Агрегатный комплекс средств аналитической техники

В настоящее время автоматические анализаторы качества выпускаются в рамках государственной системы приборов (см. гл. 2) в виде отдельных средств измерений и в составе агрегатного комплекса средств аналитической техники (АСАТ). Последний представляет собой систему агрегатных комплексов (называемых подкомплексами АСАТ) средств измерений химического состава, построенных на основе определенного для каждого подкомплексами принципа измерений. Для анализа жидкостей определены следующие подкомплексы АСАТ 12]: фотометрический, кондуктометрический, потенциометрический, полярографический, хроматографический, акустический, диэлектрический, а для. анализа газов – следующие подкомплексы АСАТ: хроматографический, рентгеновский, акустический, диэлектрический, тепловой, магнитный. Примерный состав подкомплексов АСАТ показан на рис. 9.5.

Функциональное назначение устройств, входящих в подкомплексы АСАТ, следующее. Устройство формирования пробы служит для;: отбора анализируемого вещества, его предварительной подготовки (очистки, охлаждения или нагревания и т. п.), принудительной подачи со стабилизированными параметрами (давлением и расходом) в последующее устройство.

Устройство воздействия служит для подвода к анализируемому веществу энергии (тепловой, магнитной, электрической и т. д.) и для стабилизации или изменения значения этой энергии во времени.

Устройство получения информации служит для выполнения измерений по принятому принципу и формирования сигнала измерительной информации. Назначение остальных устройств следует из их названий, приведенных на рис. 9.5.

Устройства формирования пробы, устройства воздействия и устройства получения информации являются устройствами, специфическими для средств измерений химического состава, и полностью разрабатываются в составе АСАТ. Остальные устройства подкомплексов АСАТ заимствуются, как правило, из других агрегатных комплексов ГСП. Изделия подкомплексов АСАТ помимо прямого назначения могут совместно использоваться для построения многопараметрических (см. гл. 12) измерительных систем.

 

Тема 13. Хроматография (2 часа).

Хроматографические методы анализа. Автоматические анализаторы газов и жидкостей. Обработка измерительной информации.

 

 

§ 12.3. Хроматографические методы и средства автоматического анализа состава ([1], Глава 12)

 

Хроматография (от греч. croma (cromatos) - цвет и grapho - пишу, т. е. " запись цвета" или " цветопись" ) - физический метод разделения многокомпонентных смесей, при котором компоненты смеси в процессе разделения распределяются между двумя фазами, одной из которых является неподвижный слой с большой поверхностью, а другой – поток, фильтрующийся через неподвижный слой. Разделение компонентов при этом происходит за счет различия их скоростей движения через неподвижный слой, связанного с различной сорбируемостью компонентов этим слоем.

В настоящее время хроматография является наиболее универсальным методом разделения многокомпонентных смесей веществ самой различной природы (металлов, жидкостей, газов, биологических сред и т. д.). Как метод разделения хроматография находит применение в технологических процессах. Наиболее успешное ее применение связано с задачами анализа состава многокомпонентных смесей.

Явление хроматографического разделения многокомпонентных смесей было открыто в 1903 г. русским ученым-ботаником М. С. Цветом при исследованиях состава хлорофилла. Он обнаружил возможность отделения с помощью адсорбентов зеленой части хлорофилловых пигментов листьев (хлорофиллинов) от желтой (ксантофнллинов). Образовавшиеся в опытах М. С. Цвета в пробирке полосы, окрашенные в различные цвета, послужили основанием для введения термина " хроматография", который как бы ограничивает возможности использования этого метода для исследований окрашенных веществ. Однако М. С. Цвет высказал предположение, что хроматографический метод применим и для бесцветных веществ.

Он же разработал несколько вариантов хроматографического разделения.

Важность работ М. С. Цвета не была осознана, она была предана забвению, и лишь в 30-е годы начался новый период развития хроматографии, характеризующийся созданием разнообразной аппаратуры для технологического и особенно аналитического применения и проникновением хроматографии во все новые области науки и техники. Трудно сейчас назвать отрасль науки и техники, где не использовалась бы хроматография. Одним из наиболее перспективных является применение хроматографии для контроля и управления химико-технологическими процессами нефтехимической, химической, пищевой, нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей и других отраслей промышленности.

В настоящее время разработано большое число хроматографических методов разделения. Их реализация осуществляется путем применения различных явлений для разделения компонентов (адсорбция, растворение в нелетучих жидкостях, образование нерастворимых соединений за счет химических реакций и т. д.), использование различного агрегатного состояния подвижной и неподвижной фаз и разнообразных способов подачи анализируемой смеси в неподвижную и подвижную фазы.

Для автоматического анализа состава непосредственно на потоках химико-технологических процессов в настоящее время применяются хроматографические анализаторы, реализующие так называемый проявительный (элюентный) колоночный метод хроматографического анализа [27]. Сущность хроматографического метода разделения многокомпонентных смесей состоит в следующем: через колонку 1 (рис. 12.4, а), наполненную неподвижной фазой 2, непрерывно прокачивается подвижная фаза 3, которую называют веществом-носителем или элюентом.

Неподвижной фазой служит порошкообразный адсорбент или твердый носитель, покрытый жидкостью. В качестве подвижной фазы используются различные газы (газы-носители) или жидкости (жидкости-носители).

В зависимости от типа неподвижной фазы и агрегатного состояния подвижной фазы различают следующие разновидности хроматографнческого проявительного анализа:

газо-адсорбциоиный (подвижная фаза – газ, неподвижная фаза – адсорбент);

газо-жидкостный (подвижная фаза – газ, неподвижная фаза – твердый адсорбент, покрытый жидкостью);

жидкостно-адсорбционный (подвижная фаза – жидкость, неподвижная фаза – адсорбент);

жидкостно-жидкостный (подвижная фаза – жидкость, неподвижная фаза – твердый носитель, покрытый жидкостью).

Когда подвижной фазой служит газ, разделяемая смесь вводится в колонку в газообразном состоянии, а когда подвижной фазой служит жидкость - в жидком состоянии.

Последовательность разделения многокомпонентный смеси при проявительном хроматографическом анализе можно проследить по рис, 12.4, б-д на примере разделения смеси из трех компонентов А, В и С. Проба этой смеси вводится в колонку (рис. 12.4, б), через которую непрерывно прокачивается подвижная фаза (для упрощения изображения на рис. 12.4, б-д неподвижная фаза, заполняющая колонку, не показана). В колонке вследствие взаимодействия неподвижной фазы с молекулами компонентов А, В и С последние приобретают различные скорости движения, меньшие, чем скорость движения подвижной фазы.

Взаимодействие компонентов с неподвижной фазой выражается в многократном повторении процессов сорбции (адсорбции или абсорбции) молекул указанных компонентов неподвижной фазой и их десорбции потоком подвижной фазы. Если компоненты обладают различной сорбируемостью в неподвижной фазе, что определяет различие в скоростях их движения, то по мере продвижения по колонке они будут постепенно разделяться. Так, на рис. 12.4, в показано типичное разделение компонентов А, В и С, а на рис. 12.4, г видно, что при частичном разделении компонентов В и С произошло полное отделение компонента А. При соответствующем выборе длины колонки, типа неподвижной и подвижной фаз можно добиться полного разделения компонентов А, В и С (рис. 12.4, д). Таким образом, при проявительном хроматографнческом анализе в колонке образуются зоны бинарных смесей компонента с подвижной фазой, разделенные зонами чистой подвижной фазы. При дальнейшем перемещении образовавшихся полос подвижной фазой эти полосы последовательно выводятся из колонки.

Для явлений адсорбции (взаимодействие электрического поля твердого вещества с молекулами жидкостей и газов) и абсорбции (растворение молекул газов и жидкостей в жидкости-сорбенте) характерно то, что с увеличением молекулярной массы в пределах гомологических рядов сорбируемость веществ увеличивается. Поэтому при проявительном хроматографнческом анализе во времени из колонки компоненты будут выходить в порядке возрастания молекулярных масс.

Скорость движения i-го компонента W_i по колонке описывается в первом приближении выражением

(12.18)

где R_i - коэффициент удерживания, определяемый как доля от общего количества i -го компонента, находящаяся в подвижной фазе; W_в-н – скорость вещества-носителя.

Коэффициент R_i зависит от природы компонента, неподвижной и подвижной фаз, молекулярной массы компонента, температуры и давления колонки. Он характеризует сорбируемость компонента на данной неподвижной фазе.

Время движения компонента по хроматографнческой колонке принято называть временем удерживания. Приближенное время удерживания некоторого i-го компонента

(12.19)

где L - длина хроматографнческой колонки.

При движении компонентов разделяемой смеси по хроматографической колонке одновременно с процессом его разделения происходит диффузия молекул компонентов. Она протекает как в подвижной фазе, так и на поверхности неподвижной фазы. Это явление вызывает размывание полос отдельных компонентов. Причем на выходе колонки концентрация молекул каждого из компонентов в подвижной фазе обычно оказывается распределенной по закону, близкому к нормальному (см. рис. 1.8, а).

В хроматографических анализаторах в общем случае процесс разделения многокомпонентной смеси сочетается с каким-либо процессом измерения количества разделенных компонентов.

Таким образом, принцип действия хроматографических автоматических анализаторов состоит в разделении пробы многокомпонентной анализируемой смеси проявительным хроматографическим методом и в непрерывном измерении какого-либо физико-химического свойства потока, выходящего из хроматографической колонки.

Измерение физико-химического свойства потока, вытекающего из хроматографической колонки, позволяет, как будет показано, определять количества отдельных компонентов и их концентрации в многокомпонентной анализируемой смеси.

В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы хроматографические анализаторы (хроматографы) разделяют на газовые (подвижная фаза – газ) и жидкостные (подвижная фаза – жидкость).

Автоматические газовые хроматографические анализаторы. На рис. 12.5 показана функциональная схема автоматического газового хроматографа, который способен осуществлять анализ газообразных и жидких многокомпонентных смесей путем разделения их газо-адсорбционным или газожидкостным хроматографическим проявительным методом (см. выше).

Основными блоками автоматического газового хроматографа являются: блок подготовки газов и анализируемого вещества 1, аналитическое устройство 5, масштабирующий измерительный преобразователь 8 сигнала детектора, устройство обработки измерительной информации 9, самопишущий прибор 10 и устройство управления 12.

Блок подготовки 1 содержит узел очистки и стабилизации параметров (обычно давления и расхода) газа-носителя 2, аналогичные узлы для анализируемого вещества 3 и вспомогательного газа (газов) 4.

В аналитическом устройстве 5, температура которого автоматически стабилизируется, размещаются дозатор газа или жидкости 14, испаритель 15, хроматографическая колонка 6, дифференциальный детектор 7 (детектором в хроматографе называют первичный преобразователь, на который воздействует физико-химическое свойство потока газов), змеевики 13 для стабилизации температуры потоков газа-носителя, трубка 11, вместо которой иногда используется сравнительная (или дополнительная) хроматографическая колонка.

Управляющее устройство 12 осуществляет согласование во времени работы всех блоков хроматографа (на упрощенном рис. 12.5 связи этого устройства с остальными блоками хроматографа не показаны), а также автоматическое регулирование температуры аналитического устройства.

Блок подготовки и аналитическое устройство располагаются обычно около точки отбора анализируемого вещества, а остальные блоки размещаются в операторной. Автоматический газовый хроматографический анализатор является устройством циклического действия и имеет два режима работы " Подготовка" и " Анализ".

В обоих режимах к аналитическому устройству из блока подготовки непрерывно подводятся газ-носитель, анализируемое вещество и вспомогательный газ (этот газ бывает необходим для обеспечения работы некоторых типов детекторов. В режиме " Подготовка" через дозатор 14, испаритель 15 и хроматографическую колонку 6 и трубку 11 прокачивается газ-носитель. При этом дозатор 14 по сигналу устройства управления 12 переключен в режим отбора пробы анализируемого вещества. Режим " Подготовка" обычно длится 1-2 мин, затем по сигналу устройства управления 12 дозатор 14 переключается в положение, соответствующее режиму работы хроматографа " Анализ". При этом переключении происходит отбор пробы анализируемого вещества. Отобранная проба, всегда постоянная по объему, транспортируется газом-носителем к хроматографической колонке 6. Если анализируемое вещество является жидким, то оно испаряется в испарителе 15, а затем поступает в хроматографическую колонку, где происходит разделение анализируемого многокомпонентного вещества на компоненты, которые поочередно потоком газа-носителя вымываются из колонки и транспортируются в измерительную камеру дифференциального детектора. В сравнительную камеру этого детектора все время поступает поток газа-носителя по трубке 11. Детектор непрерывно измеряет какое-либо физико-химическое свойство потока. При протекании через измерительную и сравнительную камеры детектора газа-носителя на выходе его формируется (рис. 12.6, а) некоторое начальное значение сигнала U₀ (с помощью корректирующих устройств это значение автоматически устанавливается равным нулю). При поступлении в измерительную камеру детектора компонента, имеющего физико-химическое свойство, отличное от (физико-химического свойства газа-носителя, сигнал детектора изменяется в зависимости от концентрации этого компонента в газе-носителе и его физико-химического свойства (рис. 12.6, а). В каждый момент времени изменение сигнала любого дифференциального детектора описывается выражением [22]:

(12.20)

где - текущее значение сигнала детектора; k_п - коэффициент преобразования детектора но физико-химическому свойству; и - физико-химическое свойство или комбинация свойств i-го компонента и газа-носителя, к которому чувствителен детектор.

Изменение сигнала детектора во времени при выходе из хроматографической колонки каждого из компонентов имеет форму пика, близкую к форме кривой нормального распределения.

Последовательность сигналов детектора на 1, 2, ..., i, ..., n компоненты образует так называемую хроматограмму (рис. 12.6, а), которая обычно регистрируется на диаграммной ленте самопишущего прибора.

Каждому компоненту при постоянных условиях работы анализатора (постоянный расход и давление газа-носителя, температура аналитического устройства и др.) соответствует вполне определенное время удерживания , значение которого предварительно определяется при настройке автоматического хроматографического анализатора.

Для определения концентрации любого компонента в анализируемой смеси используется информация о максимальном изменении значения сигнала (высота пика) или площади сигнала этого компонента (рис. 12.6, а), которые, как будет показано ниже, однозначно определяются концентрацией компонентов в анализируемой многокомпонентной смеси. Сигнал детектора поступает на вход измерительного преобразователя 8, который формирует на своем выходе унифицированный сигнал (электрический или пневматический), пропорциональный сигналу детектора. Вычислительное устройство 9 осуществляет определение высоты или площади пика (в зависимости от конструкции устройства) и запоминает определенные значения на один цикл работы хроматографического анализатора. Поэтому выходной сигнал вычислительного устройства изменяется ступенчато (рис. 12.6, б). Этот сигнал поступает на выход анализатора и регистрируется в виде ступенчатой кривой (для одного из компонентов) самопишущим прибором 10.

После того как хроматографическую колонку покинет последний из компонентов анализируемой смеси, цикл работы хроматографического анализатора заканчивается. По сигналам устройства управления 12 он опять переводится в режим работы " Подготовка". В последующих циклах все рассмотренные операции повторяются.

В зависимости от назначения автоматического хроматографического анализатора в нем могут использоваться различные по конструкции колонки, дозаторы и детекторы.

Колонки. Наиболее распространенные конструкции хроматографическнх колонок показаны на рис. 12.7. Они бывают прямыми (рис. 12.7, а), U-образными (рис. 12.7, б), U-образными, специальными (рис. 12.7, в) и спиральными (рис. 12.7, г). Колонки представляют собой трубки из нержавеющей стали, меди или стекла внутренним диаметром 2-6 мм и длиной 0, 5-20 м. Форму колонок выбирают из конструктивных соображений компактности, удобства монтажа или замены и т. д.

В качестве неподвижной фазы в хроматографичсских колонках газовых хроматографов используются адсорбенты: активированный уголь, молекулярные сита (искусственные цеолиты), силикагель (оксид кремния), алюмогель (оксид алюминия) и ряд других, или абсорбенты – высококипящие углеводороды (специальные жидкости), нанесенные на поверхность малоактивного адсорбента (носителя). Адсорбенты или носители имеют форму гранул со средним диаметром 0, 1-0, 5 мм.

Дозаторы. В современных промышленных автоматических хроматографах находят применение в основном дозаторы золотникового типа (рис. 12.8). Такие дозаторы состоят из неподвижных металлических пластин 3 и 5 и подвижной пластины (золотника) 4, изготовленной из специального материала (фторопласта, смеси фторопласта с ситаллом, смеси фторопласта с углеродом и др.). Перемещение подвижной пластины 4 осуществляется с помощью мембранного привода 1, соединенного с подвижной пластиной штоком 2. Мембранный привод управляется пневматическими сигналами Р₁ и Р₂. Последние поступают от электропневматических преобразователей, которые в свою очередь получают электрические сигналы от устройства управления 12 (см. рис. 12.5). С помощью привода пластине 4 придается два возможных положения в зависимости от значений давлений Р₁ и Р₂. На рис. 12.8 подвижные пластины дозаторов находятся в крайнем правом положении. В этом положении дозируемый объем анализируемого вещества потоком газа-носителя выдавливается в колонку. Такое состояние дозатора соответствует режиму работы хроматографа " Анализ". В крайнем левом положении пластины 4 дозируемый объем 6 промывается потоком анализируемого вещества. Такое состояние дозатора соответствует режиму работы хроматографа " Подготовка". Дозатор, представленный на рис. 12.8, а, применяется обычно для дозирования жидких анализируемых веществ, дозатор, представленный на рис. 12.8, в, – для дозирования газообразных веществ. Последний снабжается съемным дозируемым объемом 6, что позволяет изменять объем пробы анализируемого вещества. Дозатор, представленный на рис. 12.8, б, может использоваться для дозирования жидкостей и малых объемов газов. Рассмотренный дозатор обеспечивает дозирование объемов от 10 ^-3 до 10 см³.

Детекторы. В качестве детекторов газовых хроматографов могут быть в принципе использованы чувствительные элементы или первичные измерительные преобразователи практически всех анализаторов физико-химических свойств и концентраций газов, рассмотренных в гл. 10 и 11. При использовании их в хроматографе анализируемым газом служит газовый поток, выходящий из хроматографической колонки.

В современных автоматических хроматографичсских анализаторах для химико-технологических процессов используются следующие детекторы: термокондуктометрический (см. рис. 11.1), пламенный ионизационный (см. рис. 11.25, а), ионизационный аргоновый (см. рис. 11.10, а). При анализе полного состава многокомпонентных смесей находят применение так называемые равночувствительные детекторы [22].

Интерпретация информации. Результатом хроматографического анализа является хроматограмма (см. рис. 12.6), по которой в зависимости от решаемой задачи определяют либо концентрации всех компонентов смеси, либо концентрацию одного или нескольких ключевых компонентов.

Определение концентрации ключевых компонентов осуществляют но высоте или площади пиков исходя из следующих положений. В соответствии с моделью сигналя (12.20) дифференциального детектора для высоты высоты и площади пика i-го компонента имеем:

, (12.21)

, (12.22)

где – максимальное значение концентрации (i-го компонента в его полосе, выходящей из хроматографической колонки; и – моменты времени, соответствующие началу и окончанию выхода полосы i-го компонента из хроматографической колонки (см. рис. 12.6, а). При постоянных условиях работы анализатора интеграл однозначно связан с объемом V_i в паровой фазе i-го компонента, проходящего через детектор:

, (12.23)

где – постоянный коэффициент, обратно пропорциональный объемному расходу газа-носителя.

Величины и V_i при постоянном значении вводимой на анализ пробы анализируемого вещества однозначно связаны с концентрацией i-го компонента в анализируемой многокомпонентной смеси:

, (12.24)

, (12.25)

где k_a и k_v – постоянные коэффициенты; c_i – объемная концентрация i-го компонента в анализируемой смеси, определенная в газовой фазе.

Используя выражения (12.21), (12.24) и (12.22), (12.23) и (12.25), находим

, (12.26)

(12.27)

где ; – постоянные для i-го компонента при выбранных условиях работы анализатора коэффициенты.

Для каждого компонента в общем случае коэффициенты k_u и k_s определяются при градуировке хроматографнческого анализатора.

Рассмотренная интерпретация информации применяется при анализе газовых смесей.

При измерении газовым автоматическим хроматографом концентрации одного или нескольких ключевых компонентов в жидком анализируемом веществе из-за изменения плотности последнего размерность концентраций для удобства эксплуатации и градуировки целесообразно иметь следующей:

ед. массы определяемого компонента

ед. объема анализируемой смеси

 

Только при такой размерности концентрации коэффициенты в выражениях (12.26) и (12.27) будут постоянны.

Интерпретация информации при анализе полного состава многокомпонентной смеси обычно осуществляется по площадям пиков и базируется на использовании закона Амага:

, (12.28)

где V_см – объем смеси газов или паров (в данном случае это объем пробы анализируемого вещества в газообразном состоянии при некоторых постоянных условиях, например при нормальных). Объемная концентрация в газовой фазе любого компонента

. (12.29)

Используя выражения (12.22), (12.23) и (12.29), получим

. (12.30)

В практике выражению (12.30) придают вид

, (12.31)

где k_i - коэффициент относительной чувствительности детектора к i-му компоненту (поправочный коэффициент), учитывающий индивидуальное значение физико-химического свойства П_i этого компонента.

Коэффициенты k_i, предварительно определяют расчетным или экспериментальным путем, что является сложной и трудоемкой процедурой. Поэтому при анализе полного состава газовых смесей в промышленных хроматографах целесообразно применять равночувствительные детекторы. Для этих детекторов все коэффициенты k_i одинаковы и равны 1. Использование равночувствительных детекторов, которыми могут служить устройства, показанные на рис. 11.2, а; 11.3 [22], позволяет исключить указанные трудоемкие операции, а расчет концентраций осуществлять по формуле

. (12.32)

Значения концентраций с_i, могут быть определены по формулам (12.31) и (12.32) как при анализе состава газовых, так и жидких смесей. Причем при известных значениях плотностей паров компонентов жидкой смеси концентрации могут быть пересчитаны в массовые:

, (12.33)

где – плотность паров i-го компонента в нормальных условиях.

В настоящее время газовые хроматографы являются наиболее распространенным средством автоматического анализа состава газообразных и жидких многокомпонентных смесей. Время одного цикла работы хроматографа составляет от нескольких минут до одного часа и зависит от решаемой задачи. Относительная погрешность измерения концентрации каждого из компонентов составляет ±(2-5) %. Диапазон измерений концентрации от 10^-5-10^-2 до 100% (в зависимости от типа детектора). Температура аналитического устройства может стабилизироваться в диапазоне 40-300°С.

Автоматические жидкостные хроматографические анализаторы. Эти средства аналитической техники только начинают внедряться в практику автоматического контроля состава жидких сред на химико-технологических процессах.

Использование жидкостной хроматографии для анализа состава жидких многокомпонентных веществ имеет ряд преимуществ по сравнению с газовой при решении аналитических задач. Наиболее важные из них – отсутствие необходимости нагревания основных узлов хроматографа до высоких температур с целью предотвращения конденсации паров анализируемой жидкости; отсутствие деструкции высокомолекулярных жидких веществ; во многих случаях большая скорость анализа и эффективность разделения.

Схема автоматического жидкостного хроматографического анализатора показана на рис. 12.9. Функции основных блоков и узлов жидкостного хроматографа аналогичны функциям соответствующих блоков и узлов газового хроматографа (см. рис. 12.5). Отличие состоит в том, что в жидкостном хроматографе отсутствует испаритель жидкой пробы, а блок подготовки 1 анализируемого вещества и жидкости-носителя содержит: резервуар 2 для жидкости-носителя, насос 3 для подачи жидкости-носителя и узел 4 стабилизации параметров анализируемого вещества.

Последовательность работы жидкостного хроматографа идентична последовательности работы газового хроматографа. Аналогична работа всех остальных блоков и элементов, которые, начиная с поз. 5, имеют такую же нумерацию, как и на рис. 12.5.

В этих хроматографах обычно используются дозаторы золотникового тина и прямые колонки длиной до 1 м, заполненные сорбентом со средним диаметром фракций 5-50 мкм. В качестве детекторов в жидкостных хроматографах чаще других используют детекторы, основанные на поглощении электромагнитного излучения в ультрафиолетовой области (185-2500 им) и рефрактометрические детекторы. По принципу действия они аналогичны ультрафиолетовым адсорбционным анализаторам (см. гл. 11) и рефрактометрам (см. гл. 10). Отличие детекторов от названных анализаторов состоит в том, что кюветы детекторов имеют обычно меньший объем, который не превышает 10^-2 см³.

В некоторых случаях в жидкостных хроматографах используются кондуктометрические, диэлькометрические детекторы, детекторы теплоты сорбции. Принципы действия этих устройств аналогичны принципам работы соответствующих анализаторов (см. гл. 11).

Важной частью жидкостных хроматографов является узел подачи жидкости-носителя (растворителя). Ввиду того что колонки жидкостных хроматографов для увеличения эффективности разделения и скорости анализа заполняются очень мелкой фракцией сорбента, для прокачки жидкости-носителя через колонку необходимо создавать высокое давление 10-30 МПа (100-300 кгс/см²). Для этого используются миниатюрные плунжерные, диафрагменные, ротационные и другие насосы. Для сглаживания пульсаций, возникающих при подаче жидкости-носителя насосом, применяют поршневые или гидродинамические демпферы, по принципу действия аналогичные применяемым для промышленных насосов.

Метрологические характеристики жидкостных хроматографических анализаторов близки к приведенным выше характеристикам газовых хроматографов.

Устройства обработки измерительной информации для хроматографических анализаторов. При использовании автоматического хроматографического анализатора для анализа полного состава газообразных и жидких многокомпонентных смесей обработка информации обычно осуществляется с помощью средств цифровой вычислительной техники, подключаемых к хроматографу через устройства сопряжения. В случае применения хроматографа для измерения концентрации ключевого компонента (компонентов) хроматограф снабжают аналоговым вычислительным устройством, которое определяет высоту пика этого компонента. Как показано выше, эта высота несет информацию о концентрации компонента в анализируемой смеси. Названные вычислительные устройства реализуются на аналоговых элементах электронной техники или пневмоавтоматики. При этом как электронные, так и пневматические вычислительные устройства строятся по одним и тем же принципиальным схемам (рис. 12.10). В автоматических хроматографических анализаторах (см. рис. 12.5 и 12.9) сигнал детектора измерительным преобразователем Д преобразуется в унифицированный электрический или пневматический сигнал (в случае преобразования в пневматический сигнал дополнительно используется электропневматический преобразователь). Этот сигнал С_вх является входным для аналогового вычислительного устройства.

Когда начальный уровень выходного сигнала U₀ (см. рис. 12.6, а) детектора остается постоянным от цикла к циклу или в хроматографе предусмотрено устройство корректировки этого уровня, для обработки информации применяется вычислительное устроиство, схема которого показана на рис. 12.10, а.

Оно содержит устройство 1 запоминания максимального значения сигнала Свх и устройство 2 запоминания аналогового сигнала, работа которых во времени согласуется командами, поступающими от устройства управления 3 хроматографического анализатора. Начальный уровень сигнала С_вх0 пропорциональный Uо, принимается для вычислительного устройства за условный нуль или устанавливается с помощью корректора равным нулю. В пределах одного цикла работы хроматографа в вычислительном устройстве осуществляются следующие операции. По команде устройства 3 в устройстве 1 перед началом выхода ключевого компонента стирается информация, оставшаяся от предыдущего цикла работы анализатора. При выходе ключевого компонента устройство 1 запоминает максимальное значение сигнала детектора (высоту пика) в момент времени, когда знак первой производной сигнала С_вх изменяется с " +" на " -". Такие операции выполняются устройствами, называемыми пиковыми детекторами. Они представляют собой диоды (или соединения элементов, заменяющих диод), обладающие большим отношением обратного и прямого сопротивлений. Затем по команде устройства 3 запомненное значение максимального сигнала переписывается в устройство 2, где и сохраняется на один цикл работы хроматографического анализатора. Сформированный на выходе вычислительного устройства аналоговый электрический или пневматический сигнал Свыг изменяется во времени так, как показано на рис. 12.6, б.

⇐ Предыдущая27282930313233343536Следующая ⇒

Поделиться: