RU2794235C1

RU2794235C1 - Device for analysis with additional concentration of the composition of the equilibrium vapor phase

Info

Publication number: RU2794235C1
Application number: RU2022124277A
Authority: RU
Inventors: Владимир Авангардович Лапин; Михаил Валерианович Ржавин; Игорь Павлович Мухин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Мета-хром"
Filing date: 2022-09-13
Publication date: 2023-04-13

Abstract

FIELD: analytical instrumentation.

SUBSTANCE: invention relates to gas chromatography and can be used to analyse impurities and dissolved gases in various liquids. A device for analysis with additional concentration of the composition of the equilibrium vapor phase, which is above the liquid in a closed temperature-controlled container, includes a container divided into two containers located one above the other, interconnected by a neck equipped with a gaseous sampling channel for analysis, while the upper of the containers is made in the form of a hollow cylinder with a channel in the side wall and located inside it, connected with the drive, a sealed piston, and the internal volume of the lower container is made in the form of two hemispheres or cones connected to each other by bases, while one of the tops of the cones is connected to the neck, and the second to a channel, at the outlet of which a valve is installed to drain the analysed liquid.

EFFECT: increase in the degree of extraction of dissolved gases and an increase in the concentration of impurities contained in the analysed liquid as part of the equilibrium vapor phase above the liquid.

2 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к газовой хроматографии, и может быть использовано для анализа примесей и растворенных газов в различных жидкостях.The invention relates to analytical instrumentation, namely to gas chromatography, and can be used to analyze impurities and dissolved gases in various liquids.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство для динамического парофазного анализа, в котором фазовое равновесие постоянно нарушается вследствие продувки сосуда с образцом инертным газом. Выдуваемые компоненты собирают на адсорбенте в криогенной ловушке, а затем после термодесорбции вводят в газовый хроматограф.A device for dynamic headspace analysis is known, in which the phase equilibrium is constantly disturbed due to the purging of the vessel with the sample with an inert gas. The blown-out components are collected on an adsorbent in a cryogenic trap, and then, after thermal desorption, they are introduced into a gas chromatograph.

«Анализ воды: органические микропримеси» под редакцией В.Л. Исидорова, Издательство «ТЕЗА» Санкт-Петербург, 2000 год, стр. 22."Water analysis: organic microimpurities" edited by V.L. Isidorova, TEZA Publishing House St. Petersburg, 2000, p. 22.

Недостатком этого устройства является очень большое время анализа, обусловленное выполнением последовательно нескольких процедур с применением специальных технических средств, а также низкая точность анализа вследствие суммирования погрешностей всех процедур, осуществляемых с анализируемой пробой.The disadvantage of this device is the very long analysis time due to the execution of several procedures in succession using special technical means, as well as the low accuracy of the analysis due to the summation of the errors of all procedures performed with the analyzed sample.

Известно также устройство для статического парофазного анализа с дополнительным концентрированием в равновесном объеме за счет разрежения создаваемого шприцом для ввода пробы в замкнутой термостатированной емкости с последующим вводом в хроматограф.It is also known a device for static headspace analysis with additional concentration in the equilibrium volume due to the rarefaction created by the syringe to introduce the sample into a closed temperature-controlled container with subsequent injection into the chromatograph.

«Введение в газовую хроматографию» К.А. Гольберт, М.С. Вигдергауз, стр. 247-248, Издательство «Химия», Москва, 1990 год."Introduction to gas chromatography" K.A. Golbert, M.S. Wigdergauz, pp. 247-248, Chemistry Publishing House, Moscow, 1990.

Недостатком этого устройства является то, что равновесная паровая фаза не равномерно распределяется между внутренним объемом шприца и объемом над жидкостью в термостатированной емкости, что приводит к искажению результатов. При вводе шприцом в анализатор состава паровой фазы при наличии разрежения в шприце, туда попадает воздух со всеми имеющимися в нем примесями, а при наличии избыточного давления в шприце часть пробы вытечет из шприца в атмосферу за счет разницы давлений, что также приводит к искажению результатов анализа.The disadvantage of this device is that the equilibrium vapor phase is not evenly distributed between the internal volume of the syringe and the volume above the liquid in a thermostated container, which leads to distortion of the results. When the vapor phase composition is injected into the analyzer with a syringe, in the presence of vacuum in the syringe, air with all the impurities present in it enters, and if there is excess pressure in the syringe, part of the sample will flow out of the syringe into the atmosphere due to the pressure difference, which also leads to a distortion of the analysis results .

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей предлагаемого изобретения является: увеличение степени извлечения растворенных газов и увеличение концентраций примесей, содержащихся в анализируемой жидкости в составе равновесной паровой фазы, находящейся над жидкостью, а также введение в анализатор состава всего объема равновесной паровой фазы без потерь и искажения количественного состава компонентов.The objective of the invention is to increase the degree of extraction of dissolved gases and increase the concentrations of impurities contained in the analyzed liquid as part of the equilibrium vapor phase above the liquid, as well as introducing the composition of the entire volume of the equilibrium vapor phase into the analyzer without loss and distortion of the quantitative composition of the components.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для анализа с дополнительным концентрированием равновесной паровой фазы находящейся над жидкостью в замкнутой термостатированной емкости, последняя разделена на две расположенные друг над другом термостатированные емкости связанные между собой горловиной, снабженной каналом отбора газообразной пробы для анализа и перекрываемым вентилем отводом для подачи газа-носителя. Верхняя из емкостей выполнена в виде полого цилиндра с каналом для ввода анализируемой жидкости и расположенным в нем герметичным поршнем, связанным с приводом, а внутренний объем нижней емкости выполнен в виде двух полусфер или конусов, соединенных друг с другом основаниями, при этом одна из вершин конусов соединена с горловиной, а вторая с каналом соединенным с вентилем для слива анализируемой жидкости и с вентилем соединяющим его с вакуумным насосом.This goal is achieved by the fact that in the device for analysis with additional concentration of the equilibrium vapor phase above the liquid in a closed temperature-controlled container, the latter is divided into two temperature-controlled containers located one above the other, interconnected by a neck equipped with a gaseous sampling channel for analysis and an outlet blocked by a valve to supply carrier gas. The upper of the containers is made in the form of a hollow cylinder with a channel for introducing the analyzed liquid and a sealed piston located in it, connected to the drive, and the internal volume of the lower container is made in the form of two hemispheres or cones connected to each other by bases, while one of the tops of the cones connected to the neck, and the second to the channel connected to the valve for draining the analyzed liquid and to the valve connecting it to the vacuum pump.

Изобретение иллюстрируется чертежом (фиг. 1).The invention is illustrated in the drawing (Fig. 1).

Осуществление изобретения.Implementation of the invention.

Предлагаемое устройство состоит из расположенных в общем термостатированном корпусе 1, двух расположенных друг над другом емкостей 2 и 3, соединенных горловиной 4, снабженной каналом 5 для отбора газообразной пробы для анализа и отводом 6 для подачи через вентиль 7 дополнительного потока газа-носителя. Нижняя емкость 2 имеет форму сферы или соединенных основаниями конусов, обращенных своими вершинами к горловине 4 и каналу 8, соединенному с вентилем 9, предназначенным для слива анализируемой жидкости, и вентилем 10 соединяющим его с вакуумным насосом 11. Верхняя емкость 3 представляет собой полный цилиндр, в стенке которого выполнен канал 12 для подачи анализируемой жидкости, а внутри полого цилиндра расположен перемещаемый приводом 13 герметичный поршень 14 с уплотнением 15. Ввод анализируемой жидкости может осуществляться дозирующим устройством 16 связанным через вентиль 17 с емкостью 18 для анализируемой жидкости. Горловина 4 через канал 5 связана с установленным на анализаторе состава (хроматографе) термостатированным четырехпортовым краном 19, первый порт которого соединен с каналом 5, второй порт с отводом 6, третий с хроматографической колонкой 20, второй конец которой соединен с детектором 21, а четвертый порт крана соединен с регулятором расхода 22 газа-носителя хроматографа. В исходном состоянии кран 19 соединяет вход хроматографической колонки 20 с регулятором расхода газа-носителя хроматографа 22, а также канал 5 для отвода газообразной пробы с отводом 6 горловины 4. При переводе крана 19 в положение "анализ" выход регулятора расхода 22 газа-носителя формирующий поток газа соединяется с отводом 6 через который газ поступает в горловину 4, затем в канал 5 и через кран 19 на вход хроматографической колонки 20.The proposed device consists of located in a common temperature-controlled housing 1, two containers 2 and 3 located one above the other, connected by a neck 4, equipped with a channel 5 for taking a gaseous sample for analysis and a branch 6 for supplying an additional flow of carrier gas through the valve 7. The lower container 2 has the shape of a sphere or cones connected by their bases, facing their tops to the neck 4 and channel 8, connected to the valve 9, designed to drain the analyzed liquid, and the valve 10 connecting it to the vacuum pump 11. The upper container 3 is a full cylinder, in the wall of which there is a channel 12 for supplying the analyzed liquid, and inside the hollow cylinder there is a sealed piston 14 moved by the drive 13 with a seal 15. The input of the analyzed liquid can be carried out by a dosing device 16 connected through a valve 17 with a container 18 for the analyzed liquid. Neck 4 is connected through channel 5 to a thermostatically controlled four-port cock 19 installed on the composition analyzer (chromatograph), the first port of which is connected to channel 5, the second port to outlet 6, the third to chromatographic column 20, the second end of which is connected to detector 21, and the fourth port the valve is connected to the flow regulator 22 of the carrier gas of the chromatograph. In the initial state, the valve 19 connects the inlet of the chromatographic column 20 with the flow controller of the carrier gas of the chromatograph 22, as well as the channel 5 for removing the gaseous sample with the outlet 6 of the neck 4. When the valve 19 is switched to the "analysis" position, the output of the flow controller 22 of the carrier gas forms the gas flow is connected to the outlet 6 through which the gas enters the neck 4, then into the channel 5 and through the valve 19 to the inlet of the chromatographic column 20.

Устройство работает следующим образом:The device works as follows:

Перед началом работы осуществляется нагрев емкостей 2 и 3 до рабочей температуры, удаление воздуха и следов компонентов от предыдущего анализа из внутреннего объема устройства, путем поочередного вакуумирования и заполнения газом-носителем через вентиль 7. Вакуумирование может осуществляться перемещением приводом 13 поршня 14 в крайнее верхнее положение или подключением вакуумного насоса 11. Процесс дополнительного концентрирования в паровой фазе начинается с вакуумирования внутреннего объема устройства, а затем дозирующим устройством 16 из емкости 18 через вентиль 17 начинается равномерная подача анализируемой жидкости через канал 12 в боковой поверхности цилиндра емкости 3. Поступающая в емкость 3 жидкость в виде тонкой пленки стекает по стенкам из емкости 3 в емкость 2. Извлечение примесей и особенно растворенных газов из тонкой пленки жидкости двигающейся по нагретой поверхности происходит значительно быстрее и эффективнее. По мере заполнения емкости 2 в следствии ее сферической или конусной формы площадь зеркала нагретой жидкости будет увеличиваться, способствуя ускоренному достижению равновесия между паровой и жидкой фазами в разреженном пространстве. Величина разрежения в емкостях 2, 3 по мере заполнения уменьшится за счет сокращения объема емкости 2 и выделения растворенных газов, но это не оказывает влияния на процесс дегазации, т.к. объем емкости 3 более чем в 10 раз превышает объем емкости 2. По мере завершения заполнения анализируемой жидкостью емкости 2, за счет ее сферической или конусной формы площадь зеркала анализируемой жидкости начнет резко сокращаться и в конечном итоге будет равна площади поперечного сечения горловины 4, которая как минимум в 20 раз меньше, чем площадь зеркала при заполнении емкости 2 до половины. Это очень важно, т.к. скорость обратной диффузии при снижении степени разрежения будет возрастать, но значительное уменьшение площади зеркала анализируемой жидкости устраняет обратную диффузию.Before starting work, tanks 2 and 3 are heated to the operating temperature, air and traces of components from the previous analysis are removed from the internal volume of the device by alternately evacuating and filling with carrier gas through valve 7. Vacuuming can be carried out by moving the actuator 13 of the piston 14 to the uppermost position or by connecting a vacuum pump 11. The process of additional concentration in the vapor phase begins with the evacuation of the internal volume of the device, and then the dosing device 16 from the container 18 through the valve 17 begins a uniform supply of the analyzed liquid through the channel 12 in the side surface of the cylinder of the container 3. The liquid entering the container 3 in the form of a thin film flows down the walls from container 3 to container 2. The extraction of impurities and especially dissolved gases from a thin film of liquid moving along a heated surface is much faster and more efficient. As the container 2 is filled, due to its spherical or conical shape, the area of the mirror of the heated liquid will increase, contributing to the accelerated achievement of equilibrium between the vapor and liquid phases in the rarefied space. The magnitude of the vacuum in tanks 2, 3 will decrease as it is filled due to the reduction in the volume of tank 2 and the release of dissolved gases, but this does not affect the degassing process, because the volume of container 3 is more than 10 times greater than the volume of container 2. As the container 2 is filled with the analyzed liquid, due to its spherical or conical shape, the area of the mirror of the analyzed liquid will begin to sharply decrease and eventually will be equal to the cross-sectional area of the neck 4, which, as at least 20 times less than the area of the mirror when the container 2 is filled to half. This is very important, because the rate of back diffusion will increase with decreasing degree of rarefaction, but a significant decrease in the area of the mirror of the analyzed liquid eliminates back diffusion.

После завершения процесса полного заполнения анализируемой жидкостью емкости 2 начинается процесс перемещения равновесного пара и извлеченных растворенных газов в колонку 20 газового хроматографа для их анализа, для чего временно открывается вентиль 7 и оставшийся внутренний объем устройства заполняется газом-носителем до давления, соответствующего величине давления на входе в хроматографическую колонку 20. После этого кран 19 газового хроматографа переводится в положение анализ, а поршень 14 приводом 13 перемещается в крайнее нижнее положение, вытесняя при этом все газообразные вещества, находящиеся в емкости 3 в горловину 4 и затем через канал 5 и кран 19 в хроматографическую колонку 20. Поток газа-носителя, формируемый регулятором расхода 22 газового хроматографа, через кран 19 поступает последовательно в отвод 6 горловину 4 канал 5, кран 19 выдувая все их оставшееся содержимое в хроматографическую колонку 20. Таким образом, все 100% извлеченных растворенных газов и равновесного пара будут введены в колонку 20 для проведения качественного и количественного анализа.After completion of the process of complete filling of the container 2 with the analyzed liquid, the process of moving the equilibrium vapor and the extracted dissolved gases to the column 20 of the gas chromatograph for their analysis begins, for which valve 7 is temporarily opened and the remaining internal volume of the device is filled with a carrier gas to a pressure corresponding to the inlet pressure into the chromatographic column 20. After that, the valve 19 of the gas chromatograph is transferred to the analysis position, and the piston 14 is moved by the drive 13 to the lowest position, displacing all the gaseous substances in the container 3 into the neck 4 and then through the channel 5 and the valve 19 into chromatographic column 20. The flow of carrier gas, formed by the flow controller 22 of the gas chromatograph, through the valve 19 enters sequentially into the outlet 6 neck 4 channel 5, valve 19 blowing all their remaining contents into the chromatographic column 20. Thus, all 100% of the extracted dissolved gases and equilibrium vapor will be introduced into column 20 for qualitative and quantitative analysis.

Таким образом, поставленная цель достигнута, т.е. увеличено количественное содержание веществ в равновесной паровой фазе, устранена потеря ее части при перемещении из устройства в анализатор состава.Thus, the goal has been achieved, i.e. the quantitative content of substances in the equilibrium vapor phase has been increased, and the loss of part of it when moving from the device to the composition analyzer has been eliminated.

Claims

1. A device for analysis with additional concentration of the composition of the equilibrium vapor phase above the liquid in a closed temperature-controlled container, characterized in that the container is divided into two containers located one above the other, interconnected by a neck equipped with a gaseous sampling channel for analysis, while the upper of the containers is made in the form of a hollow cylinder with a channel in the side wall and a sealed piston located inside it, connected with the drive, and the internal volume of the lower container is made in the form of two hemispheres or cones connected to each other by bases, while one of the tops of the cones connected to the neck, and the second to the channel, at the outlet of which a valve is installed to drain the analyzed liquid.

2. The device according to claim 1, characterized in that a drain is made in the neck, connected through a valve to the carrier gas flow shaper, and a vacuum pump is connected to the channel for draining the analyzed liquid through the valve.