Пиролизер для газовой хроматографии

Союз СоветскикСоцианистическикРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОВРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 879460(51)М, Кд. 601 М 31/08 Ркударстюе 11 камнтет СССР аю делам нзоеретеннй н открытий(72) Авторы изобретения ъеСпециальное конструкторское бюро газовой креиауаграфиеьеоа(54) ПИРОЛИЗЕР ДЛЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ Изобретение относится к устройствам для пиролитического разложения проб твердых материалов, таких как полимеры, резины и т. п. с целью последующего анализа газов и парообразных продуктов пиролиза с помощью га зовой хроматографии.В частности, изобретение относится к пиролизерам для газовой хроматограФии, использующим в качестве приспо 1 О собления для сожжения образца нагреваемую током спираль или фольгу.Известен пиролизер для газовой хроматографии, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током платиновую35 фольгу, установленную на держателях в камере пиролиза, канал для подвода газа-носителя в камеру пиролиза, и канал для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую колонкуЕ 3,Недостатком известногопиролизера является то, что в комбинации с газовым хроматографом он обеспечивает анализ только таких твердых веществ, которые могут быть предварительно растворены в подходящем растворителе. Это обусловлено тем, что на Фольгу можн) нанести пробу вещества только в виде раствора с последующим выпариванием растворителя. После такой предварительной подготовки образец твердого вещества в виде пленки, покрывающей поверхность Фольги может быть введен в камеру пиролиза. Твердые вещества, которые не растворяются в летучих растворителях, не могут быть проанализированы с помощью пиролизера этого типа. Это ограничивает круг анализируемых веществ.Известен также пиролизер для газовой хроматографии, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током спираль, установленную на держателях в камере пиролиза, канал для подвода газа-носителя и канал для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую.колонку. Витки спиралиэтого пиролизера размещены в горизонтальной плоскости и внутри спиралиустановлена кварцевая лодочка, в которую помещают образец твердого вещества. Этот пиролизер позволяет анализировать как растворимые, так и нерастворимые твердые веществаЯ 3,Недостатком пиролизера этого типаявляется то, что он не обеспечиваетнеобходимой точности и воспроизводимости анализа. Это обусловлено тем,что нагрев твердого образца до температуры пиролиза производится черезстенки кварцевой лодочки. Это приводитк повышению инерционности процесса 15пиролиза, а также к тому, что результаты анализа определяются относительным положением образца пробы, кварцевой лодочки и витков спирали, котороепри повторном анализе образца можетизменяться.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результату кизобретению является пиролизер для газовой хроматографии, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током спираль,установленную на держателях в камерепиролиза, канал для подвода газа-носителя и канал для вывода газо- и паро -образных продуктов пиролиза в хроматографическую колонку, Витки спиралирасположены в горизонтальной плоскостиЯ.Недостатком известного пиролизераявляется то, что он, преимущественно,предназначен для пиролиза. твердых веществ, растворимых в летучих растворителях, так как пробы наносятся путемпогружения спирали в раствор вещества,либо путем нанесения раствора с помощью микрошприца на витки спирали. Об 40. разцы нерастворимых веществ в виденебольших кусочков материала могутбыть введены во внутренний объем спирали, Однако, при установке спиралив камере пиролиза они нередко выпадают и, располагаясь на насадке колонкиили на фильтре, служат источником дополнительных загрязнений хроматографической системы. Попытки устранитьэтот недостаток путем размещения витков спирали в вертикальной плоскостис целью укладки образца на нижнемучастке внутренней поверхности спирали приводят к дополнительным затруднениям, Установленная таким образом 55спираль сильно охлаждается потокомгаза-носителя, увеличивается неравномерность распределения температуры спирали по ее длине и воспроизводимость,анализа начинает зависеть от места расположения кусочка образца, которое может меняться от опыта к опыту.Целью изобретения является повы - шение воспроизводимости пиролитического метода анализа и надежности работы пиролизера как с растворимыми, так и нерастворимыми пробами твердых веществ.Указанная цель достигается тем, что предложен пиролизер для газовойхроматографйи, содержащий камеру пиролиза, нагреваемую током спираль, установленную в камере пиролиза, канал для подвода газа-носителя в камеру пиролиза и канал для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую колонку. Нагреваемаятоком спираль имеет два участка, витки одного из которых расположены в горизонтальных плоскостях, а другого- в вертикальных плоскостях, причемучастки спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, установлен за участком спирали с витками,расположенными в горизонтальных плоскостях, в направлении по потоку газа- носителя в камере пиролиза. Другим отличием предлагаемого пиролизера является то, что средний виток участка вертикально расположенной спирали имеет больший диаметр, чем крайние витки этого участка, Такое выполнение витков спирали позволяет зафиксировать образец твердого вещества в центре спирали и препятствует выпадению его при установке спирали в пиролизере и случайных толчках.Еще одним отличием пиролизера является то, что в камере пиролиза установлена съемная цилиндрическая вставка из стекла или кварца, внутренняя поверхность которой контактирует с внешней поверхностью участка спирали с витками, расположенными в горизонтальных плоскостях. Отношение длины участка спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, к диаметру витков участка спирали с витками, расположенными в горизонтальных плоскостях, выбрано в интервале 0,7-0,8, Такая конструкция спирали позволяет строго центрировать рабочий участок спирали по отношению к стенкам, создавая равномерность теплосьема с рабочего участка спирали для879460 Э 5 45 всех проб и исключая контакт этого участка со стенками пиролизера, что приводило к загрязнению стенок пиролизера в рассмотренных вьппе анализах.Благодаря тому, что участок спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, установлен по потоку газа-носителя за участком спирали с витками, расположенными в горизонтальных плоскостях, повышается равномер ность распределения температуры между витками этого участка спирали. Поскольку проба наносится или укладывается) именно на этом участке, то повышается воспроизводимость условий 15 проведения пиролиза от аналйза к анализу при замене пробы и, как следствие, повышается воспроизводимость хроматографического анализа продуктов пиролиза. 20Кроме того, благодаря указанной особенности, газ-носитель, перед тем как он смешивается с газо- и парообразными продуктами пиролиза, подогревается на участке спирали с горизонтально 25 расположенными витками, что исключает конденсацию паров на стенках пиролизера, что также способствует повьппению воспроизводимости и достоверности результатов анализа. ЭОНа чертеже представлен предлагаемый пиролизер в разрезе.Пиролизер содержит камеру пиролиза 1, внутри которой установлена нагреваемая током спираль 2, имеющая два участка, Верхний участок спирали 2 имеет витки, располагаемые в горизонтальных плоскостях, а нижний участок спирали 2 имеет витки, расположенные в вертикальных плоскостях. 40Камера пиролиза 1 имеет канал 3 для подвода газа-носителя и канал 4 для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую колонку 5, верхний конец которой установлен в испарителе 6 газового хроматографа. Испаритель 6 снабжен нагревателем 7, с помощью которого в испарителе 6 поддерживается высокая температура исключающая конденсацию па 150 рообразных продуктов пиролиза при их транспортировке потоком газа-носителя из камеры пиролиза 1 в хроматографическую колонку 5. Камера пиролизера 1 также имеет канал 8 для подвода газа 55 носителя. Канал 4 для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза из камеры пиролиза 1 выполнен в виде съемной кварцевой или стеклянной трубки, имеющей верхний цилиндрический участок и нижний сужающийся конический участок, в котором помещен инертный фильтрующий материал 9, например, стекловата. Внутренняя поверхность цилиндрического участка канала 4 контактирует с внешней поверхностью участка спирали 2, витки которого распо.т ложены в горизонтальных плоскостях. Нижний участок спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, на который наносится проба вещества, установлен с гарантированным зазором по отношению к стенкам канала 4. Это обусловлено тем, что отношение длины нижнего участка спирали к диаметру верхнего участка спирали выбрано в интервале 0,7-0,8. Камера пиролиза 1 герметизирована с помощью увлот; нительной прокладки 10 из термостойкой резины и накидкой гайки 11.Средний виток нижнего участка спирали 2 имеет больший диаметр, чем крайние витки этого участка.Пиролизер работает следующим образом.Если анализу подвергается образец растворимого твердого вещества, то предварительно готовят раствор этого вещества в летучем растворителе. Необходимое количество раствора вещества наносят на нижний участок спирали, нагревают спираль и испаряют раствори- тель перед установкой спирали в пиролизер. Если анализу подвергают образец нерастворимого твердого вещества, то кусочек вещества укладывают внутрь нижнего участка спирали так, что он располагается на среднем витке этого участка.Спираль 2 устанавливают в камере пиролиза 1, которую герметизируют с помощью уплотнительной прокладки 1 О и накидной гайки 11. В камеру пиролиза 1 и испаритель 6 по каналам 3 и 8 соответственно подают газ-носитель, устанавливая заданный расход через хэвматографическую колонку 5. После того, как внутренний объем камеры пиролиза 1 отцувается от остатков воздуха, производят нагрев спирали 2 электрическим током, время подачи и значения напряжения которого должны быть до.статочными, чтобы нижний участок спирали, на котором размещен образец анализируемого вещества прогрелся до температуры 400-1100 С, т. е. до температуры пиролиза данного вещества. Летучие продукты пиролиза потоком газа-носителя переводятся в хроматогра- -фическую колонку 5, где они разделяются с последующим детектированиемразделенных компонентов на выходе изколонки 5 с помощью, например, пламенно-ионизационного детектора на чертеже ке показан). После проведения хроматографического анализа летучих продуктов пиролиза камеру пиролиза 1 разгерметизируют, извлекают из нее спи- Ораль 2 и подготавливают спираль 2 длянанесения слерющего образца. Камерапиролиза может быть выполнена такимобразом, что извлечение спирали 2 неприводит к нарушению процесса хроматографического анализа,Благодаря указанной форме выполнения спирали нижний участок спирали,на который наносится проба исследуемого твердого вещества, имеет более 20равномерное распределение температурпо длине. Это обусловлено тем, чтоверхний участок спирали в момент еепрогрева служит тепловым барьером дляхолодного потока газа-носителя25Как следствие более равномерногораспределения температуры повышаетсявоспроиэводимость условий пиролиза отанализа к анализу и, следовательно,повышается воспроизводимость й точность хроматографического анализа.Кроме того, верхний участок спира- ли, контактирующий с внутренней поверх костью стеклянной или кварцевой труб 35 ки служит направляющим элементом приустановке спирали в камере пиролиза Это исключает воэможность контактанижнего участка спирали со стенкамикамеры, что также способствует повыше нию воспроизводимости условий пиролиза.Повышение воспроизводимости условий пиролиза. проб вещества от анализа к анализу обеспечивает то, что в 1,5 раза уменьшается количество анализов проб одного и того же вещества, необходимого для получения достоверных результатов. Это, в свою очередь, приводит к увеличению производительности хроматографического анализатора, использующего данный пиролизер в 1,5 раза в сравнении с прототипом. Это обеспечивает экономический эффект около55 138 тыс. руб, в год. формула изобретения 1. Пиролизер для газовой хроматографии, содержащий камеру пиролиза,нагреваемую током спираль, установленную в камере пиролиза, канал дляподвода газа-носителя в камеру пиролиза, канал для вывода газо- и парообразных продуктов пиролиза в хроматографическую колонку, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения воспроизводимости хроматографического анализа продуктов пиролиза инадежности работы, нагреваемая токомспираль имеет два участка, витки одного из которых размещены в горизонтальнйх плоскостях, а другого - в вертикальных плоскостях, причем участокспирали с витками, расположенными ввертикальных плоскостях, установленза участком спирали с витками, расположенными в горизонтальных плоскостях, в напралении по потоку газа-носителя в камере пиролиза.2. Пиролизер по п, 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что средний виток участка спирали с витками, расположенными в вертикальных плоскостях, имеет больший диаметр, чем крайние витки этого участка.3. Пиролизер по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что в камере пиролиза установлена съемная цилиндрическая трубка из стекла или кварца, внутренняя поверхность которойконтактирует с внешней поверхностьюучастка спирали с витками расположенными в горизонтальных плоскостях.4. Пиролиэер по пп. 1-3, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что отношение длины участка спирали с витками,расположенными в вертикальных плос-.костях, к диаметру витков участка спирали с витками, расположенными в горизонтальных плоскостях, выбрано в интервале 0,7-0,8,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Ф 3684454,кл . 23-253, 1972.2. Патент США 9 3179499,кл. 23-253, 1965.3. Березкин В. Г. и др. Пиролитическая газовая хроматография. - "Журнал аналитической химии", том.ХХЧвып. 5, 1972, с. 1038 (прототип).879460 аказ 9709/13В Тираж 910 Подписное ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 5, Москва; Ж-Э 5, Раушская наб д, 4/5иал ППП Патент , г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель Г. ВинокуроваРедактор Н. Коляда Техред Е. Гаврилешко Корректор Г. Назаро