RU24881U1 - Равночувствительный детектор для газовой хроматографии - Google Patents

Abstract

Равночувствительный детектор для газовой хроматографии, содержащий проточные камеры газа-носителя и вспомогательного газа с входными и выходными штуцерами, отделенные друг от друга газопроницаемой мембраной, и терморезистор, подключенный к неуравновешенному мосту, отличающийся тем, что он дополнительно содержит входную и выходную трубки, внутренний диаметр которых равен внутреннему диаметру штуцеров, дополнительный штуцер и источник акустических колебаний, причем выходная трубка подключена к выходному штуцеру, входная трубка одним концом подключена к входному штуцеру, а вторым - к источнику акустических колебаний, при этом трубки размещены так, что их оси и оси штуцеров совпадают, дополнительный штуцер вмонтирован в стенку входной трубки между источником акустических колебаний и входным штуцером камеры вспомогательного газа, а терморезистор расположен на оси входной трубки между дополнительным штуцером и источником акустических колебаний.

Description

РАВНОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФ1-Ж

Изобретение относится к области аналитической техники, а именно, к детекторам для газовой хроматографии.

Известен равночувствительный детектор для газовой хроматографии (Фарзане Н.Г и др. Автоматические детекторы газов и жидкостей. М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 59-60), работа которого основана на явлении втягивания парамагнитных газов, например, кислорода или воздуха, в магнитное поле и измерении (при поступлении из хроматографической колонки в камеру детектора определяемых компонентов) изменения расхода сравнительного газа из полюсного наконечника, снабженного постоянным магнитом, с помощью терморезистора, вютю генного в незфавновешенный мост и выполняющего функцию термоанемометра.

Недостатком такого детектора является низкая чзвствительность (0,25 мВ./%) и возможность работать только при использовании в качестве газаносителя воздуха или кислорода.

Наиболее близким по технической сущности является диффузионный равночувствительный детектор (Фарзане Н.Г.., Илясов Л.В. Равночз ствительный диффузионный детектор для газовой хрома.тографии. Журнал физической химии, 1974, №8. С.2024-2028), содержащий проточные камеры газа-носителя и вспомогательного газа с входными и выходными щтуцерами, отделенные друг от друга газопроницаемой мембраной, и терморезисггор, подключенный к неуравновешенному мосту. Измерение концентрации компонентов с помощью данного детектора осуществляется по изменению сопротивления терморезистора, которое происходит при поступлении компонентов в камеру газа-носителя за счет }ТУ1еньщения концентрации газа-носителя (водорода или гелия), диффундирующего через газопроницаемую мембран); в потоке вспомогательного газа, омывающего терморезистор, что вызывает разбаланс неуравновещенного моста.

Недостатком диффузионного детектора также является низкая чувствительность, составляющая (0.25-0.5) мВ/%.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение чувствительности равночувствительного детектирования компонентов в газовой хроматографии при использовании в качестве газа-носителя гелия или водорода.

Технический реззшьтат - создание равночзтзствительного детектора для газовой хроматографии, обладающего высокой чувствительностью и способного работать с использованием в качестве газа-носителя гелия или водорода.

Технический реззшьтат достигается тем, что равночз ствительный детектор для газовой хроматографии, содержащий проточные камеры газаносителя и вспомотательното газа с входными и выходными штуцерами, отделенные друг от друга газопроницаемой мембраной, и терморезистор, подключенный к незфавновещенному мосту, дополнительно содержит вкодн то и выходную трубки, BHv-тренний диаметр которых равен внутреннему диаметру штуцеров, дополнительный щтуцер и источник акустических колебаний, причем, выходная трубка подключена к выходном} щт тцеру, входная трубка одним концом подключена к входному шт таеру, а вторым - к источнику акустических колебаний, при этом трубки размещены так, что их оси и оси штуцеров совпадают, дополнительный штуцер вмонтирован в стенку входной трубки между источником акустических колебаний и входным щт щером каА1еры вспомогательного газа, а терморезистор расположен на оси входной трубки между дополнительным штуцером и источником акустических колебаний.

Такая конструкция детектора позволяет существенно увеличить чувствительность детектирования компонентов за счет того, что в волноводе, который образуют входная, выходная трубки и штуцеры камеры вспомогательного газа, под действием источника акустических колебаний создается стоячая акустическая волна, в которой обеспечивается (при соответствующем размещении терморезистора) больщая интенсивность тепло- и массообмена, чем в потоке вспомогательного газа, используемом в устройстве, принятом за прототип.

По сравнению с прототипом заявляемая констрзткция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.

Схема равночувствительного детектора для газовой хроматографии изображена на фиг. 1.

Равночувствительный детектор для газовой хроматографии содержит проточные камеру 1 для газа-носителя и камеру 2 для вспомогательного газа с входными 3, 4 и выходными 5,6 шт щерами, отделенные друг от друга газопроницаемой мембраной 7, терморезистор 8, подключенный к неуравновешенному мосту 9, а также входную 10 и выходную II трубки, внутренний диаметр которых равен внутреннему диаметру штуцеров 3, 4, 5, 6, дополнительный шт}цер 12 и источник акинетических колебаний 13. При этом, выходная трубка 11 подключена к выходному штуцеру 6, а входная трубка 10 одним концом подключена к входному штуцеру 4, а вторым - к источнику акустических колебаний 13. Причем, трубки 10 и 11 размещены так. что их оси 14 и 15 и оси 16 штуцеров 4 и 6 совпадают. Дополнительный штуцер 12 вмонтирован в стенку входной трубки 10 между источником акустических колебаний 13 и входным штуцером 4 камеры 2

вспомогательного газа, а терморезистор 8 расположен на оси входной трубки 10 между дополнительным штуцером 12 и источником акустических колебаний 13. Хроматографическая колонка 17 подключена к камере газаносителя 1, к выходу неуравновешенного моста 9 подключен автоматический потенциометр 18, а источник акустических колебаний 13 подключен к выходу генератора электрических колебаний 19.

Работа детектора осушествляется следующим образом.

В камеру 1 из хроматографической колонки 17 непрерывно поступает поток газа, состояший из газа-носителя (гелий или водород) и разделенных на колонке компонентов анализируемой среды. В трубку 10 непрерывно подается поток вспомогательного газа, которым могут служить (в зависимости от механизма проницания мембраны 7) азот, возд} или гел11Й и водород. С помощью генератора гармонических электрических колебаний 19 возбуждается источник акустических колебаний 13, излучение которого направляют в волновод, образованный входной трубкой 10, входным штуцером 4, камерой 2, выходным штуцером 6 и выходной трубкой 11. Предварительно подбирают частоту колебаний источника и длины трубок 10 и II такими, чтобы в волноводе при выбранном вспомогательном газе возникала стоячая волна, а терморезистор 8 размещают на таком расстоянии от источника акустических колебаний, чтобы интенсивность тепломассообмена была максимальной. Детектор может фз нкционировать в одном их двух режимов, обеспечивающих равную чувствительность к детектируемым компонентам.

В первом режиме в нем используют газопроницаемого мембрану, которая обладает селективной цроницаемостью к газу-носителю (водород или гелий). В качестве такой мембраны используют мембраны толщиной 5-10 мкм из фторопласта или сплава палладия с серебром. В этом режиме в качестве вспомогательного газа используют воздух или азот. Формирование сигнала детектора при этом происходит следующим образом. Когда через камеру 1 протекает чистый газ-носитель, часть его диффундирует через мембрану в камеру 2, образуя в результате смешения с потоком вспомогательного газа газовую смесь с постоянной концентрацией газа-носителя во вспомогательном газе. При этом устанавливается некоторое стационарное положение стоячей акустической волны в волноводе и соответствующий тепловой режим работы терморезистора. Возникающий сигнал неуравновещенного электрического моста 9, измеряющего сопротивление терморезисгора, устанавливается на нулевое . Когда из хроматографической колонки вместе с газом-носителем в камеру 1 поступает очередной детектируемый компонент, концентрация газа-носителя в камере 1 уменьщается на значение концентрации детектируемого компонента. В результате количество газа-носителя, диффундирующего через мембрану 7 в камеру 2 в единицу времени уменьщается. Это приводит к уменьшению концентрации газа-носителя в камере 2 и трубке И, что приводит к изменению молекулярной массы (плотности) газового потока и смещению положения стоячей волны в волноводе, а это в свою очередь вызывает

изменение условий тепло- массообмена в зоне размещения терморезистора 8, изменению его сопротивления и появлении разбаланса электрического неуравновешенного моста 9. Сигнал этого моста, регистрируемый автоматическим потенциометром 18, пропорционален объемной концентрации любого детектируемого компонента в потоке газа-носителя.

Во втором режиме функционирования в детекторе используют пористую мембрану, размер пор которой настолько мал, что скорость диффузии через нее обратно пропорциональна квадратному корню из молекулярной массы вещества. В этом случае в качестве вспомогательного газа используют газноситель (гелий или водород). Такой режим работы более удобен, так как требует применение только одного газа для работы детектора. Формирование сигнала детектора в этом режиме происходит следующим образом. Когда из хроматографической колонки в камеру 1 поступает чистый газ-носитель, в зоне размещения терморезистора, как и в первом режиме функционирования, создается некоторый стационарный режим тепло- массообмена и на выходе неуравновещенного электрического моста устанавливают сигнал равный нулю. Когда в камеру 1 вместе с газом-носителем поступает очередной детектируемый компонент, его молекулы диффундируют через поры мембраны и смещиваются в камере 2 с молекулами газа-носителя, который используется в качестве вспомогательного газа. Образовавщаяся газовая смесь имеет молекулярную массу, отличающуюся от молекулярной массы вспомогательного газа, что вызывает смещение положения стоячей акустической волны в волноводе, изменяет тепловой режим терморезистора и вызывает разбаланс электрического неуравяовещенного моста. Так как количество молекул детектируемого компонента через мембрану в камеру в единицу времени обратно пропорционально молекулярной массе, а изменение температуры терморезистора прямопропорционально корню из молекулярной массы компонентов, то сигнал детектора оказывается пропорционален объемной концентрации любого детектируемого компонента.

Экспериментально установлено, что чувствительность предлагаемого детектора в 4-5 раз выще, чем у детектора, принятого за прототип.

Преимущества предлагаемого детектора:

-существенно больщая чувствительность детектирования;

-возможность использования в одном из режимов только одного газа, обеспечивающая упрощение эксплуатации газового хроматографа.

Предлагаемое устройство может быть реализовано на базе серийного термокондуктометрического детектора, источника акустических колебаний и измерительной аппаратзфы.

Детектор может найти применение как- в газовой хроматографии для получения информации об объемных концентрациях в газовой фазе детектируемых компонентов сложных газообразных и жидких сред, так и в сочетании с детектором плотности газов - в системах измерения молекулярной массы микроколичеств веществ и их идентификации.

Claims (1)

1. Равночувствительный детектор для газовой хроматографии, содержащий проточные камеры газа-носителя и вспомогательного газа с входными и выходными штуцерами, отделенные друг от друга газопроницаемой мембраной, и терморезистор, подключенный к неуравновешенному мосту, отличающийся тем, что он дополнительно содержит входную и выходную трубки, внутренний диаметр которых равен внутреннему диаметру штуцеров, дополнительный штуцер и источник акустических колебаний, причем выходная трубка подключена к выходному штуцеру, входная трубка одним концом подключена к входному штуцеру, а вторым - к источнику акустических колебаний, при этом трубки размещены так, что их оси и оси штуцеров совпадают, дополнительный штуцер вмонтирован в стенку входной трубки между источником акустических колебаний и входным штуцером камеры вспомогательного газа, а терморезистор расположен на оси входной трубки между дополнительным штуцером и источником акустических колебаний.