[go: up one dir, main page]

RU2571451C1 - Gas microchromatograph for analysis of organic and inorganic substances - Google Patents

Gas microchromatograph for analysis of organic and inorganic substances Download PDF

Info

Publication number
RU2571451C1
RU2571451C1 RU2014140645/28A RU2014140645A RU2571451C1 RU 2571451 C1 RU2571451 C1 RU 2571451C1 RU 2014140645/28 A RU2014140645/28 A RU 2014140645/28A RU 2014140645 A RU2014140645 A RU 2014140645A RU 2571451 C1 RU2571451 C1 RU 2571451C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
column
detector
organic
analysis
Prior art date
Application number
RU2014140645/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Артемьевич Платонов
Юрий Иванович Арутюнов
Владимир Игоревич Платонов
Максим Глебович Горюнов
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ)
Priority to RU2014140645/28A priority Critical patent/RU2571451C1/en
Priority to DE102015109743.5A priority patent/DE102015109743A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2571451C1 publication Critical patent/RU2571451C1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/62Detectors specially adapted therefor
    • G01N30/64Electrical detectors
    • G01N30/66Thermal conductivity detectors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/60Construction of the column
    • G01N30/6095Micromachined or nanomachined, e.g. micro- or nanosize
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/62Detectors specially adapted therefor
    • G01N30/78Detectors specially adapted therefor using more than one detector
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/04Preparation or injection of sample to be analysed
    • G01N2030/042Standards
    • G01N2030/047Standards external
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/62Detectors specially adapted therefor
    • G01N2030/628Multiplexing, i.e. several columns sharing a single detector
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/04Preparation or injection of sample to be analysed
    • G01N30/16Injection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/26Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/38Flow patterns
    • G01N30/46Flow patterns using more than one column
    • G01N30/466Flow patterns using more than one column with separation columns in parallel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: gas microchromatograph for analysis of organic and inorganic substances contains source of carrier gas, two microbatcher on flat plates, capillary column and planar microchromatographic column with two microdetectros on output. It also contains low-inertial heat-conductivity detector HCD and thermochemical detector MTCD with sensitive elements, placed in one flow chamber, and device for obtaining calibration mixtures. Device for obtaining calibration mixtures contains thermostatable tubular flow system, filled with granular sorbent, which consists of three sections, first of which is connected with carrier gas source, and third section by means of switch valve is connected to input of microbatchers instead of analysed mixture line.
EFFECT: increased correctness of measurement of analysed component concentration, increased precision of measuring height and area of chromatographic peaks, as well as reduction of error of measuring analysed component concentration when parameters of chromatographic process change.
1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к газовой хроматографии и может быть использовано для количественного анализа сложных смесей органических и неорганических веществ природного и техногенного происхождения в различных отраслях промышленности: химической, нефтяной, нефтехимической, энергетике, медицине, биологии, экологии и др.The invention relates to gas chromatography and can be used for the quantitative analysis of complex mixtures of organic and inorganic substances of natural and technogenic origin in various industries: chemical, petroleum, petrochemical, energy, medicine, biology, ecology, etc.

Известны капиллярные газовые хроматографы с пламенно-ионизационным детектором (ПИД) для эффективного и экспрессного разделения сложных смесей органических веществ (см.: Высокоэффективная газовая хроматография / Под ред. К. Хайфер. М.: Мир, 1993, 288 с.).Known capillary gas chromatographs with a flame ionization detector (PID) for efficient and rapid separation of complex mixtures of organic substances (see: High-performance gas chromatography / Edited by K. Heifer. M .: Mir, 1993, 288 p.).

Недостатком капиллярных хроматографов является отсутствие возможности анализа неорганических веществ, так как ПИД регистрирует только органические вещества.The disadvantage of capillary chromatographs is the inability to analyze inorganic substances, since the FID registers only organic substances.

Существующие газовые хроматографы обеспечивают высокую точность и достоверность анализа, однако они не лишены таких недостатков как громоздкость, высокая стоимость и определенные сложности в эксплуатации.Existing gas chromatographs provide high accuracy and reliability of the analysis, however, they are not without such drawbacks as cumbersomeness, high cost and certain difficulties in operation.

Ярко выраженной тенденцией развития современного аналитического приборостроения является миниатюризация аппаратуры с целью проведения конкретных видов анализа. К достоинствам микроприборов можно отнести малые габариты, вес, быстроту проведения анализа (см.: Микрофлюидные системы для химического анализа / Под ред. Золотова Ю.А., Курочкина В.Е. М.: Физматиздат, 2011, 528 с.).A pronounced trend in the development of modern analytical instrumentation is the miniaturization of equipment in order to conduct specific types of analysis. The advantages of microdevices include the small size, weight, speed of analysis (see: Microfluidic systems for chemical analysis / Edited by Zolotov Yu.A., Kurochkina V.E.M .: Fizmatizdat, 2011, 528 p.).

Известны также переносные и портативные газовые хроматографы, основные узлы и блоки которых выполнены с использованием новых достижений микроэлектроники и микромеханики МЭМС-технологии (см.: Яшин Я.И., Яшин С.Я., Яшин А.Я. Газовая хроматография. М: Издательство «Транс-Лит», 2009, с. 384-401).Portable and portable gas chromatographs are also known, the main units and blocks of which are made using new advances in microelectronics and micromechanics of MEMS technology (see: Yashin Y.I., Yashin S.Ya., Yashin A.Ya. Gas chromatography. M: Publishing house "Trans-Lit", 2009, S. 384-401).

Однако известные переносные и портативные газовые хроматографы, выпускаемые зарубежными и отечественными производителями под конкретную аналитическую задачу, не комплектуются дополнительными устройствами для метрологического обеспечения, например устройством для получения градуировочных смесей.However, the known portable and portable gas chromatographs produced by foreign and domestic manufacturers for a specific analytical task are not equipped with additional devices for metrological support, for example, a device for producing calibration mixtures.

Известен способ и устройство для получения градуировочных смесей летучих компонентов, при котором поток инертного газа непрерывно 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 трубчатой проточной системы при температуре, превышающей рабочие температуры, соответствующие постоянным концентрациям летучих компонентов для градуировочных смесей различного состава. Причем трубчатая проточная система выполнена по крайней мере из трех последовательно соединенных секций, первая из которых имеет больший процент пропитки твердого носителя малолетучей жидкостью по сравнению с последующими. Градуировочная смесь с расчетной концентрацией летучих компонентов в потоке инертного газа отбирается из третьей секции (Патент РФ №2324173. МПК G01N 30/06, опубл. 10 мая 2008 г.).A known method and device for producing calibration mixtures of volatile components, in which the inert gas stream is continuously in contact with the granular layer of the stationary phase, consisting of a low-volatile liquid deposited on the particles of the solid carrier, and the stationary phase is saturated with vapor of volatile components to equilibrium concentrations at the inlet and outlet of the tubular flow system at temperatures exceeding operating temperatures corresponding to constant concentrations of volatile components for calibration mixtures various composition. Moreover, the tubular flow system is made of at least three series-connected sections, the first of which has a greater percentage of impregnation of the solid carrier with a low-volatile liquid compared to the subsequent ones. A calibration mixture with a calculated concentration of volatile components in an inert gas stream is selected from the third section (RF Patent No. 224173. IPC G01N 30/06, published May 10, 2008).

Известен также малоинерционный детектор по теплопроводности для газовой хроматографии, содержащий нагреватель, выполненный в виде металлической нити, два пленочных термочувствительных элемента, установленных в газовом канале на выходе капиллярной колонки параллельно этому нагревателю на одинаковом от него расстоянии и включенных в противоположные плечи мостовой измерительной схемы, причем источник питания для нагрева нагревателя содержит авторегулятор, поддерживающий постоянными его температуру и сопротивление (Патент РФ №2266534, МПК G01N 30/61, опубл. 20 декабря 2005 г.).Also known is a low-inertia thermal conductivity detector for gas chromatography, comprising a heater made in the form of a metal thread, two film thermosensitive elements installed in the gas channel at the outlet of the capillary column parallel to this heater at the same distance from it and included in the opposite shoulders of the bridge measuring circuit, and the power source for heating the heater contains an autoregulator that keeps its temperature and resistance constant (RF Patent No. 2266534, PC G01N 30/61, publ. December 20, 2005).

Однако известные устройства для получения градуировочных смесей и малоинерциальный детектор по теплопроводности для капиллярной хроматографии не входят в комплектацию серийно выпускаемых капиллярных газовых хроматографов.However, the known devices for producing calibration mixtures and a low inertia thermal conductivity detector for capillary chromatography are not included in the commercially available capillary gas chromatographs.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является капиллярный газовый хроматограф для анализа органических и неорганических веществ, содержащий источник газа-носителя, два дозирующих крана, капиллярную колонку, устройство получения градуировочных смесей и малоинерционный детектор по теплопроводности (Патент РФ. №2302630 МПК G01N 30/02, опубл. 10 июля 2007 г.).Closest to the invention in terms of essential features is a capillary gas chromatograph for the analysis of organic and inorganic substances, containing a carrier gas source, two metering valves, a capillary column, a device for producing calibration mixtures and a low-inertia detector for thermal conductivity (RF Patent. No. 2302630 IPC G01N 30 / 02, published July 10, 2007).

Недостатком известного капиллярного газового хроматографа являются отсутствие в его описании конструктивных решений отдельных блоков и устройств, определяющих правильность и прецизионность измерения основных хроматографических характеристик, в том числе:A disadvantage of the known capillary gas chromatograph is the absence in its description of constructive solutions for individual units and devices that determine the accuracy and precision of the measurement of the main chromatographic characteristics, including:

- планарного микродозатора для прямого ввода пробы в капиллярные или микронасадочные колонки без деления потока;- a planar microdoser for direct injection of the sample into capillary or micropacking columns without dividing the flow;

- планарная микрохроматографическая колонка;- planar microchromatographic column;

- использование двухканальной системы анализа сложных смесей органических и неорганических веществ.- the use of a two-channel system for the analysis of complex mixtures of organic and inorganic substances.

Задачей изобретения является повышение правильности и прецизионности измерения основных хроматографических характеристик.The objective of the invention is to improve the accuracy and precision of the measurement of basic chromatographic characteristics.

Эта задача решается за счет того, что в газовом микрохроматографе для анализа органических и неорганических веществ, содержащем источник газа-носителя, два дозирующих крана с фиксированными объемами доз, капиллярную колонку с малоинерционным детектором по теплопроводности на выходе, переключающий кран и устройство получения градуировочных смесей, дополнительно содержится планарная микрохроматографическая колонка, выполненная на плоской пластине, например, из алюминия методом лазерной абляции с микротермохимическим детектором на выходе, который имеет два термочувствительных элемента в виде платиновых нитей, включенных в мостовую схему измерения и размещенных в одной проточной камере, а рабочая нить покрыта тонкой пленкой катализатора процесса окисления органических соединений, причем вход каждой колонки соединен с выходом одного из дозирующих кранов, выполненных вместе с дозами на плоских алюминиевых пластинах методом микрофрезерования для прямого ввода пробы без деления потока, а устройство получения градуировочных смесей содержит термостатируемую трубчатую проточную систему, заполненную зернистым сорбентом, состоящую из трех последовательно соединенных секций с одинаковыми размерами, первая из которых соединяется с источником газа-носителя и имеет больший процент пропитки твердого носителя малолетучей жидкостью по сравнению с последующими, третья секция с помощью переключающего крана подключается на вход дозирующих кранов вместо линии анализируемой смеси.This problem is solved due to the fact that in a gas microchromatograph for the analysis of organic and inorganic substances containing a source of carrier gas, two metering valves with fixed volumes of doses, a capillary column with a low-inertia detector for thermal conductivity at the outlet, a switch valve and a device for producing calibration mixtures, additionally contains a planar microchromatographic column made on a flat plate, for example, of aluminum by laser ablation with a microthermochemical detector on a course that has two heat-sensitive elements in the form of platinum threads included in the bridge measurement circuit and placed in one flow chamber, and the working thread is covered with a thin film of a catalyst for the oxidation of organic compounds, the input of each column being connected to the outlet of one of the metering valves made together with doses on flat aluminum plates by microfilling for direct injection of the sample without dividing the flow, and the device for producing calibration mixtures contains a thermostatically controlled tubular a flow system filled with a granular sorbent, consisting of three successively connected sections with the same dimensions, the first of which is connected to a carrier gas source and has a higher percentage of impregnation of a solid carrier with a low-volatile liquid compared to the subsequent ones, the third section is connected to the input using a switching tap dosing valves instead of the line of the analyzed mixture.

При решении поставленной задачи создается технический результат, который заключается в следующем:When solving this problem, a technical result is created, which consists in the following:

1. Использование в предлагаемом газовом микрохроматографе нового устройства для получения градуировочных смесей позволило получать более пяти многокомпонентных смесей с различными концентрациями анализируемых компонентов для построения градуировочных характеристик вместо двух смесей в прототипе, что обеспечило повышение правильности измерения концентраций анализируемых компонентов.1. The use in the proposed gas microchromatograph of a new device for producing calibration mixtures made it possible to obtain more than five multicomponent mixtures with different concentrations of the analyzed components to build calibration characteristics instead of two mixtures in the prototype, which increased the accuracy of measuring the concentrations of the analyzed components.

2. Выполнение дозирующих кранов с фиксированным объемами доз на плоских пластинах методом микрофрезерования для прямого ввода пробы в капиллярные и микронасадочные колонки без деления потока позволяет повысить прецизионность измерения высоты и площади хроматографических пиков.2. The implementation of metering valves with a fixed volume of doses on flat plates by microfilling for direct injection of the sample into capillary and micro-nozzle columns without dividing the flow can improve the precision of measuring the height and area of chromatographic peaks.

3. Изготовление планарной микрохроматографической колонки на плоской пластине методом лазерной абляции повышает прецизионность измерения времени удерживания, фактора разделения, высоты эквивалентной теоретической тарелки и других хроматографических характеристик.3. The manufacture of a planar microchromatographic column on a flat plate by laser ablation increases the precision of measuring retention time, separation factor, height of the equivalent theoretical plate and other chromatographic characteristics.

4. Использование микротермохимического детектора для анализа органических веществ позволяет значительно уменьшить погрешность измерения концентрации анализируемых компонентов при изменении параметров хроматографического процесса, таких как температура окружающей среды, температура платиновых нитей и камеры детектора, температура потока газа, поступающего в детектор из колонки, расход газа-носителя на выходе колонки, напряжение электрического питания измерительного моста детектора и др.4. The use of a microthermochemical detector for the analysis of organic substances can significantly reduce the error in measuring the concentration of the analyzed components when changing the parameters of the chromatographic process, such as ambient temperature, temperature of platinum filaments and detector chambers, temperature of the gas flow entering the detector from the column, carrier gas flow at the output of the column, the voltage of the power supply of the measuring bridge of the detector, etc.

Изобретение поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

На чертеже схематически изображен газовый микрохроматограф для анализа органических и неорганических веществ, который содержит источник газов-носителей 1: гелий для канала с малоинерционным детектором МДТП 7 и воздух для канала с микротермохимическим детектором МДТХ 9, два термостатируемых микродозирующих крана 2 и 3, выполненных на плоских пластинах методом микрофрезерования вместе с фиксированными дозами 4 и 5 объемом по 50 мкл, капиллярную колонку 6 для анализа неорганических компонентов пробы с малоинерционным детектором МДТП 7, выполненным согласно патенту РФ №2266534 от 20 декабря 2005 г., термостатируемую планарную микрохроматографическую колонку 8 с микротермохимическим детектором МДТХ 9 для анализа органических компонентов пробы, термостатируемое устройство получения градуировочных смесей 10, состоящее из секций 12, 13 и 14, выполненное по патенту РФ №2324173 от 10 мая 2008 г. и переключающий кран 11.The drawing schematically shows a gas microchromatograph for the analysis of organic and inorganic substances, which contains a source of carrier gases 1: helium for a channel with a low-inertia detector МДТП 7 and air for a channel with a microthermochemical detector МДТХ 9, two thermostatically controlled microdosing taps 2 and 3, made on flat micro-milling plates together with fixed doses of 4 and 5 with a volume of 50 μl, capillary column 6 for the analysis of inorganic components of the sample with a low-inertia detector MDTP 7, execution According to RF patent No. 2266534 dated December 20, 2005, a thermostatically controlled planar microchromatographic column 8 with a microthermochemical detector МТТХ 9 for analysis of organic components of a sample, a thermostatically controlled device for producing calibration mixtures 10, consisting of sections 12, 13 and 14, made according to the RF patent № 2324173 dated May 10, 2008 and a switching crane 11.

Газовый микрохроматограф для анализа оргаOrganic gas microchromatograph

Анализируемая исследуемая смесь или градуировочная смесь из устройства 10 поступает в дозы 5 и 4 микродозаторов 3 и 2. Для переключения газовых потоков каждый микродозатор снабжен тремя пневмораспределителями с электроуправлением, которые устанавливаются на плоской пластине. Пневмораспределители имеют два рабочих положения «электроуправление включено» и «электроуправление выключено». The analyzed test mixture or calibration mixture from the device 10 is supplied to doses 5 and 4 of the microdosers 3 and 2. To switch the gas flows, each microdoser is equipped with three electrically controlled pneumatic valves that are mounted on a flat plate. Directional valves have two operating positions: “electric control on” and “electric control off”.

На чертеже схематически показано положения «набор» (электроуправление включено). При этом анализируемая или градуировочная смеси заполняют дозы 4 и 5 колонок 6 и 8 для хроматографического разделения, в результате чего детекторы 7 и 9 регистрируют хроматограммы анализируемых компонентов.The drawing schematically shows the position of the "set" (electric control included). In this case, the analyzed or calibration mixture is filled with doses 4 and 5 of columns 6 and 8 for chromatographic separation, as a result of which the detectors 7 and 9 record chromatograms of the analyzed components.

В качестве материала для создания микродозаторов 2 и 3 и планарной микрохроматографической колонки 8 был выбран алюминий в связи с инертностью его поверхности по отношению к исследуемым аналитам и простотой обработки при создании системы каналов на плоскости. Использование микроканалов на плоскости для создания газохроматографических колонок позволяет упростить процедуру заполнения колонок сорбентом и существенно снизить их стоимость. В качестве твердотельных термостатов выступают сами пластины. В качестве нагревателя используется полиимидная пленка с нанесенным на ее поверхность слоем хрома. Данная технология не только облегчает монтаж термостатируемых элементов хроматографа, но и приводит к существенному снижению энергопотребления прибора в целом.As the material for the creation of microdosers 2 and 3 and planar microchromatographic column 8, aluminum was chosen due to the inertness of its surface with respect to the analytes under study and the simplicity of processing when creating a channel system on the plane. The use of microchannels on the plane to create gas chromatographic columns allows us to simplify the procedure for filling the columns with sorbent and significantly reduce their cost. The plates themselves act as solid state thermostats. A polyimide film with a layer of chromium deposited on its surface is used as a heater. This technology not only facilitates the installation of thermostatically controlled chromatograph elements, but also leads to a significant reduction in the energy consumption of the device as a whole.

Устройство получения градуировочных смесей 10 работает следующим образом. Через проточную трубчатую систему при температуре 100°C пропускают анализируемую смесь до получения равновесных концентраций на входе и выходе системы или до «проскока», причем секция 12 содержит 40 мас.%, малолетучей жидкости сквалана на твердом носителе, а секции 13 и 14 по 30 мас.%, сквалана. Устанавливая различные рабочие температуры трубчатой проточной системы меньше, чем температура насыщения сорбента летучими компонентами, получают несколько градуировочных смесей с различными, по постоянными во времени, концентрациями этих компонентов, а использование в первой секции большего процента пропитки твердого носителя скваланом увеличивает временной интервал поддержания постоянных концентраций летучих компонентов в потоке инертного газа за счет подпитки второй и третьей секций трубчатой системы летучими компонентами из первой секции. Полученные градуировочные смеси дозируют в хроматограф вместо анализируемой смеси для построения градуировочной характеристики по каждому компоненту.A device for producing calibration mixtures 10 operates as follows. The analyzed mixture is passed through a flow tube system at a temperature of 100 ° C until equilibrium concentrations are obtained at the inlet and outlet of the system or until a “breakthrough” occurs, with section 12 containing 40 wt.%, Low-volatile squalane liquid on a solid support, and sections 13 and 14 of 30 wt.%, squalane. By setting the various operating temperatures of the tubular flow system lower than the saturation temperature of the sorbent with volatile components, several calibration mixtures with different, constant in time, concentrations of these components are obtained, and the use of a larger percentage of impregnation of the solid support with squalane in the first section increases the time interval for maintaining constant concentrations of volatile components components in the inert gas stream by feeding the second and third sections of the tubular system with volatile components from first section. The resulting calibration mixtures are metered into the chromatograph instead of the analyzed mixture to build a calibration characteristic for each component.

Предлагаемый газовый микрохроматограф содержит планарную микрохроматографическую колонку, заполненную нанодисперсным диоксидом кремния (Аэросил А-175), длина 2 м, сечение каналов 0,2×0,2 мм, температура колонки 40°C, газ-носитель - воздух, расход на выходе 2 см3/мин, детектор МДТХ сравнивали с известным хроматографом, в котором использовали коммерческую капиллярную колонку «GasPro» фирмы Agilent Technologies (30 м × 0,25 мм × 0,5 мкм), газ-носитель - гелий, расход на выходе 4 см3/мин, температура колонки 80°C, детектор МДТП. Данная колонка является признанным лидером среди мировых аналогов при анализе компонентов природного газа. В качестве объекта исследования использовали градировочную смесь легкокипящих алканов C2-C5 в гелии.The proposed gas microchromatograph contains a planar microchromatographic column filled with nanosized silica (Aerosil A-175), length 2 m, channel cross section 0.2 × 0.2 mm, column temperature 40 ° C, carrier gas — air, outlet flow rate 2 cm 3 / min, the MDTX detector was compared with a known chromatograph using a commercial GasPro capillary column from Agilent Technologies (30 m × 0.25 mm × 0.5 μm), the carrier gas was helium, and the outlet flow rate was 4 cm 3 / min, column temperature 80 ° C, MDTP detector. This column is a recognized leader among world analogues in the analysis of natural gas components. A grading mixture of low-boiling C 2 -C 5 alkanes in helium was used as an object of study.

По результатам экспериментов рассчитывали:According to the results of the experiments were calculated:

- Правильность измерения концентрации анализируемых компонентов, δi, %- The correct measurement of the concentration of the analyzed components, δ i ,%

Figure 00000001
Figure 00000001

где Ci,исх - исходная концентрация i-го компонента в пробе; Ci,изм - измеренная концентрация i-го компонента.where C i, ref is the initial concentration of the i-th component in the sample; C i , ISM is the measured concentration of the i-th component.

- Фактор разделения α двух соседних компонентов- The separation factor α of two adjacent components

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
и
Figure 00000004
- приведенные времена удерживания соседних сорбатов с меньшим и большим временем удерживания соответственно.Where
Figure 00000003
and
Figure 00000004
- reduced retention times of neighboring sorbates with shorter and longer retention times, respectively.

- Среднеквадратичное отклонение (СКО) площади хроматографического пика, S A i

Figure 00000005
, %.- The standard deviation (RMS) of the area of the chromatographic peak, S A i
Figure 00000005
,%.

Figure 00000006
Figure 00000006

где Ai - площадь i-го компонента в выборке; n - число измерений, n=10;

Figure 00000007
- среднеарифметическое значение площади.where A i is the area of the i-th component in the sample; n is the number of measurements, n = 10;
Figure 00000007
- arithmetic mean value of the area.

- Среднеквадратичное отклонение времени удерживания S t i

Figure 00000008
, %.- The standard deviation of the retention time S t i
Figure 00000008
,%.

Figure 00000009
Figure 00000009

где t R i

Figure 00000010
- время удерживания i-го компонента в выборке; n=10 - число измерений; t ¯ R i
Figure 00000011
- среднее арифметическое значение времени удерживания.Where t R i
Figure 00000010
- retention time of the i-th component in the sample; n = 10 is the number of measurements; t ¯ R i
Figure 00000011
is the arithmetic mean of the retention time.

Результаты экспериментов сведены в таблицу «Сравнительные данные экспериментальной проверки известного и предлагаемого хроматографов».

Figure 00000012
The experimental results are summarized in the table "Comparative data of the experimental verification of the known and proposed chromatographs."
Figure 00000012

Как видно из приведенных в таблице данных, правильность измерения концентрации анализируемых компонентов в среднем в два раза лучше, чем известного хроматографа, что связано с использованием нового устройства для получения градуировочных смесей и построением градуировочных характеристик хроматографа по каждому компоненту анализируемой смеси.As can be seen from the data in the table, the accuracy of measuring the concentration of the analyzed components is on average twice as good as the known chromatograph, which is due to the use of a new device for producing calibration mixtures and the construction of calibration characteristics of the chromatograph for each component of the analyzed mixture.

При оценке прецизионности измерения для известных газовых хроматографов, оборудованных краном дозатором, было принято значение СКО по величинам площадей пиков и времени удерживания не более 2,0%, которые записаны в нормативно-технической документации. Измеренные значения S A i

Figure 00000005
и S t i
Figure 00000008
для предлагаемого хроматографа в пять раз лучше этих предельных значений. Прецизионность предлагаемого хроматографа повысилась за счет изготовления микродозаторов и микрохроматографических колонок на плоских пластинах, а также использования микротермохимического детектора МДТХ, обеспечивающего уменьшение влияния различных параметров хроматографического процесса на результаты измерения.When assessing the precision of measurements for known gas chromatographs equipped with a metering valve, the standard deviation was taken from the values of the peak areas and the retention time of not more than 2.0%, which are recorded in the normative and technical documentation. Measured values S A i
Figure 00000005
and S t i
Figure 00000008
for the proposed chromatograph is five times better than these limit values. The precision of the proposed chromatograph has increased due to the manufacture of microdosers and microchromatographic columns on flat plates, as well as the use of a microthermochemical detector MDTX, which reduces the influence of various parameters of the chromatographic process on the measurement results.

Использование предлагаемого газового микрохроматографа для анализа органических и неорганических веществ будет способствовать созданию метрологически обеспеченных методик выполнения хроматографических измерений для реализации конкретных (целевых) аналитических задач, включая экспрессные методы анализа с короткими микронасадочными колонками различных технологических объектов и анализы в полевых условиях с переносной конфигурацией прибора.The use of the proposed gas microchromatograph for the analysis of organic and inorganic substances will contribute to the creation of metrologically sound chromatographic measurement techniques for the implementation of specific (target) analytical tasks, including rapid analysis methods with short micropackered columns of various technological objects and field analyzes with portable instrument configuration.

Claims (1)

Газовый микрохроматограф для анализа органических и неорганических веществ, содержащий источник газа-носителя, два дозирующих крана с фиксированными объемами доз, капиллярную колонку с малоинерционным детектором по теплопроводности на входе, переключающий кран и устройство получения градуировочных смесей, отличающийся тем, что дополнительно содержит планарную микрохроматографическую колонку, выполненную на плоской пластине, например, из алюминия методом лазерной абляции с микротермохимическим детектором на выходе, который имеет два термочувствительных элемента в виде платиновых нитей, включенных в мостовую измерительную схему и размещенных в одной проточной камере, а рабочая нить покрыта тонкой пленкой катализатора процесса окисления органических соединений, причем вход каждой колонки соединен с выходом одного из дозирующих кранов, выполненных вместе с дозами на плоских алюминиевых пластинах методом микрофрезерования для прямого ввода пробы без деления потока, а устройство получения градуированных смесей содержит термостатируемую трубчатую проточную систему, заполненную зернистым сорбентом, состоящую из трех последовательно соединенных секций с одинаковыми размерами, первая их которых соединяется с источником газа-носителя, а третья секция с помощью переключающего крана подключается на вход микродозаторов вместо линии анализируемой смеси. A gas microchromatograph for analyzing organic and inorganic substances, containing a carrier gas source, two metering taps with fixed dose volumes, a capillary column with a low-inertia detector for thermal conductivity at the inlet, a switching tap and a device for producing calibration mixtures, characterized in that it further comprises a planar microchromatographic column made on a flat plate, for example, from aluminum by laser ablation with a microthermochemical detector at the output, which has thermally sensitive elements in the form of platinum threads included in the bridge measuring circuit and placed in one flow chamber, and the working thread is covered with a thin film of a catalyst for the oxidation of organic compounds, the input of each column being connected to the outlet of one of the metering valves, made together with doses on flat micron-milling aluminum plates for direct injection of the sample without dividing the flow, and the device for producing graduated mixtures contains a thermostatically controlled tubular flow system mu filled with granular sorbent consisting of three series-connected sections with the same dimensions, the first of which is connected to a source of carrier gas, and a third section by the switching tap connected to the input line instead microdispensers mixture being analyzed.
RU2014140645/28A 2014-10-07 2014-10-07 Gas microchromatograph for analysis of organic and inorganic substances RU2571451C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014140645/28A RU2571451C1 (en) 2014-10-07 2014-10-07 Gas microchromatograph for analysis of organic and inorganic substances
DE102015109743.5A DE102015109743A1 (en) 2014-10-07 2015-06-18 GAS MICROCHROMATOGRAPH FOR THE ANALYSIS OF ORGANIC AND INORGANIC MATERIALS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014140645/28A RU2571451C1 (en) 2014-10-07 2014-10-07 Gas microchromatograph for analysis of organic and inorganic substances

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2571451C1 true RU2571451C1 (en) 2015-12-20

Family

ID=54871361

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014140645/28A RU2571451C1 (en) 2014-10-07 2014-10-07 Gas microchromatograph for analysis of organic and inorganic substances

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015109743A1 (en)
RU (1) RU2571451C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU188897U1 (en) * 2019-01-22 2019-04-29 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Planar metal heater for microchromatographic columns
RU2691666C1 (en) * 2018-07-13 2019-06-17 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Microchromograph with binary columns on plane

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2302630C1 (en) * 2006-01-10 2007-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет" Capillary gas chromatograph for analyzing organic and inorganic substances
US20120085148A1 (en) * 2010-10-06 2012-04-12 Aviv Amirav Fast gas chromatograph method and device for analyzing a sample
RU2011130025A (en) * 2011-07-19 2013-01-27 Николай Александрович Пасмурнов UNIVERSAL CHEMICAL ANALYSIS SYSTEM FOR GAS CHROMATOGRAPHY (USHA-GC), DEVICE CRANE-DOSER AND GAS DENSITY DETECTOR
CN103558313A (en) * 2013-11-15 2014-02-05 国家电网公司 Gas chromatography determination device for sulfur hexafluoride decomposition products

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2266534C2 (en) 2004-02-02 2005-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет" Thermal conductivity detector for gas chromatography
RU2324173C1 (en) 2006-08-07 2008-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет" Method of reception of calibration mixes of volatile components and device for its realisation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2302630C1 (en) * 2006-01-10 2007-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет" Capillary gas chromatograph for analyzing organic and inorganic substances
US20120085148A1 (en) * 2010-10-06 2012-04-12 Aviv Amirav Fast gas chromatograph method and device for analyzing a sample
RU2011130025A (en) * 2011-07-19 2013-01-27 Николай Александрович Пасмурнов UNIVERSAL CHEMICAL ANALYSIS SYSTEM FOR GAS CHROMATOGRAPHY (USHA-GC), DEVICE CRANE-DOSER AND GAS DENSITY DETECTOR
CN103558313A (en) * 2013-11-15 2014-02-05 国家电网公司 Gas chromatography determination device for sulfur hexafluoride decomposition products

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691666C1 (en) * 2018-07-13 2019-06-17 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Microchromograph with binary columns on plane
RU188897U1 (en) * 2019-01-22 2019-04-29 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Planar metal heater for microchromatographic columns

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015109743A1 (en) 2016-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Belt-mounted micro-gas-chromatograph prototype for determining personal exposures to volatile-organic-compound mixture components
Collin et al. Microfabricated gas chromatograph for rapid, trace-level determinations of gas-phase explosive marker compounds
Akbar et al. Chip-scale gas chromatography: From injection through detection
US2875606A (en) Chromatography
Whiting et al. A portable, high-speed, vacuum-outlet GC vapor analyzer employing air as carrier gas and surface acoustic wave detection
Variyar et al. Fundamentals and theory of HPTLC-based separation
US20170189882A1 (en) Preconcentrator for absorbing/desorbing at least one component of gas
Azzouz et al. MEMS devices for miniaturized gas chromatography
Lorenzelli et al. Development of a gas chromatography silicon-based microsystem in clinical diagnostics
RU2571451C1 (en) Gas microchromatograph for analysis of organic and inorganic substances
Baur et al. Device for the detection of short trace gas pulses
Rizk et al. Fast sorption measurements of VOCs on building materials: Part 2–Comparison between FLEC and CLIMPAQ methods
RU2615053C1 (en) Multipurpose planar micro-chromatograph
Nieß et al. A miniaturized thermal desorption unit for chemical sensing below odor threshold
Alvarez et al. Characterisation and calibration of active sampling Solid Phase Microextraction applied to sensitive determination of gaseous carbonyls
Seo et al. Effect of thermal desorption kinetics on vapor injection peak irregularities by a microscale gas chromatography preconcentrator
RU2634077C2 (en) Planary microdoser for gas chromatography
RU2302630C1 (en) Capillary gas chromatograph for analyzing organic and inorganic substances
RU2660392C1 (en) Planar microdoser with changing fixed amount of analyzed gas in dose
Merritt et al. Process Gas Chromatograph with Ultraviolet Detector.
WO2001067095A1 (en) Method and apparatus for rapid screening of volatiles
Rizk-Bigourd et al. Development and Integration of an Ultraminiaturized Gas Chromatograph Prototype Based on Lab-on-a-Chip Microelectromechanical Systems for Space Exploration Missions
Ji et al. Built-in Chamber-Coupled Electronic Pressure Control of Ambient Air as the Carrier Gas for a Cylinder-Free Portable Gas Chromatograph
Mayer et al. A versatile and compact reference gas generator for calibration of ion mobility spectrometers
Manurkar Modular gc: A fully integrated micro gas chromatography system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171008