, the diaphragm being arranged within the chamber perpendicular to its axis between the nipple auxiliary gas and a source of acoustic oscillations, and the thermistor is mounted between the diaphragm and the source of acoustic oscillations.