Способ получения градуировочных смесей летучих компонентов и устройство для его осуществления

При осуществлении способа поток инертного газа непрерывно контактирует с зернистым слоем неподвижной фазы, состоящей из нанесенной на частицы твердого носителя малолетучей жидкости. Насыщение неподвижной фазы парами летучих компонентов осуществляют до равновесных концентраций на входе и выходе проточной системы при температуре, превышающей рабочие температуры для получаемых градуировочных смесей различного состава. Устройство содержит последовательно соединенные блок подготовки инертного газа, узел ввода пробы с испарителем, термостатируемую трубчатую проточную систему, заполненную зернистым слоем неподвижной фазы, и детектор. Трубчатая проточная система выполнена, по крайней мере, из трех последовательно соединенных секций с одинаковыми геометрическими размерами, первая из которых соединяется с испарителем узла ввода пробы и имеет больший процент пропитки твердого носителя малолетучей жидкостью по сравнению с последующими. Детектор с помощью дополнительного газового крана подсоединяется как к выходу, так и входу трубчатой проточной системы. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для градуировки газоаналитической аппаратуры, в частности для калибровки газохроматографических детекторов, создания градуировочных парогазовых смесей при разработке методов анализа объектов окружающей среды и в токсикологических исследованиях, а также в различных производствах, где необходимо создание постоянных во времени концентраций летучих веществ в инертном газе-разбавителе.

Известен способ приготовления калибровочных смесей для газовой хроматографии, при котором исходное летучее вещество подают в поток газа-разбавителя путем барботирования части потока газа-разбавителя через неподвижную фазу, представляющую собой малолетучую жидкость, в которой растворено это исходное вещество [см. Панков А.Г., Трубин А.М., Березкин В.Г. и др. Авт. свид. СССР №603898 // Бюл. изобр. №15 от 25.04.78].

Однако известный способ не обеспечивает постоянства микроконцентраций летучих веществ в потоке газа-разбавителя, так как концентрация исходных веществ непрерывно убывает по экспоненциальному закону, что ограничивает область применения данного способа для метрологического обеспечения газоаналитических измерений.

Известны также способ и устройство для получения парогазовых смесей, в которых поток газа-разбавителя пропускают через раствор летучих веществ в малолетучей жидкости с фиксированной концентрацией жидкости. Емкость с раствором соединена со смесителем, в который одновременно подается газ-разбавитель. В результате контакта с жидким раствором газовый поток насыщается до равновесных концентраций парами летучих веществ в соответствии с константой распределения при постоянной температуре. После осуществления контакта газового потока с раствором летучих веществ обедненную летучими веществами часть жидкого раствора непрерывно отделяют от парогазового потока и исходного раствора [см. Березкин В.Г., Буданцева М.Н. Авт. свид. СССР №697922 // Бюл. изобр. №42 от 15.11.79].

Недостатком известных способа и устройства являются необходимость использования значительного количества раствора летучих веществ в малолетучем растворителе, а также недостаточная точность приготовления парогазовых смесей динамическим методом, так как на количество извлекаемых летучих веществ влияет точность поддержания на заданном уровне как параметров потока газа-разбавителя, так и потока жидкого раствора летучих веществ.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ получения постоянных концентраций летучих соединений в потоке газа, в котором газовый поток насыщают до заданной равновесной концентрации путем последовательного барботажного контакта газового потока, по крайней мере, с тремя неподвижными порциями раствора летучих соединений в малолетучем растворителе, концентрация которых последовательно убывает от первой порции раствора к последующим или остается постоянной за исключением первой порции раствора, в которой концентрация летучих веществ выше [см. Березкин В.Г., Платонов И.А., Онучак Л.А., Лепский М.В. Патент РФ №2213958 от 23.11.01 // Бюл. изобр. №28 от 10.10.03].

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является устройство, содержащее последовательно соединенные блок подготовки инертного газа-носителя, узел ввода пробы с испарителем, термостатируемую трубчатую систему, заполненную зернистым слоем неподвижной фазы, состоящей из частиц твердого адсорбента или инертного твердого носителя с нанесенным слоем малолетучей жидкости и детектора [см. Приборы для хроматографии. / К.И.Сакодынский, В.В.Бражников, А.Н.Буров и др. М.: "Машиностроение", 1973. 368 с.].

Однако в известных способе и устройстве имеет место значительный расход исходных растворов летучих веществ для получения газового потока с постоянными концентрациями летучих веществ в течение заданного времени.

Задачей изобретения является более полное использование летучих веществ для получения нескольких градуировочных смесей с различными концентрациями.

Эта задача решается за счет того, что в способе получения градуировочных смесей летучих компонентов, при котором поток инертного газа непрерывно контактирует в проточной системе, содержащей, по крайней мере, три порции с неподвижной фазы с фиксированным количеством летучих компонентов, причем инертный газ контактирует с зернистым слоем неподвижной фазы, состоящей из нанесенной на частицы твердого носителя малолетучей жидкости, а насыщение неподвижной фазы парами летучих компонентов осуществляют до равновесных концентраций на входе и выходе проточной системы при температуре, превышающей рабочие температуры, при которых получают постоянные концентрации летучих компонентов в потоке инертного газа для градуировочных смесей различного состава.

Эта задача решается также за счет того, что в устройстве получения градуировочных смесей летучих компонентов, содержащем последовательно соединенные блок подготовки инертного газа, узел ввода пробы с испарителем, термостатируемую трубчатую проточную систему, заполненную зернистым слоем неподвижной фазы, состоящей из нанесенной на частицы твердого носителя малолетучей жидкости, и детектора, причем трубчатая проточная система выполнена, по крайней мере, из трех последовательно соединенных секций с одинаковыми геометрическими размерами, первая из которых соединяется с испарителем узла ввода пробы и имеет больший процент пропитки твердого носителя малолетучей жидкостью по сравнению с последующими, а детектор с помощью дополнительного газового крана подсоединяют как к выходу, так и через пневмосопротивлнение ко входу трубчатой проточной системы.

При решении поставленной задачи создается технический результат, заключающийся в более полном извлечении летучих компонентов из неподвижной фазы за счет значительного увеличения площади поверхности контакта инертного газа с зернистым слоем неподвижной фазы. Кроме этого, устанавливая различные рабочие температуры трубчатой проточной системы меньше, чем температура насыщения сорбента летучими компонентами, получают несколько градуировочных смесей с различными, но постоянными во времени, концентрациями летучих компонентов, а использование в первой секции большего процента пропитки твердого носителя малолетучей жидкостью увеличивает временной интервал поддержания постоянных концентраций летучих компонентов в потоке инертного газа за счет подпитки второй и третьей секций трубчатой проточной системы летучими компонентами из первой секции, имеющей больший диаметр.

Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связанны между собой единым изобретательским замыслом.

Пример конкретного выполнения способа и устройство для его осуществления

На чертеже схематически изображено устройство получения градуировочных смесей летучих компонентов. Устройство содержит: линию 1 для подвода инертного газа, блок подготовки инертного газа 2, узел ввода пробы 3 с испарителем 4, термостат 5 для поддержания постоянной температуры в трубчатой проточной системе, состоящей из последовательно соединенных первой секции 6, имеющей больший процент пропитки твердого носителя малолетучей жидкостью, чем вторая 7 и третья секция 8, переключающий газовый кран 9 на два положения, с помощью которого детектор 10 подключается к выходу третьей секции 8 трубчатой проточной системы (положение (а) включено) или ко входу первой секции 6 трубчатой проточной системы через пневмосопротивление 11 (положение (б) включено). Выход детектора 10 соединен с линией 12 для потока градуировочных смесей.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Предварительно насыщают сорбент в трубчатой проточной системе летучими компонентами до равновесных концентраций или до "проскока" при температуре Тнас, превышающей рабочие температуры устройства. Для этого смесь летучих компонентов многократно дозируют определенными порциями в узел ввода пробы 3 с испарителем 4. Затем детектором 10 измеряют концентрации летучих компонентов на выходе трубчатой проточной системы (газовый кран 9 включен в положение (а)) и на входе в трубчатую проточную систему (газовый кран включен в положение (б)). Насыщение проводят до выравнивания концентраций летучих компонентов на выходе и входе трубчатой проточной системы. Пневмосопротивление 11 устанавливает одинаковый расход газа в детекторе 10 в обеих положениях газового крана 9. После насыщения сорбента летучими компонентами в термостате 5 устанавливают первую рабочую температуру устройства T1нас. Выдерживают секции 6, 7 и 8 трубчатой проточной системы при температуре Т1 не менее 15-20 мин и продувают систему чистым инертным газом до достижения постоянной концентрации летучих компонентов на выходе третьей секции 8 трубчатой проточной системы по показаниям детектора 10. При температуре Т1 получают первую градуировочную смесь с концентрациями летучих компонентов С1.

После использования первой градуировочной смеси, например, для построения градуировочной зависимости исследуемого газоанализатора в термостате 5 устанавливают вторую рабочую температуру T2>T1. При этом получают вторую градуировочную смесь с концентрациями летучих компонентов С21. Рабочую температуру повышают в пределах от Т1 до Тнас в зависимости от получения необходимого количества градуировочных смесей с различными значениями концентраций летучих компонентов.

Уравнения материального баланса для проточной трубчатой системы, состоящей условно из трех секций 6, 7 и 8, через которые пропускают поток инертного газа, имеют вид [см. Forina М. // Annali di Chimica, 1975. V.65. Р.49]:

и

где и - количество летучего вещества, поступившего из секции 6 в секцию 7 и из секции 7 в секцию 8 с объемом инертного газа-разбавителя dVG соответственно;

и - количество летучего вещества, извлекаемого из секций 7 и секции 8 объемом инертного газа-разбавителя dVG соответственно;

dnL(7)-dnG(7) и dnL(8)-dnG(8) - изменение количества летучего вещества в жидкой и газовой фазах в секциях 7 и 8 соответственно;

dVG=F·dτ - объем газа-разбавителя; F - объемная скорость инертного газа; dτ - время пропускания объема газа-разбавителя dVG.

При этом

где - константа распределения летучего вещества между жидкой и газовой фазами (константа фазового распределения жидкость-пар при T=const).

Экспериментальная оценка выполнения предлагаемого и известного способов получения градуировочных смесей летучих компонентов в потоке инертного газа проводилась на примере получения пяти градуировочных смесей с различными, но постоянными во времени, концентрациями толуола и октана:

Смесь 1: T=25°С,

Смесь 2: T=50°С,

Смесь 3: T=60°С,

Смесь 4: T=70°С,

Смесь 5: T=80°С,

При этом расход инертного газа азота (осч) был равен F=10 см3/мин.

Сравнение известного и предлагаемого способов проводили при одинаковых временах τ поддержания постоянной концентрации летучих компонентов в потоке инертного газа.

В известном способе поток азота насыщали до заданных равновесных концентраций для каждой из пяти градуировочных смесей при соответствующих температурах 25, 50, 60, 70 и 80°С путем последовательного барботажного контакта азота с тремя неподвижными порциями жидкого раствора летучих веществ в сквалане. Количество раствора в каждом барботере 20 см3, или с учетом плотности сквалана общая масса в трех барботерах Wp=48,5 г. Причем в первом барботере концентрация каждого летучего вещества составляла 0,15 мг/см3, а во втором и третьем барботерах по 0,12 мг/см3, и парогазовый поток из первого барботера подпитывал растворы второго и третьего барботеров для получения их равновесных концентраций в потоке азота на выходе третьего барботера в диапазоне для различных градуировочных смесей при соответствующей температуре Т.

В предлагаемом способе насыщения потока азота летучими компонентами до заданных равновесных концентраций при соответствующей температуре осуществляли путем контакта азота с зернистым слоем сорбента. Сорбент изготавливали на основе твердого инертного носителя диатомитового кирпича зернением 0,2-0,25 мм, модифицированного 0,5 мас.% смолой ПН-15. На две порции твердого носителя из раствора хлороформа наносили сквалан в количестве 30 мас.% (первая порция) и 40 мас.% (вторая порция). После удаления растворителя готовый сорбент второй порции заполняли в первую секцию 6 трубчатой проточной системы, а сорбент первой порции заполняли во вторую 7 и третью 8 секции трубчатой проточной системы. Секции 6, 7 и 8 имели внутренний диаметр 15 мм и длину по 80 мм. Первая секция 6 с большим процентом пропитки скваланом (40 мас.%) играла роль первого барботера и обеспечивала необходимую подпитку летучими компонентами второй и третьей секций трубчатой проточной системы. После заполнения сорбентом трубчатую проточную систему кондиционировали при 150°С в термостате 5 в течение пяти часов с расходом азота в системе 10 см3/мин. После кондиционирования в испаритель 4, выполненный в виде барботера, помещали 20 см смеси летучих компонентов толуола и октана с одинаковыми концентрациями и осуществляли насыщение сорбента со скоростью барботирования азота 15 см3/мин в проточной системе при температуре 100°С, превышающей рабочие температуры получения градуировочных смесей. Насыщение осуществлялось до тех пор, пока концентрация летучих компонентов на выходе третьей секции 8 и на входе в первой секции 6 проточной системы не становилась одинаковой. Контроль за концентрацией проводили по сигналу концентрационного детектора 10, периодически переключая газовый кран 9 из положения (а) в положение (б). Масса сорбента в проточной системе до насыщения 37,94 г, масса сквалана Wp=8,75 г. После насыщения сорбента парами толуола и октана проводили эксперимент по получению пяти градуировочных смесей с различными, но постоянными во времени, концентрациями летучих компонентов, задавая соответствующие температуры в термостате 5.

Градуировочные смеси в линии 12 получали, используя азот (осч) с объемной скоростью F=10 см3/мин. Результаты эксперимента представлены в таблице "Сравнительные данные экспериментальной проверки известного и предлагаемого способов".

Сравнительные данные экспериментальной проверки известного и предлагаемого способов
Номер градуировочной

смеси и температура, °С
, мкг/см3τ, часИзрасходовано раствора Wp, г
толуолоктантолуолоктанИзвестный способПредлагаемый способ
1. Т=250,0680,0349,018,0
2. Т=500,1470,0777,513,5
3. Т=600,2560,1817,011,548,58,75
4. Т=700,4300,2345,010,0
5. Т=800,5800,3564,58,3

Как видно из приведенных в таблице данных, предлагаемый способ обеспечивает более эффективное использование раствора летучих веществ для получения градуировочных смесей с различным содержанием летучих компонентов в потоке азота при заданном времени τ.

Использование предлагаемого способа получения градуировочных смесей летучих компонентов и устройства для его осуществления позволяет:

1. Значительно сократить расход раствора летучих веществ в малолетучем растворителе для получения одного и того же количества летучих компонентов в потоке инертного газа с постоянными концентрациями за счет повышения эффективности процессов сорбции и десорбции при контакте инертного газа с зернистым слоем сорбента, имеющим значительную площадь поверхности.

2. Существенно упростить операцию насыщения сорбента летучими компонентами, так как исключается необходимость изготовления растворов объемным или весовым методами.

3. Многократно использовать трубчатую проточную систему с сорбентом для получения новых парогазовых смесей путем повторного равновесного насыщения сорбента парами летучих компонентов.

4. Организовать метрологическое обеспечение газоаналитических и хроматографических измерений при проведении ответственных аналитических и физико-химических исследований.

1. Способ получения градуировочных смесей летучих компонентов, при котором поток инертного газа непрерывно контактирует в проточной системе, содержащей, по крайней мере, три порции неподвижной фазы с фиксированным количеством летучих компонентов, отличающийся тем, что инертный газ контактирует с зернистым слоем неподвижной фазы, состоящей из нанесенной на частицы твердого носителя малолетучей жидкости, а насыщение неподвижной фазы парами летучих компонентов осуществляют до равновесных концентраций на входе и выходе проточной системы при температуре, превышающей рабочие температуры, соответствующие постоянным концентрациям летучих компонентов в потоке инертного газа для градуировочных смесей различного состава.

2. Устройство получения градуировочных смесей, содержащее последовательно соединенные блок подготовки инертного газа, узел ввода пробы с испарителем, термостатируемую трубчатую проточную систему, заполненную зернистым слоем неподвижной фазы, состоящей из нанесенной на частицы твердого носителя малолетучей жидкости, и детектор, отличающееся тем, что трубчатая проточная система выполнена, по крайней мере, из трех последовательно соединенных секций с одинаковыми геометрическими размерами, первая из которых, соединенная с испарителем узла ввода пробы, имеет больший процент пропитки твердого носителя малолетучей жидкостью по сравнению с последующими, а детектор с помощью дополнительного газового крана подсоединен как к выходу, так и через пневмосопротивление ко входу трубчатой проточной системы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для получения газового потока с заданными концентрациями летучих веществ для калибровки газоаналитической аппаратуры, для создания искусственных парогазовых смесей при анализе окружающей среды и в токсикологических исследованиях.

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано при градуировке газоаналитической аппаратуры, в частности при калибровке газохроматографических приборов и создании градуировочных парогазовых смесей при разработке методик анализа для объектов окружающей среды и токсикологических исследований, а также для различных производственных технологий, где необходимо создание постоянных во времени концентраций паров летучих веществ в инертном газе-разбавителе.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к газоаналитическим измерениям, и может быть использовано во всех отраслях промышленности для градуировки и поверки газоанализаторов.

Изобретение относится к биологии, экологии, токсикологической и санитарной химии, а именно к способам определения н-бутилового эфира 2-[4-(5-трифторметилпиридил-2-окси)фенокси]пропионовой кислоты в биологическом материале, и может быть использовано в практике санэпидемстанций, химико-токсикологических, ветеринарных и экологических лабораторий.

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для градуировки газоаналитической аппаратуры, в частности для калибровки газохроматографических детекторов, создания градуировочных парогазовых смесей при разработке методов анализа окружающей среды и в токсикологических исследованиях, а также в различных производствах, где необходимо создание постоянных во времени концентраций паров летучих веществ в газе-разбавителе.

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к количественному определению тиодигликоля (,'-дигидроксидиэтилсульфида) в водных матрицах. .

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в системе контроля за содержанием металлов-загрязнителей в пищевых продуктах, воде и растительной продукции.

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для градуировки газоаналитической аппаратуры. .

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для градуировки газоаналитической аппаратуры, в частности для калибровки газохроматографических детекторов, создания градуировочных парогазовых смесей при разработке методов анализа объектов окружающей среды и в токсикологических исследованиях, а также в различных производствах, где необходимо создание постоянных во времени концентраций летучих веществ в инертном газе-разбавителе
Изобретение относится к области экологии и аналитической химии, а также к области водоподготовки и может быть использовано для оценки эффективности очистки воды разного происхождения на водозаборах с различными этапами технологической обработки, для оценки эффективности работы фильтров и устройств очистки воды бытового и промышленного назначения

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано при определении качественного и количественного содержания благородных металлов, а именно Au, Pt, Pd, находящихся в породах различного состава (в том числе и в соляных породах) и концентрирующихся в них в виде органических соединений

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть использовано для определения хлоранилинов в водных средах

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для градуировки газоаналитической аппаратуры, в частности для калибровки газохроматографических детекторов, создания градуировочных газовых смесей при разработке методов анализа объектов окружающей среды и в токсикологических исследованиях, а также в различных производствах, где необходимо создание постоянных во времени концентраций летучих веществ в инертном газе-разбавителе
Изобретение относится к биохимии и клинической лабораторной диагностике

Изобретение относится к области защиты окружающей среды. Предложен способ определения содержания в газообразной среде труднолетучих органических соединений, таких как полиароматические углеводороды, карбоновые кислоты, спирты, сложные эфиры, н-алканы-С15-30. Способ включает пропускание газообразной среды через сорбент, содержащий по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы MgO, CaO, CaCO3, MgCO3. Затем производят растворение сорбента в первом водном растворе со значением рН менее 7 с получением второго водного раствора. Затем осуществляют экстракцию находящегося во втором водном растворе труднолетучего соединения с помощью органического растворителя с получением экстракта. Содержание труднолетучего соединения в экстракте определяют с помощью пригодного физико-химического метода анализа. Изобретение позволяет определить содержание органических соединений, имеющих температуру кипения от 120 до 300°C при снижении продолжительности пробоподготовки. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил., 5 табл.

Изобретение предназначено для газожидкостной экстракции. Способ включает организацию потоков жидкости и газа-носителя, формирование в экстракционной камере поверхности раздела фаз и проведение массообмена с последующим разделением проэкстрагированной жидкости и обогащенного летучими компонентами газа-носителя. Поступающий в камеру аксиальный поток жидкой среды преобразуется в два коаксиальных потока, разделенных газом-носителем. В аналитических системах экстракцию осуществляют в один этап, когда жидкая и газовая фазы подвижны, или в два этапа: вначале проводят прокачку пробы через камеру при нормальном или пониженном давлении неподвижной газовой фазы, а потом, после наступления концентрационного фазового равновесия, образовавшееся облако насыщенной летучими компонентами парогазовой смеси газа-носителя выталкивают из камеры в аналитическую газовую ячейку анализатора, где давление газа-носителя равно атмосферному. Устройство включает проточную трубчатую массообменную камеру, установленную вертикально, имеющую коаксиальную полость с гидрофильной поверхностью, сопряженную на верхнем конце с расширяющейся коаксиальной щелью. Технический результат: увеличение степени экстракции, увеличение чувствительности и повышение точности аналитических систем. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение предназначено для очистки жидких сред. Устройство включает средства ввода и вывода фазовых компонентов и проточную трубчатую экстракционную камеру со штуцерами для ввода и вывода жидкой среды и газа-носителя. Экстракционная камера помещена в термостат, установлена вертикально, имеет гидрофильную внутреннюю поверхность и на верхнем конце имеет сужение, соосно сочлененное с капиллярной трубкой так, что образуется круглая щель, или с раструбом, снабженным полым конусом, закрепленным так, что между поверхностью раструба и поверхностью конуса образуется кольцевая щель. Газовые штуцеры относительно оси камеры установлены под острым углом, а относительно поверхности камеры - тангенциально. Способ экстракции включает ввод в экстракционную камеру компонентов противотоком, осуществление межфазового массобмена и вывод из нее обогащенного летучими компонентами газа-носителя, при этом стабилизируют температуру проточной трубчатой экстракционной камеры, поступающий в нее поток жидкой среды преобразуют в коаксиальный, стекающий по ее вогнутой поверхности тонкой пленкой, поток газа-носителя закручивают по восходящей спирали, а массобмен осуществляют в условиях противотока фазовых компонентов или в условиях неподвижной газовой фазы. Технический результат: увеличение степени экстракции и чувствительности аналитических систем. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для градуировки газоаналитической аппаратуры, в частности для калибровки газохроматографических детекторов, создания градуировочных парогазовых смесей при разработке методов анализа объектов окружающей среды и в токсикологических исследованиях, а также в различных производствах, где необходимо создание постоянных во времени концентраций летучих веществ в инертном газе-разбавителе

Наверх