DE1648951C3 - Gas analysis measuring device - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Meßeinrichtungen zur qualitativen und quantitativen Analyse von Gasmischungen oder von Mischungen von Substanzen, die vor der Messung oder gleich am Einlaß der Meßeinrichtungen in den gasförmigen Zustand versetzt werden können.The invention relates to measuring devices for the qualitative and quantitative analysis of gas mixtures or of mixtures of substances that are added before the measurement or immediately at the inlet of the measuring devices can be converted into the gaseous state.
Als Analysenmeßgeräte für die Analyse komplizierter Gasmischungen werden heute meist Gaschromatographen verwendet. Eine qualitative Analyse erfolgt in der Gaschromatographie hauptsächlich durch Bestimmung der relativen Austrittszeiten. Dieses Verfahren hat jedoch eine Reihe von Nachteilen. Das Analysengerät muß zunächst auf die »vermutete« Substanz geeicht werden. Darüber hinaus ist die Auswertung sehr kompliziert und oft unzuverlässig. Daher werden immer wieder Detektoren vorgeschlagen und eingesetzt, die, am Auslaß der Gaschromatographen angeschlossen, nicht nur auf die aus der chromatographischen Trennsäule austretende Substanz ansprechen und nach einer vorläufigen Eichung die Substanzmenge messen, sondern auch die austretende Substanz zu bestimmen in der Lage sind.Gas chromatographs are mostly used today as analytical measuring devices for the analysis of complicated gas mixtures used. A qualitative analysis is mainly carried out in gas chromatography by determining the relative exit times. However, this method has a number of disadvantages. The analyzer must first be calibrated for the "suspected" substance. In addition, is the evaluation is very complicated and often unreliable. Therefore detectors are suggested again and again and used that, connected to the outlet of the gas chromatograph, not only on the off respond to the substance escaping from the chromatographic separation column and after a preliminary calibration measure the amount of substance, but are also able to determine the substance being released.
Universelle Detektoren, wie Massenspektrometer und nach dem Dichtemeßprinzip arbeitende Nachweisgerate, haben sich für diesen Zweck als am meisten geeignet erwiesen.Universal detectors, such as mass spectrometers and detection devices that work according to the density measuring principle, have been found to be the most suitable for this purpose.
Bei Identifizierung einer Substanz nach ihrer Dichte (Martinscher Dichtemesser) gibt die Anzeige eines am Auslaß der chromatographischen Säule angeschlossenen Detektors die Dichtedifferenz zwischen Meßgasmischung und Trägergas wieder (s. beispielsweise M a r t i η A. J. P., James A. T., Biochem. J., 63,138, 1956).If a substance is identified by its density (Martin's density meter), the display shows an am The detector connected to the outlet of the chromatographic column determines the density difference between the measuring gas mixture and carrier gas again (see, for example, M a r t i η A. J. P., James A. T., Biochem. J., 63,138, 1956).
ίο Die Dichtemeßgeräte haben jedoch folgende Nachteile: ίο However, the density meters have the following disadvantages:
a) die Bestimmung des Molekulargewichtes der Komponenten erfordert die Kenntnis der quantitativen Zusammensetzung der Meßgasmischung oder das Eingeben einer Vergleichssubstanz mit bekanntem Molekulargewicht in die Mischungsprobe und die mehrmalige Aufnahme eines Chromatogramms mit verschiedenen Trägergasen; a) the determination of the molecular weight of the components requires knowledge of the quantitative Composition of the measuring gas mixture or entering a reference substance with known molecular weight in the mixture sample and the repeated inclusion of a Chromatograms with different carrier gases;
b) die Genauigkeit der Molekulargewichtsbestimmung
und der Bereich der zu messenden Molekulargewichte hängt von den Molekulargewichten
der Komponenten und der Trägprgase ab;
c) es ist eine genaue Normierung der Versuchsbe-b) the accuracy of the molecular weight determination and the range of the molecular weights to be measured depends on the molecular weights of the components and the carrier gases;
c) there is an exact standardization of the test conditions
dingungen (Konstanthaltung der Trägergasgeschwindigkeit und der eingegebenen Probemenge) erforderlich.conditions (keeping the carrier gas velocity constant and the entered sample quantity) is required.
Die Dichtemeßgeräte sind weiterhin Geräte relativ niedriger Empfindlichkeit, da ihre Wirkungsweise auf dem Prinzip der Wärmeleitfähigkeit beruht. Ein solches Dichtemeßgerät läßt sich beispielsweise am Austritt von Kapillartrennsäulen mit geringem Durchsatz nicht einsetzen.The density meters are still devices of relatively low sensitivity because their mode of operation is based on based on the principle of thermal conductivity. Such a density meter can be installed, for example, at the outlet Do not use capillary columns with low throughput.
Die Dichtemeßgeräte ermöglichen die Bestimmung des Molekulargewichtes auf Grund einer Dichtemessung. Bekannt sind auch andere Verfahren zur Molekulargewichtsbestimmung, insbesondere das effusiometrische Verfahren. Dieses beruht auf der Tatsache, daß die Ausströmungsgeschwindigkeit eines Gases aus einem geschlossenen Volumen, einer Effusionskammer (sie wird auch Knudsenzelle genannt) als Knudsenströmung (d. h. unter Bedingungen, bei denen die freie Weglänge der Moleküle größer ist als der Durchmesser der Ausströmungsöffnung) umgekehrt proportional zur Quadratwurzel aus dem Molekulargewicht ist. Aus dem nach irgendeiner Methode gemessenen zeitlichen Druckverlauf in der Effusionskammer lassen sich Schlüsse hinsichtlich des Molekulargewichtes ziehen. Jedoch ist eine genaue Molekulargewichtsbestimmung nach dem effusiometrischen Ver-Verfahren nur dann möglich, wenn sich nur eine oder höchstens zwei Substanzen in der Kammer befinden, oder wenn das verwendete Meßgerät nur auf die interessierende Komponente anspricht.The density meters enable the molecular weight to be determined on the basis of a density measurement. Other methods for determining molecular weight are also known, in particular the effusiometric method Proceedings. This is due to the fact that the outflow velocity of a Gas from a closed volume, an effusion chamber (it is also called a Knudsen cell) as Knudsen flow (i.e. under conditions where the free path of the molecules is greater than the diameter of the orifice) inversely proportional to the square root of the molecular weight is. From the pressure curve in the effusion chamber over time, measured by some method conclusions can be drawn regarding the molecular weight. However, an accurate molecular weight determination is possible according to the effusiometric Ver process only possible if there is only one or at most two substances are in the chamber, or if the measuring device used only refers to the component of interest.
Man hat auch schon das effusiometrische mit dem spektrometrischen Verfahren kombiniert (s. beispielsweise FriedelA. R., Charkey /■. G., J. Chem. Phys., 17, 584, 1949).The effusiometric process has also been combined with the spectrometric process (see, for example Friedel A. R., Charkey / ■. G., J. Chem. Phys., 17, 584, 1949).
Es ist andererseits auch schon die Verwendung von Effusiometern in der Gaschromatographie bekannt, wie
sich aus Bayer, Gaschromatographie, 2. Auflage, Springer Verlag 1962, S. 181, und Dal Nogare,
Juvet, Gas-Liquid Chromatography, Interscience Publ,
1962, S. 236, die auf einer Veröffentlichung von Griffiths, James und Phillips in Anatyst,
77, 1952, S. 897, beruhen, ergibt.
Bekannt sind folgende Meßeinrichtungen bzw. -ver-On the other hand, the use of effusiometers in gas chromatography is already known, as can be seen from Bayer, Gaschromatographie, 2nd edition, Springer Verlag 1962, p. 181, and Dal Nogare, Juvet, Gas-Liquid Chromatography, Interscience Publ, 1962, p 236, based on a publication by Griffiths, James and Phillips in Anatyst, 77, 1952, p. 897.
The following measuring devices or -ver-
<t<t
fahren zur Analyse von Gasmischungen mit einer chromatographischen Trennsäule und einem bezüglich des Trägergases unempfindlichen Detektor, insbesondere einem Massenspektrometer, di; die Identifizierung der Substanz im Chromatogramm nach dem Massen-Spektrum ermöglichen.drive to the analysis of gas mixtures with a chromatographic separation column and a referring the carrier gas insensitive detector, in particular a mass spectrometer, di; the identification of the substance in the chromatogram according to the mass spectrum.
1. Ein Teil des aus dem Chromatographen austretenden Gasstroms wird durch ein Einstrahl-Massenspektrometer, der übrige Teil durch einen chromatograplrEchen Detektor (Ketharometer oder einen Ionisationsdetektor) geleitet. Das Verhältnis der Signale des Massenspektrometers zu den Signalen des chromatographischen Detektors kennzeichnet die Substanz im Chromatogramm (s. beispielsweise Henneb e r g D., Z. Anal. Chem., 183, 12, 1961). Diese Analysemeßeinrichtung bedarf öfterer vorheriger Eichungen, da sowohl das Massenspektrometer als auch die chromatographischen Detektoren keine stabile absolute Empfindlichkeit über längere Zeit besitzen.1. Part of the gas flow emerging from the chromatograph is measured by a single-jet mass spectrometer, the remaining part by a chromatographic detector (ketharometer or a Ionization detector). The ratio of the signals from the mass spectrometer to the signals from the chromatographic detector identifies the substance in the chromatogram (see for example Henneb e r g D., Z. Anal. Chem., 183, 12, 1961). This analytical measuring device requires more frequent prior calibrations, since both the mass spectrometer and the chromatographic detectors do not have stable absolute sensitivity over a long period of time.
2. Ein Teil des aus dem Chromatographen austretendsn Gasstromes wird ununterbrochen durch ein Schnellmassenspektrometer, wie Laufzeitmassenspektrometer oder ähnlichen, gefördert. Im Augenblick des Durchganges eines Chromatogramms wird das ganze Massenspektrum oder ein beträchtlicher Teil davon schnell registriert (s. beispielsweise G ο h 1 k e R. S., Anal. Chem., 31, 535, 1959). Diese Analyseneinrichtrng erfordert eine komplizierte Apparatur und hat darüber hinaus relativ niedrige Empfindlichkeit. Das Massenspektrometer wird dabei nur zur Identifixierung der Substanz im Chromatogramm benutzt, zur quantitativen Messung der Substanzkonzentration verwendet man gewöhnlich die chromatographischen Detektoren oder zusätzliche Auffänger im Massenspektrometer, gegen welche der unaufgespaltene IonenstroTi aus der Ionenquelle des Massenspektrometers gerichtet wird.2. Part of that which emerges from the chromatograph The gas flow is uninterrupted by a high speed mass spectrometer, such as a transit time mass spectrometer or similar, promoted. At the moment a chromatogram is run through, the entire mass spectrum or a considerable part of it is registered quickly (see for example G ο h 1 k e R.S., Anal. Chem., 31, 535, 1959). This analysis facility requires complicated apparatus and, moreover, has relatively low sensitivity. The mass spectrometer is only used to identify the substance in the chromatogram, chromatographic measurements are usually used for quantitative measurement of the substance concentration Detectors or additional interceptors in the mass spectrometer against which the unsplit Ion flow from the ion source of the mass spectrometer is judged.
3. Der ganze aus dem Chromatographen austretende Gasstrom wird in ein Massenspektrometer mit zwei Auffängern geleitet, das auf zwei für alle Substanzen der zu analysierenden Mischung gemeinsame Massenlinien bzw. auf zwei Gruppen von Massenlinien eingestellt wird. Das Verhältnis zwischen den Intensitäten dieser Linien oder Liniengruppen dient zur Identifizierung der Substanz und die Registrierung der Ionentitröme von jeder dieser Linien oder Liniengruppen unter Bestimmung der Flächen unter den aufgenommenen Chromatogrammen zur quantitativen Bestimmung der Substanzen (s. beispielsweise die französische Patentschrift 13 67 641, von T a 1 r ο s e, W. L., Tanzy re w, G. D., G ο rich k ο w,W. L, Griechin, W. D., Kibalko, L. A.). Diese Analysenmeßeinrichtung übertrifft die zuvor beschriebene an Einfachheit und Empfindlichkeit, steht ihr aber in bezug auf das Identifizierungsvermögen von Substanzen, deren Massenspektren nur mit geringer Genauigkeit bekannt sind, nach. Eine Molekulargewichtsbestimmung ohne vorherige Feststellung der Substanz ist bei dieser Analyseneinrichtung nicht möglich. So3. The entire gas stream emerging from the chromatograph is fed into a mass spectrometer two collectors, which are common to two for all substances in the mixture to be analyzed Mass lines or is set to two groups of mass lines. The relationship between the The intensities of these lines or groups of lines are used to identify the substance and to register it of the ion titrates from each of these lines or groups of lines by determining the areas under the recorded chromatograms for quantitative Determination of the substances (see, for example, the French patent specification 13 67 641, from T a 1 r ο s e, W. L., Tanzy re w, G. D., G ο rich k ο w, W. L, Greek, W. D., Kibalko, L. A.). This Analytical measuring device surpasses the simplicity and sensitivity described above, it suits you but with regard to the ability to identify substances, their mass spectra are only lower Accuracy are known, according to. A molecular weight determination without prior determination of the Substance is not possible with this analysis device. So
Das Massenspektrometer ist in mancher Beziehung ein idealer chromatographischer Detektor. Bei seinem Einsatz ist es jedoch wünschenswert, das Massenspektrum der »vermu'eten« Substanz zumindest ungefähr zu kennen oder wenigstens sicher zu sein, daß das schwerste von den beobachteten Ionen des Massenspektrums ein nicht dissoziiertes Molekelion ist. Da aber bei vielen Substanzen während der Ionisation im Massenspektrometer auch eine starke Dissoziation eintritt, ist die Bestimmung des nicht dissoziierten Molekelions unzuverlässig, so daß die Empfindlichkeit der Meßeinrichtung, mit der man das nicht dissoziierte Molekelion bestimmen muß, niedrig wird.The mass spectrometer is in some ways an ideal chromatographic detector. At his However, it is desirable to use the mass spectrum of the "suspected" substance at least approximately to know, or at least to be sure, that the heaviest of the observed ions of the mass spectrum is an undissociated molecular ion. But there are many substances during ionization If a strong dissociation also occurs in the mass spectrometer, the determination of the undissociated is Molecular ions unreliable, so that the sensitivity the measuring device with which one must determine the undissociated molecular ion becomes low.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Analysemeßeinrichtung für Gasmischungen anzugeben, die die Identifizierung der Komponenten von gasförmigen und flüssigen Mischungen durch eine genaue Bestimmung ihrer Molekulargewichte ermöglicht. The invention is based on the object of specifying an analytical measuring device for gas mixtures, which allows the identification of the components of gaseous and liquid mixtures by a allows precise determination of their molecular weights.
Diese Aufgabe wird bei einer Gasanalysenmeßeinrichtung mit einer chromatographischen Trennsäule und einem bezüglich des Trägergases unempfindlichen Vakuumdetektor, insbesondere einem Massenspektrometer, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Meßeinrichtung eine Effusionskammer zur Bestimmung der Gemischkomponenten nach ihren Molekulargewichten vorgesehen ist, daß die Einlaßöffnung der Effusionskammer mit der Auslaßöffnung der chromatographischen Trennsäule über ein Ventil verbunden ist, das eine Abtrennung des Kammereinlasses ermöglicht, daß die Effusionskammer zumindest eine Ausströmöffnung für die Komponenten der Meßgasmischung aufweist, die mit der Einlaßöffnung des Vakuumdetektors verbunden ist, und daß die Ausströmöffnungen der Effusionskammer so bemessen sind, daß das Ausströmen der Meßgaskomponenten durch diese öffnungen bei geschlossenem Ventil als Knudsenströmung erfolgt.This task is performed with a gas analysis measuring device with a chromatographic separation column and a vacuum detector that is insensitive to the carrier gas, in particular a mass spectrometer, solved according to the invention in that an effusion chamber for determination in the measuring device the mixture components according to their molecular weights is provided that the inlet opening the effusion chamber with the outlet opening of the chromatographic separation column via a valve is connected, which enables a separation of the chamber inlet that the effusion chamber at least has an outflow opening for the components of the measurement gas mixture, which communicates with the inlet opening of the vacuum detector is connected, and that the outflow openings of the effusion chamber so are dimensioned that the outflow of the measuring gas components through these openings when the Valve takes place as a Knudsen flow.
Bei Betrieb der Analysenmeßeinrichtung in Verbindung mit leistungsfähigeren gepackten chromatographischen Trennsäulen ist es vorteilhaft, zwischen Trennsäule und Ventil eine Stromverzweigung mit einem Hilfsventil anzuordnen und das letztere gleichzeitig mit dem Hauptventil zu schließen und zu öffnen.When operating the analytical measuring device in connection with more powerful packed chromatographic Separating columns, it is advantageous to have a flow branch between the separating column and valve to arrange an auxiliary valve and the latter to close and open simultaneously with the main valve.
Bei Anwendung von gepackten chromatographischen Trennsäulen kann die Effusionskammer auch vorteilhaft zumindest eine weitere Ausströmöffnung für die Komponenten der Meßgasmischung besitzen, an die eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. Die Abmessungen dieser öffnung werden ebenfalls so gewählt, daß die Komponente bei geschlossenem Ventil als .Knudsenströmung aus der Kammer ausströmt.When using packed chromatographic separation columns, the effusion chamber can also be advantageous have at least one further outflow opening for the components of the measurement gas mixture to which a vacuum pump is connected. The dimensions of this opening are also chosen so that the component flows out of the chamber as a Knudsen flow when the valve is closed.
Die erfindungsgemäße Analysenmeßeinrichtung hat folgende Vorteile:The analytical measuring device according to the invention has the following advantages:
1. Es können sowohl gasförmige als auch flüssige Mischungen durch genaue Molekulargewichtsbestimmung der Komponenten analysiert werden, wobei sowohl ein qualitatives als auch ein quantitatives Ergebnis über den Gehalt der einzelnen Komponenten in der zu analysierenden Mischung gewonnen werden kann.1. Both gaseous and liquid mixtures can be used through precise molecular weight determination of the components are analyzed, both qualitative and quantitative Result of the content of the individual components in the mixture to be analyzed can be won.
2. Die Meßeinrichtung ermöglicht eine Identifizierung der Meßgaskomponenten sowohl nach ihren Molekulargewichten als auch nach anderen Parametern, beispielsweise im chromatographischen Verfahren nach den Wanderungsgeschwindigkeiten der Komponenten durch die chromatographische Säule.2. The measuring device enables identification of the measuring gas components both according to their molecular weights and according to others Parameters, for example in the chromatographic process according to the migration speeds the components through the chromatographic column.
3. Es entfällt die Notwendigkeit, die Meßeinrichtung häufiger mit »reinen« Substanzen zu eichen.3. There is no need to calibrate the measuring device more frequently with "pure" substances.
4. Einfache Herstellung und Bedienung.4. Ease of manufacture and operation.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einigei Ausfiihrungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is illustrated below with the aid of a few exemplary embodiments with reference to FIG Drawings explained in more detail. It shows
F i g. 1 das Schema eines ersten Ausführungsbeispiels der Analysenmeßeinrichtung,F i g. 1 the diagram of a first embodiment of the analytical measuring device,
F i g. 3 das Schema eines zweiten Ausführungsbeispiels der Analysenmeßeinrichtung,F i g. 3 the scheme of a second embodiment of the analytical measuring device,
F i g. 4 das Schema eines dritten Ausführungsbeispiels der Analysenmeßeinrichtung,F i g. 4 the scheme of a third embodiment of the analytical measuring device,
F i g. 5 einen Abschnitt einer mit der Analysenmeßeinrichtung gemessenen chromatographischen Kurve in schematischer Darstellung,F i g. 5 shows a section of a chromatographic curve measured with the analytical measuring device in a schematic representation,
F i g. 6 einen Abschnitt einer mit der Analysenmeßeinrichtung gemessenen chromatographischen Kurve mit beschleunigter zeitlicher Abtastung im Bereich der effusiometrischen Analyse in schematischer Darstellung, F i g. 6 shows a section of a chromatographic curve measured with the analytical measuring device with accelerated time sampling in the area of effusiometric analysis in a schematic representation,
F i g. 7 einen Abschnitt einer mit der Analysenmeßeinrichtung gemessenen chromatographischen und effusiometrischen Kurve in schematischer Darstellung,F i g. 7 shows a section of a chromatographic and measured with the analytical measuring device effusiometric curve in a schematic representation,
F i g. 8 einen Abschnitt einer mit der Analysenmeßeinrichtung bei Messung nach der Integralmethode gewonnenen chromatographischen Kurve in schematischer Darstellung,F i g. 8 shows a section of a with the analysis measuring device when measuring according to the integral method obtained chromatographic curve in a schematic representation,
F i g. 9 einen Querschnitt durch die Effusionskammer, das Ventil und die Massenspektrometerkammer mit Ionenquelle,F i g. 9 shows a cross section through the effusion chamber, the valve and the mass spectrometer chamber with ion source,
F i g. 10 die Ionisationskammer an der Analysenmeßeinrichtung, F i g. 10 the ionization chamber on the analytical measuring device,
F i g. 11 ein Diagramm zur Veranschaulichung der mit der Meßeinrichtung nach der Integralmethode gewonnenen Ergebnisse bei der Molekulargewichtsmessung, F i g. 11 a diagram to illustrate the with the measuring device according to the integral method results obtained in the molecular weight measurement,
F i g. 12 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Meßergebnisse, die bei der Molekulargewichtsbestimmung mit der Analysenmeßeinrichtung nach der Differentialmethode gewonnen wurden.F i g. 12 is a diagram to illustrate the measurement results obtained in the determination of the molecular weight were obtained with the analysis measuring device according to the differential method.
Die Analysenmeßeinrichtung enthält eine Effusionskammer 1 (F i g. 1, 2), einen Vakuumdetektor 2, eine chromatographische Trennsäule 3, ein Ventil 4 und ein Schreibgerät 5. Am Detektor 2 ist eine Pumpe angeschlossen, die das Meßgas in Richtung P fördert.The Analysenmeßeinrichtung containing an effusion cell 1 (F i g. 1, 2), a vacuum detector 2, a chromatographic separation column 3, a valve 4 and a writing device 5. At the detector 2, a pump is connected, which conveys the gas to be measured in the direction of P.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Meßeinrichtung ist aus F i g. 3 ersichtlich. Dieses unterscheidet sich von der Anordnung nach F i g. 1 durch eine zwischen der chromatographischen Trennsäule 3' und d:m Ventil 4 angeordnete Verzweigung 6, ein zusätzliches Hilfsventil 7 sowie einen chromatographischen Detektor 8. Am Detektor sind eine Vakuumpumpe (mit der Förderrichtung P) und ein besonderes Schreibgerät 5' angeschlossen.A further exemplary embodiment for the measuring device is shown in FIG. 3 can be seen. This differs from the arrangement according to FIG. 1 through a branch 6 arranged between the chromatographic separation column 3 'and d: m valve 4, an additional auxiliary valve 7 and a chromatographic detector 8. A vacuum pump (with the conveying direction P) and a special writing implement 5' are connected to the detector.
Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 unterscheidet sich von den beiden vorhergehenden lediglich dadurch, daß die Effusionskammer Γ ?ußer einer Öffnung für das Ausströmen der Meßgaskomponenten in den Vakuumdetektor 2 auch noch zumindest eine weitere mit einer Vakuumpumpe (Förderrichtung P') verbundene Ausströmöffnung für Meßgaskomponenten besitzt. Diese öffnung ist so bemessen, daß das Ausströmen als Knudsenströmung erfolgt.The embodiment according to FIG. 4 differs from the two previous ones only in that the effusion chamber has at least one other outflow opening for measuring gas components connected to a vacuum pump (conveying direction P ') in addition to an opening for the outflow of the measuring gas components into the vacuum detector 2. This opening is dimensioned so that it flows out as a Knudsen flow.
Das Ausströmen durch die zusätzliche Öffnung ist sowohl bei Aufnahme des Chromatogramms als auch bei Registrierung der effusiometrischen Kurve von bestimmendem Einfluß.The outflow through the additional opening is both when recording the chromatogram and of determining influence when registering the effusiometric curve.
Eine der Pumpen (mit der Förderrichtung P' oder P") kann aus der Anordnung fortgelassen werden, wenn die andere Pumpe eine hinreichende Leistungsfähigkeit besitzt (eine solche Anordnung ist in F i g. 4 gestrichelt eingezeichnet).One of the pumps (with the conveying direction P ' or P ") can be omitted from the arrangement if the other pump has sufficient efficiency (such an arrangement is shown in FIG. 4 with dashed lines).
Die Analysenmeßeinrichtung arbeitet wie folgt:The analytical measuring device works as follows:
Die ganze aus der chromatographischen Trennsäule 3 austretende Gasstrommenge wird durch die Kammer 1 und den Detektor 2 geleitet. Solange sich die zu trennenden Komponenten noch in der Trennsäule 3 befinden, ist das Ventil 41 am Einlaß der Kammer 1 geöffnet. Jn dem Augenblick, in dem die Gaskomponente die Kammer 1 und den Detektor 2 erreicht, wird das Ventil 4 schlagartig geschlossen, so daß ein Teil der Komponente in der Kammer 1 eingepreßt bleibt. Nach Schließen des Ventils 4 setzt dieThe entire amount of gas flow emerging from the chromatographic separation column 3 is through the Chamber 1 and detector 2 passed. As long as the components to be separated are still in the separation column 3 are located, the valve 41 at the inlet of the chamber 1 is open. At the moment when the gas component reaches the chamber 1 and the detector 2, the valve 4 is closed suddenly, see above that part of the component in the chamber 1 remains pressed. After closing the valve 4, the
ίο Komponente zusammen mit dem Trägergas ihre Bewegung aus der Kammer 1 in den Detektor 2 fort. Diese Gasstiömung kann nur dann Zustandekommen, wenn der Druck im Detektor 2 stets kleiner als der Druck in der Kammer 1 ist. Der Detektor wird also evakuiert, und die Konzentration der Komponente N in der Kammer 1 verringert sich nachdem Exponentialgesetz ίο component continues its movement from chamber 1 into detector 2 together with the carrier gas. This gas flow can only come about if the pressure in the detector 2 is always lower than the pressure in the chamber 1. The detector is thus evacuated and the concentration of the component N in the chamber 1 is reduced according to the exponential law
N = N =
(D(D
Darin istIn it is
N0 die Konzentration beim Schließen des Ventils, N 0 is the concentration when the valve is closed,
t die Zeit vom Zeitpunkt des Ventilschließens an gerechnet, t is the time from the time the valve closes,
T die absolute Temperatur des Gases in der Effusionskammer, T is the absolute temperature of the gas in the effusion chamber,
M das Molekulargewicht der Komponente,
V das Volumen der Effusionskammer, M is the molecular weight of the component,
V is the volume of the effusion chamber,
α eine Konstante (im einfachsten Fall proportional dem Durchmesser der Ausströmöffnung der Effusionskammer). α is a constant (in the simplest case proportional to the diameter of the outflow opening of the effusion chamber).
Das Ausströmen des Trägergases erfolgt nach dem gleichen Gesetz (jedoch selbstverständlich mit einem
anderen Wert von M). Die Trägergasströmung erschwert die Bestimmung der Komponente nicht, da
der Detektor voraussetzungsgemäß gegen das Trägergas unempfindlich sein soll.
Die Strömungsverhältnisse werden so gewählt, daß sich am Auslaß aus dem Detektorraum 2 eine Knudsenströmung
einstellt. Ist der Druck in der Kammer 1 wesentlich größer als der Druck im Detektor 2 und der
Druck im Detektor 2 bedeutend größer als der Druck hinter dem Detektor, so kann bei Knudsenströmung dasThe discharge of the carrier gas takes place according to the same law (but of course with a different value of M). The carrier gas flow does not make it difficult to determine the component, since the detector should be insensitive to the carrier gas, as required.
The flow conditions are selected so that a Knudsen flow is established at the outlet from the detector chamber 2. If the pressure in the chamber 1 is significantly greater than the pressure in the detector 2 and the pressure in the detector 2 is significantly greater than the pressure behind the detector, this can happen with Knudsenstrom
dem Partialdruck der Substanz im Detektor proportionale Detektorausgangssignal auch als verhältnisgleich mit der Konzentration der Komponente in der Kammer 1 angesehen werden.The detector output signal proportional to the partial pressure of the substance in the detector is also considered to be proportional can be viewed with the concentration of the component in chamber 1.
= a-b-N (2) = abN (2)
Hierin bezeichnet b einen von den Substanzeigenschaften und der Detektorempfindlichkeit abhängigen, jedoch bei konstanter Volumengeschwindigkeit des aus dem Detektor abgesaugten Gases gleichbleibenden Faktor. Nach dem Einsetzen von (1) in (2) ergibt sich für / folgender AusdruckHere, b denotes a factor that is dependent on the substance properties and the detector sensitivity, but remains the same at a constant volume velocity of the gas sucked out of the detector. After inserting (1) into (2), the following expression results for /
wobei I0 die Signalamplitude im Augenblick des Ventilschließens und α eine Gerätekonstante ist.where I 0 is the signal amplitude at the moment the valve closes and α is a device constant.
7 87 8
Die Konstante Analyse von beispielsweise 10 Komponenten mit einemThe constant analysis of, for example, 10 components with one
r _. Molekulargewicht von etwa 102 etwa 200 bis 300 s in r _. Molecular weight of about 10 2 about 200 to 300 s in
_ V \ M |4| Anspruch nimmt. Die Dauer der chromatographischen_ V \ M | 4 | Claims. The duration of the chromatographic
a \j T Analyse einer komplizierten Mischung beträgt 103 bis a \ j T analysis of a complicated mixture is 10 3 to
5 104 s. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Auflösung5 10 4 p. Experience has shown that the resolution
ist die Ausströmzeitkonstante für eine Substanz mit der Chromatogramme in der Trennsäule 3 währendis the outflow time constant for a substance with the chromatogram in the separation column 3 during
dem Molekulargewicht M. dieser Zeit vernachlässigbar klein ist. (Außerdem istthe molecular weight M. this time is negligibly small. (Also is
Das Molekulargewicht M wird durch Lösung der es nur selten notwendig, die Molekulargewichte allerThe molecular weight M is determined by solving it seldom necessary the molecular weights of all
Gleichung (3) bestimmt, wobei als Eichwert die Zeit- Komponenten in einem einzigen Versuch festzustellen),Equation (3) is determined, with the time components being determined in a single experiment as the calibration value),
konstante τ0 (Ausströmzeitkonstante bei M = 1) gilt. i0 Die zweite Ursache der Verringerung des Auflösungsvermögens kann somit als unterdrückbar betrachtet constant τ 0 (outflow time constant at M = 1) applies. i 0 The second cause of the reduction in resolving power can thus be regarded as suppressible
y werden. y will.
J0 = Ί/7^ ■ '"*' Im oberen Teil der F i g. 5 ist ein Abschnitt eines J / 7 ^ ■ '"*' I m upper part of the F i 0 = g Ί. 5 is a section of
a " . mit der Analysenmeßeinrichtung aufgenommenen a ". recorded with the analytical measuring device
15 Chromatogramms gezeigt. Auf der Abszissenachse ist15 chromatogram shown. Is on the abscissa axis
Diese Zeitkonstante wird durch Aufnahme der die Zeit und auf der Ordinatenachse die Amplitude desThis time constant is determined by recording the time and, on the ordinate axis, the amplitude of the
Kurve (3) für das chromatographische Maximum Detektorausgangssignals / aufgetragen. Es sind zweiCurve (3) for the chromatographic maximum detector output signal / plotted. There are two
einer Substanz mit bekanntem Molekulargewicht M aufeinanderfolgende Chromatogramme dargestellt. Zuof a substance with known molecular weight M are shown successive chromatograms. to
bestimmt. den Zeitpunkten A, A' ist das Ventil 4 der Effusions-definitely. the times A, A ' , the valve 4 of the effusion
Bei der nachfolgenden Analyse der Kurve der ao kammer geschlossen und zu den Zeitpunkten B, B' In the subsequent analysis of the curve of the ao chamber closed and at times B, B '
Gleichung (3) erfolgt das Logarithmieren und Be- geöffnet. Bei allen drei Ausführungsbeispielen sind dreiEquation (3) takes the logarithm and opens. There are three in all three embodiments
stimmen der Größe M aus dem tga, der Neigung der Möglichkeiten der Anwendung gegeben.agree the size M from the tga, given the inclination of the possibilities of application.
Geraden In / = f{t). Für das Molekulargewicht „ ,,. „ Λ «„Line In / = f {t). For the molecular weight ",,. " Λ ""
ergibt sich dann folgende Formel a) Das Sl8nal zum Schließen und Offnen des Ab-the following formula then results: a ) The Sl 8 nal for closing and opening the
25 Sperrventils wird von der Bedienungsperson ge- 25 shut-off valve is activated by the operator
. , N2 geben;. , Give N 2;
M _ / _ J. (6) b) das Schließsignal wird von der Bedienungsperson M _ / _ J. (6) b) the closing signal is given by the operator
V n> tg α / gegeben und das Öffnungssignal wird selbsttätigV n> tg α / given and the opening signal is automatic
von einem Zeitrelais nach Ablauf einer vorgege-of a timing relay after a preset
Wenn die Funktion (3) aufgenommen ist, öffnet 30 «*nen Zeitspanne nach dem Ventilschließen ausman
das Ventil 4 zwischen der Trennsäule 3 und der gelöst; .....
Effusionskammer 1, und es stellt sich dann eine statio- c) das Schließsignal W1rd ebenfalls selbsttätig ausnäre
Trägergasströmung ein. In den Detektor 2 gelangt gelöst, und zwar im Augenblick, in dem das
der noch nicht erfaßte Teil des Chromatogramms. Detektorsignal bei Aufnahme einer Vorder- oder
Dieser Teil wird vom Schreiber 5 registriert. In der 35 Hinterflanke des Peaks einen Gestimmten Skalengleichen
Weise werden alle oder nur die von der Be- wert am Schreiber 5 erreicht,
dienungsperson ausgewählten nachfolgenden Chromatogramme behandelt. Das Molekulargewicht wird aus dem Verlauf derWhen function (3) has been taken up, the valve 4 between the separation column 3 and the released one opens 30 minutes after the valve has been closed; .....
Effusion chamber 1, and a stationary c) the closing signal W1 rd also arises automatically from the carrier gas flow. In the detector 2 is released, namely at the moment in which the not yet detected part of the chromatogram. Detector signal when recording a front or This part is registered by the recorder 5. In the trailing edge of the peak in a certain scale-like manner, all or only those of the value on the recorder 5 are reached,
operator selected subsequent chromatograms. The molecular weight is determined from the course of the
Bei der Meßeinrichtung wurden besondere Maß- Kurven in den Abschnitten AB, A1B' bestimmt. Die nahmen gegen eine Verminderung des Auflösungs- 40 Genauigkeit der nachfolgenden rechnerischen Ausvermögens des Chromatographen vorgesehen, die aus wertung wird größer, wenn auf dem Abschnitt AB zwei Gründen eintreten könnten. Einmal wird das bzw. A 'B' In the measuring device, special dimension curves were determined in sections AB, A 1 B ' . The measures against a reduction in the resolution accuracy of the subsequent arithmetic capacity of the chromatograph are provided, the evaluation will be greater if two reasons could arise on section AB. Once the or A becomes 'B'
Auflösungsvermögen durch den endlichen Inhalt V a) die zeitlicne Abtastung beschleunigt,Resolving power through the finite content V a) accelerates the temporal scanning,
der Kammer 1 beeinträchtigt. Deshalb wird der In- ^ ejn weiteres Schreibgerät 9 (F i g. 2) mit höhererthe chamber 1 impaired. Therefore, the in- ^ ejn further writing implement 9 (Fig. 2) with a higher
halt K so gewählt, daß die Kammer 1 nur einen kleinen 45 Aufzeichnungsgeschwindigkeit selbsttätig zuge-hold K selected so that chamber 1 only automatically adopts a low 45 recording speed.
Teil des Chromatogramms aufnimmt. schaltet undPart of the chromatogram. switches and
Zum anderen wird das Auflösungsvermögen da- c) ein digitaies Voltmeter mit geringer TrägheitOn the other hand, the resolving power is DA c) a digita i it voltmeter with low inertia
durch geringer, daß der Gasstrom nach Schließen des selbsttätig zugeschaltet wird.
Ventils 4 in der Trennsäule 3 gestaut wird (dabei wirddue to the fact that the gas flow is switched on automatically after closing the.
Valve 4 is accumulated in the separation column 3 (is
das Gebiet, in dem der von der Effusionskammer nicht 50 Die Auswahl der geeigneten Methode wird zweckaufgenommene
Teil des Chromatogramms liegt, etwas mäßig unter Berücksichtigung der im Handel zur Vernäher
zum Ventil vorgeschoben). Die chromato- fügung stehenden Schreibgeräte getroffen,
graphische Trennung hört bei einer gestauten Strö- Bei den Varianten b,) c) ist es empfehlenswert, den
mung selbstverständlich auf, die Auflösung durch Bandtransport auf den Abschnitten AB und A1B'
Diffusion setzt sich dagegen fort. Damit die letztere 55 an dem das Chromatogramm aufnehmenden Gerät 5
während der Gesamtdauer aller Stauungen nicht zu zu stoppen und das Gerät abzuschalten. Das nach
groß wird, muß die Ausströmzeitkonstante genügend Variante a) aufgenommene Chromatogramm ist in
klein sein. Da die Verringerung des Kammervolumens V Fig. 6 und die nach den Varianten b), c) erhaltenen
auch zur Verkleinerung von T0 führt, können diese Chromatogramme in F i g. 7 (oben) gezeigt. In F i g. 7
beiden Ursachen einer Auslösungsverminderung gleich- 60 unten ist die Aufzeichnung des zugeschalteten zweiten
zeitig bekämpft werden. Die Zeitkonstante τ0 ist jedoch Schreibgerätes 9 und die Skizze für die nachfolgende
nach unten durch die Zeitkonstante des Detektors 2, Auswertung dieser Aufzeichnung (Störpegelelimides
Verstärkers und des Schreibers 5 begrenzt. Eine nation und Logarithmieren) zu sehen,
nähere Untersuchung zeigt, daß von diesem Stand- Die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Auswertung
punkt aus eine Zeitkonstante τ0 S 0,3 bis 0,5 s günstig 65 wird erhöht, wenn man das Signal auf dem Abschnitt
ist. Nachstehend wird gezeigt, daß die effusiometrische AB praktisch bis auf den Störpegel abklingen läßt.
Kurve im Verlauf von einigen Zeitkonstanten τ auf- Hierzu muß der Abschnitt AB mindestens gleich der
zunehmen ist. Dies bedeutet, daß die effusiometrische dreifachen Zeitkonstante τ sein. Wie man sieht, istthe area in which the portion of the chromatogram recorded by the effusion chamber is not located, somewhat moderately taking into account the amount of the commercially available approach to the valve). The chromatographic writing instruments met,
In the case of a jammed flow, it is advisable to stop the graphic separation, of course, while the dissolution by tape transport on the sections AB and A 1 B ' diffusion continues. So that the latter 55 on the device 5 recording the chromatogram does not have to stop and switch off the device during the total duration of all congestion. That becomes large after, the outflow time constant must be sufficient variant a) the recorded chromatogram is small. Since the reduction in the chamber volume V FIG. 6 and that obtained according to variants b), c) also leads to a reduction in T 0 , these chromatograms in FIG. 7 (above). In Fig. 7 Both causes of a reduction in triggering are the same - 60 below is the recording of the activated second to be combated in good time. The time constant τ 0 is, however, the writing instrument 9 and the sketch for the following downwardly limited by the time constant of the detector 2, evaluation of this recording (interference level limit amplifier and the recorder 5. A nation and logarithmizing),
Closer investigation shows that from this standpoint, a time constant τ 0 S 0.3 to 0.5 s favorable 65 is increased when the signal is on the section. It is shown below that the effusiometric AB can be reduced to practically the interference level. Curve in the course of some time constants τ- For this purpose, the section AB must be at least equal to the increase. This means that the effusiometric time constant should be three times τ. As you can see is
das Chromatogramm nach den Varianten b) und c) deutlicher.the chromatogram according to variants b) and c) is clearer.
Das Vorhandensein von Beimengungen im Trägergas, auf welche der Detektor 2 anspricht, in Konzentrationen, die mit der Konzentration der zu analysierenden Komponente vergleichbar sind, kann im Prinzip die effusiometrische Analyse etwas erschweren. Wenn sich das Molekulargewicht der Beimengung beträchtlich vom Molekulargewicht der Komponente unterscheidet, hat die Kurve In Z — /(/) einen Knick, und die Auswertung ermöglicht die Bestimmung des Molekulargewichtes M. The presence of admixtures in the carrier gas to which the detector 2 responds in concentrations which are comparable with the concentration of the component to be analyzed can in principle make the effusiometric analysis somewhat more difficult. If the molecular weight of the admixture differs considerably from the molecular weight of the component, the curve In Z - / (/) has a kink, and the evaluation enables the molecular weight M to be determined.
Die Genauigkeit der Bestimmung des Molekulargewichtes der Komponenten wird bei verunreinigtem Trägergas größer, und die Auswertungszeit wird geringer, wenn man im Verstärkungsteil der Meßeinrichtung einen Integrator vorsieht. Während der effusiometrischen Analyse wird das Integratorausgangssignal S nach einer Zeitspanne von / > 5 bis 6 · τ mit hinreichender Genauigkeit von der Beziehung Bei der hier beschriebenen Analysenmeßeinrichtung wird zur Integration eine RC-Kette und ein in der Meßeinrichtung bereits vorhandener voll rückgekoppelter Gleichstrom-Verstärker 10 (F i g. 2) benutzt. Der Eingangswiderstand des Verstärkers dient dabei als Ä-Element der Kette, während das C-Element zwischen dem Steuergitter und dem Eingangswiderstand des Verstärkers eingeschaltet wird (die Anordnung der ßC-Kettenelemente im Gleichstromverstärker ist aus F i g. 2 ersichtlich).The accuracy of the determination of the molecular weight of the components is greater when the carrier gas is contaminated, and the evaluation time is shorter if an integrator is provided in the amplification part of the measuring device. During the effusiometrischen analysis is the integrator output signal S after a period of /> 5 to 6 · τ with sufficient accuracy from the relationship In the presently described Analysenmeßeinrichtung is to integrate an RC chain and an existing full-feedback in the measuring device DC amplifier 10 (Fig. 2) is used. The input resistance of the amplifier serves as the λ-element of the chain, while the C-element is switched on between the control grid and the input resistance of the amplifier (the arrangement of the ßC-chain elements in the DC amplifier can be seen from FIG. 2).
Bei der oben beschriebenen Schaltung hat das Ausgangssignal des Verstärkers die Form:In the circuit described above, the output signal of the amplifier has the form:
Λ.Λ.
JjLJjL
S = ΙότοβΤ+ Ii'T0]/M] + Z1; S = Ιότ ο βΤ + Ii'T 0 ] / M] + Z 1 ;
wiedergegeben, worin /'0 der momentane Wert des Komponentensignals am Integrationsanfang, J0" der momentane Wert einer etwaigen Beimengung mit dem Molekulargewicht M im Trägergas am Integrationsanfang (dieses Molekulargewicht darf nicht das Mehrfache des Molekulargewichtes der Komponente betragen) und /, der momentane Wert des Störpegels oder Rauschsignals des Detektors sind. Das letztere schließt auch Signale von allen sehr schweren Beimengungen im Trägergas ein.reproduced, where / ' 0 is the current value of the component signal at the start of integration, J 0 "is the current value of any admixture with the molecular weight M in the carrier gas at the start of integration (this molecular weight must not be a multiple of the molecular weight of the component) and /, the current value the interference level or noise signal of the detector The latter also includes signals from any very heavy impurities in the carrier gas.
Der Integrator wird nach Ablauf einer vorgegebenen, jedoch für die jeweilige Versuchsreihe konstanten Zeitspanne gleichzeitig mit dem Schließen des Ventils 4 oder kurz danach eingeschaltet. Wie ai.s der Gleichung (7) hervorgeht, wird das Integral nach Ablauf einiger Zeitkonstanten τ praktisch eine lineare Funktion, so daß die Kurve / = /(/) eine Gerade wird. Die graphische Extrapolation dieser Geraden zum Zeitpunkt des Integrationsanfangs ergibt den WertThe integrator becomes after a specified, but constant for the respective test series Period of time switched on simultaneously with the closing of valve 4 or shortly thereafter. As in the equation (7), the integral becomes practically a linear function after some time constants τ have elapsed, so that the curve / = / (/) becomes a straight line. the graphical extrapolation of this straight line at the time of the start of integration gives the value
wobei τ die Ausströmzeitkonstante der Trägergasbeimengung ist.where τ is the outflow time constant of the addition of carrier gas is.
Die Analyse dieser Gleichung zeigt, daß das Ausgangssignal eines solchen Integrators bei kleinen Werten
von / kein Integral des Ionenstroms ist, aber bei hinreichend großen t zu einem solchen wird.
Bei ι > τ und / >
r gilt der Ausdruck der Form:Analysis of this equation shows that the output signal of such an integrator is not an integral of the ion current for small values of /, but becomes one for sufficiently large t.
With ι > τ and /> r the expression of the form applies:
U =U =
Das Ausgangssignal U wird also eine lineare Funtion von t. Die Extrapolation dieser Funktion zum Zeitpunkt der Integratoreinschaltung gibt den WertThe output signal U thus becomes a linear function of t. The extrapolation of this function at the time the integrator is switched on gives the value
U = Z1R+-L U = Z 1 R + -L
Z-Tl).Z- Tl) .
(13)(13)
= /0't0 = / 0 't 0
/o'r0 fM]. / o'r 0 sc].
Da die Konzentration der Beimengung im Trägergas normalerweise ziemlich konstant ist, läßt sich der Wert Z0'r0 ylHTuT jedes Chromatogramm durch das Subtrahieren aus ^_ des zwischen zwei Chromatogrammen gemessenen Wertes ^0" T0 ]/~M~ bestimmen. Ebensogut kann man auch den Wert Z0" zwischen zwei Chromatogrammen messen und den Wert Z0 durch das Subtrahieren der Werte Z0" und Z1 aus dem Momentanwert Z0 zum Zeitpunkt jeden Integrationsanfanges gewinnen. Since the concentration of the admixture in the carrier gas is usually fairly constant, the value Z 0 'r 0 ylHTuT of each chromatogram can be determined by subtracting from ^ _ the value ^ 0 "T 0 ] / ~ M ~ measured between two chromatograms one can also measure the value Z 0 "between two chromatograms and obtain the value Z 0 by subtracting the values Z 0 " and Z 1 from the instantaneous value Z 0 at the time of each start of integration.
Die Größe Z1Z? ist die Potentialdifferenz IZ1, die durch den Rauschstrom des Detektors am Eingangswiderstand des Verstärkers bei abgeschaltetem Integrator hervorgerufen wird.The size Z 1 Z? is the potential difference IZ 1 , which is caused by the noise current of the detector at the input resistance of the amplifier when the integrator is switched off.
Der Vergleich der Ausdrücke (13) und (8) gibtThe comparison of expressions (13) and (8) gives
U-U1 =UU 1 =
C ' C '
(14)(14)
In der gleichen Weise läßt sich auch die DifferenzIn the same way the difference
(U - U1)" = 2l (U - U 1 ) " = 2l
— Λ> ~ ΛΓ ~ Λ- Λ> ~ ΛΓ ~ Λ
Die Zeitkonstante T0 wird aus dem Peak einer Substanz (bzw. aus den Peaks mehrerer Substanzen) mit bekanntem Molekulargewicht M bestimmt.The time constant T 0 is determined from the peak of a substance (or from the peaks of several substances) with a known molecular weight M.
Das Molekulargewicht M der unbekannten Substanz wird also nach folgender Formel bestimmt:The molecular weight M of the unknown substance is determined using the following formula:
durch Integration in den Pausen zwischen den Peaks oder Chromatogrammen bestimmen. Andererseits ist ofLM?™entan««rt des Spannungsabfalls am Ein- ^widerstand des Verstärkers im Augenblick des Integrationsanfangesdetermine by integration in the pauses between the peaks or chromatograms. On the other hand OFL M? ™ entan «« rt of the voltage drop at the input of the amplifier ^ resistance at the moment of integration beginning
o = (Z1 +Z0' + Z0") R , (16)o = (Z 1 + Z 0 '+ Z 0 ") R , (16)
** Β™™^ hervorgerufene ** Β ™haben ^ evoked
= Z0" R = Z 0 " R
(17)(17)
11 1211 12
ist. Die Gegenüberstellung von (14) bis (17) und (10) Trennsäulen sind das zweite und dritte Ausführungsgibt beispiel besser geeignet.is. The comparison of (14) to (17) and (10) separation columns are the second and third embodiments example better suited.
Die Arbeitsweise beim zweiten AusführungsbeispielThe operation in the second embodiment
w _ / f^£\ ΓJ^ ~ ^i) ~ ^_J~__m_'L~l2 (iHi unterscheidet sich im Prinzip nicht wesentlich von derw _ / f ^ £ \ ΓJ ^ ~ ^ i) ~ ^ _J ~ __m_'L ~ l 2 (iHi does not in principle differ significantly from the
~~ \ ro / L Un ~ U0" -LJ1 J 5 beim ersten Ausführungsbeispiel.~~ \ r o / L U n ~ U 0 "-LJ 1 J 5 in the first embodiment.
Der Hauptteil des aus Füllsäule 3' (F i g. 3) austretenden Gasstromes gelangt jedoch im GegensatzHowever, the main part of the gas flow emerging from the filling column 3 '(FIG. 3) arrives in the opposite direction
Die Größe (ÄC/r(1)! spielt bei Bestimmung des zum ersten Ausführungsbeispiel nicht in die Effusions-Molekulargewichtes
durch Integration die Rolle einer kammer 1, sondern wird entweder abgelassen oder
Eichkonstante. Ein nach dieser Methode aufgenom- io durch einen üblichen chromatographischen Detektor 8
menes Chromatogramm ist in F i g. 8 (oben) angege- geleitet, der in diesem Fall das quantitative Ergebnis
ben. Die Abszissenachse ist die Zeitachse. Die Werte liefert. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden beim
des Detektorausgangssignals U sind auf der Ordi- Übergang zur effusiometrischen Analyse beide Vennatenachse
aufgetragen. Dargestellt sind zwei aufein- tile 4 und 7 gleichzeitig geschlossen.
anderfolgende Peaks. In den Zeitpunkten Q und A' 15 Die Wirkungsweise des dritten Ausführungsbeispiels
wird das Ventil 4 der Effusionskammer 1 geschlossen entspricht im Prinzip gleich der des ersten Ausfüh-
und der Integrator eingeschaltet. Die Abschaltung des rungsbeispiels.The quantity (C / r (1 ) ! ) Does not play the role of a chamber 1 in the determination of the effusion molecular weight by integration in the first exemplary embodiment, but is either drained or a calibration constant. A conventional chromatographic detector recorded according to this method 8 The chromatogram is given in Fig. 8 (above), which in this case shows the quantitative result. The abscissa axis is the time axis. The values are supplied. In this embodiment, the detector output signal U are on the ordi transition Both venous axes are plotted for effusiometric analysis, showing two on-tile 4 and 7 closed at the same time.
other peaks. In the time points Q and A '15 The operation of the third embodiment of the valve 4 of the effusion cell 1 is closed corresponds in principle equal to that of the first execution and the integrator turned on. The shutdown of the example.
Integrators erfolgt in den Zeitpunkten C, C und die Die F i g. 2 gibt den Aufbau der Analysenmeßein-Integrator takes place at times C, C and the F i g. 2 gives the structure of the analytical measurement
öffnung des Ventils 4 in den Zeitpunkten B, B'. richtung in Einzelheiten schematisch wieder.opening of valve 4 at times B, B '. direction in details again schematically.
Chromalogramme der angegebenen Art werden nur 20 Der Aufbau der Effus.iometerkammer 1, des Venunter der Bedingung erhalten, daß die Ausströmzeit- tils 4 und der Massenspektrometerkammer mit Ionenkonstante der untersuchten Komponente größer ist quelle ist jedoch in F i g. 9 näher dargestellt (die als die Zeitkonstante des /?C-Integrators und daß die Effusionskammer 1 und das Ventil 4 sind konstruktiv Konzentration der untersuchten Komponente höher zu einer Baugruppe vereinigt).Chromalograms of the kind given are only shown. The structure of the effusiometer chamber 1, the venus the condition that the outflow time tils 4 and the mass spectrometer chamber with the ion constant of the component under investigation is greater, however, the source is shown in FIG. 9 shown in more detail (the than the time constant of the /? C integrator and that the effusion chamber 1 and the valve 4 are constructive Concentration of the examined component higher combined into one assembly).
ist als die der Beimengung. Diese Bedingung geht aus 25 Die nachstehende Beschreibung soll sich gleichder Gleichung (11) hervor. zeitig auf diese beiden Zeichnungen beziehen.is than that of admixture. This condition is assumed to be the same. The description below is intended to be the same Equation (11). refer to these two drawings in good time.
Bei Einhaltung der oben angegebenen Bedingung Der aus der chromatographischen Trennsäule 3 austritt auf der chromatographischen Kurve zum Zeit- tretende Gasstrom gelangt durch das Ventil 4 und die punkt des Integrationsanfanges ein gut erkennbarer Kammer 1 in eine Ionenquelle 11 (F i g. 2) und wird Knick auf, der eine genaue Bestimmung von U0 3° aus dieser durch eine Evakuierungsanlage abgesaugt, wesentlich erleichtert. die aus einer Diffusionspumpe 12 mit Kühlfalle undIf the above condition is observed. The gas flow emerging from the chromatographic separation column 3 on the chromatographic curve at the time passes through the valve 4 and the point of the integration start a clearly recognizable chamber 1 into an ion source 11 (FIG. 2) and becomes Knick, which significantly facilitates the precise determination of U 0 3 ° from this by an evacuation system. from a diffusion pump 12 with cold trap and
Als Universaldetektor lassen sich in der beschriebe- einer Vorvakuumpumpe 13 mit Verbindungsleitungen nen Analysenmeßeinrichtung verwenden: besteht. Der Druck in der Kammer des Massenspektro-A backing pump 13 with connecting lines can be used as a universal detector in the described Use an analytical measuring device: exists. The pressure in the chamber of the mass spectrometer
a) Ein Massenspektrometer, das stets auf einen meters und der Vorvakuumdruck werden mit Hilfe bestimmten Massenscheitelwert (peak) oder auf eine 35 eines kombinierten Wärmeleitungs- und Ionisations-Gruppe von Scheitelwerten, zu der kein Scheitelwert Vakuummeters 14 gemessen.a) A mass spectrometer that is always on a meter and the fore-vacuum pressure are using certain mass peak value or on a 35 of a combined heat conduction and ionization group of peak values for which no peak value vacuum gauge 14 was measured.
des Trägergases gehört, eingestellt wird. Der Gasdurchsatz wird mit dem Ventil 4 geregeltheard of the carrier gas. The gas throughput is regulated with valve 4
b) Eine Vorrichtung, die die Aufnahme des ganzen und beträgt bei Kapillartrennsäulen (unter normalen
Massenspektrums der aus der Effusionskammer aus- Versuchsverhältnissen) 0,2 bis 0,3 cm3/min.
tretenden Komponente nach Wunsch der Bed ie- 4° Das Ventil 4 besteht aus einem Gehäuse 15 (F i g. 9),
nungsperson ermöglicht (bei besonders vollkommenen das gleichzeitig als Gehäuse der Effusionskammer 1
Ausführungsformen der Analyseneinrichtung). Es ist dient, einem Ventilsitz 16 und einer Ventilnadel 17.
wichtig hervorzuheben, daß bei Anwendung solcher Die letztere bildet gleichzeitig den Kern des außen
Meßeinrichtungen ein Massenspektrum viel genauer angebrachten Elektromagneten 18. Bei erregtem Elekals
bei allen herkömmlichen Chromato-Massenspek- 45 tromagneten 18 ist die Lage des Kernes in bezug auf die
trometern mit schneller Registrierung des Massen- anderen Teile des Magnetkreises genau festgelegt. Die
spektrums ausgewertet werden kann, da das Gesetz Durchsatzmenge wird bei erregtem Magneten 18
des Druckabfalls in der Ionenquelle des Massen- durch Verstellung des Magneten samt Ventilnadel 17
spektrometer auf dem Abschnitt AB genau bekannt gegenüber dem Ventilsitz 16 mit Hilfe einer Mikroist
und man eine genaue Korrektur 5° meterschraube 19 eingestellt. Beim abgeschalteten b) A device that takes up the whole and amounts to 0.2 to 0.3 cm 3 / min in the case of capillary separation columns (under normal mass spectrum of the experimental ratios from the effusion chamber).
The valve 4 consists of a housing 15 (FIG. 9), which enables the operator (in the case of particularly perfect embodiments of the analysis device that simultaneously act as the housing of the effusion chamber 1). It is important to emphasize a valve seat 16 and a valve needle 17 that when using such The latter also forms the core of the outside measuring devices a mass spectrum much more precisely attached electromagnet 18 the position of the core in relation to the trometers with rapid registration of the mass - other parts of the magnetic circuit precisely determined. The spectrum can be evaluated because the law of throughput is precisely known when the magnet 18 is excited, the pressure drop in the ion source of the mass by adjusting the magnet including the valve needle 17 spectrometer on the section AB compared to the valve seat 16 with the help of a micro and you can make an exact correction 5 ° meter screw 19 set. When switched off
Magnet 18 kommt die Nadel unter der EinwirkungMagnet 18 comes the needle under the action
j^ _ Js- ,.„. einer Feder 20 auf den Ventilsitz 16 zur Auflage und j ^ _ Js-,. ". a spring 20 on the valve seat 16 to rest and
1 ' schließt die Durchtrittsöffnung des Ventils 4 ab. 1 'closes the passage opening of the valve 4.
Die überwiegende Zahl der in der Ionenquelle 11The majority of the ion source 11
aller Massenscheitelwerte vornehmen kann. In der 55 entstehenden Ionen (es sind die Ionen mit einemof all mass peak values. In the 55 resulting ions (these are the ions with a
Formel (19) bedeutet tn die Registrierzeit des «-ten Massenwert von über 12 Masseneinheiten) werdenFormula (19) means t n is the registration time of the «th mass value of over 12 mass units
gemessenen Massenscheitelwerts (vom ersten Massen- mit Ausnahme der Trägergasionen vom Auffänger 21measured peak mass value (from the first mass ion with the exception of the carrier gas ions from the collector 21
scheitelwert an gerechnet). (F i g. 2) gesammelt. Die Erfahrung hat gezeigt, daßpeak value calculated). (Fig. 2) collected. Experience has shown that
c) Bei einer besonders billigen und einfachen Aus- der Einfluß des Detektorrauschens oft geringer wird, führung der Analysenmeßeinrichtung kann ein Massen- 60 wenn der Auffänger nur Ionen mit einem Massenwert spektrometer als Detektor eingesetzt werden, dessen von über 30 Masseneinheiten sammelt, da dadurch der Ionenauffänger stets den größten Teil der Ionen c'er Rauschstrom der Ionen von H8O, Luft und CO eli-Gemischkomponenten, aber keine Ionen des Träger- miniert wird. Als Trägergas benutzt man Wasserstoff gases sammelt. oder Helium, die aus der Flasche 22 zugeleitet werden.c) If the influence of the detector noise is often less, a particularly cheap and simple way of guiding the analysis measuring device can be a mass spectrometer, if the collector only collects ions with a mass value of more than 30 mass units, Ion capture always the largest part of the ions c'er noise current of the ions of H 8 O, air and CO eli mixture components, but no ions of the carrier is minimized. Hydrogen gases are used as the carrier gas. or helium supplied from bottle 22.
Die Vakuumdetektoren sind jedoch nur imstande, 65 Der Ionenstrom wird mittels eines Gleichstromververhältnismäßig kleine Massenströme an Gasen durch- stärkers 10 und eines selbsttätigen Potentiometerzulassen, wie sie fast nur bei Kapillartrennsäulen an- Schreibers mit langsamer Aufzeichnungsgeschwindigfallen. Für den Betrieb an leistungsfähigeren gepackten keit (etwa 5 bis 20 mm/min) gemessen.The vacuum detectors are only able to 65 The ion current is proportional by means of a direct current to allow small mass flows of gases through amplifier 10 and an automatic potentiometer, as they almost only occur in capillary columns with slower recording speeds. Measured for operation on more powerful packed speed (approx. 5 to 20 mm / min).
13 ö - 1413 ö - 14
Während der Zeit, in der ein Chromatogramm die tätigt eine Kurvenscheibe 32 die Kontakte 39. Dabe During the time in which a chromatogram operates a cam disk 32 contacts 39. Dabe
Effusionskammer 1 und den Detektor 2 passiert, spricht ein Relais 42 an und öffnet Kontakte 43, diEffusion chamber 1 and the detector 2 passes, a relay 42 responds and opens contacts 43, ie
schaltet man den Elektromagneten 18 des Ventils 4 ab, die Kapazität C der Integrierkette des Gleichstromif the electromagnet 18 of the valve 4 is switched off, the capacitance C of the direct current integrating chain
die Ventilnadel kommt in die Schließstellung und Verstärkers überbrücken. Das Ausgangssignal von sperrt den Durchtritt des Gases auf. der chromato- 5 Detektor 2 gelangt auf die ÄC-Integrierkette./wird inthe valve needle comes into the closed position and the amplifier bridges. The output of blocks the passage of the gas. the chromato- 5 detector 2 arrives at the ÄC integrating chain. / is in
graphischen Säule 3 in die Effusionskammer 1 ab. Verstärker 10 verstärkt und der Chromatogrammgraphic column 3 into the effusion chamber 1. Amplifier 10 amplified and the chromatogram
Der in der Kammer 1 zurückgebliebene Teil der schreiber 5 beginnt eine Integralkurve zu schreibenThe part of the writer 5 remaining in the chamber 1 begins to write an integral curve
Substanz aus dem Chromatogramm strömt über eine Die Integrationszeit wird durch das gewählte ProfiSubstance from the chromatogram flows over a The integration time is determined by the selected professional
oder mehrere öffnungen in der Membrane 23 (F i g. 9) der Nockenscheibe 32 bestimmt. Nach Beendigunjor several openings in the membrane 23 (FIG. 9) of the cam disk 32 are determined. After finishing
in den Detektor 2, der die Ausströmgeschwindigkeit io der Integration öffnen sich die Kontakte 39, und da;in the detector 2 which integrates the outflow velocity io open the contacts 39, and there;
der Substanz aus der Kammer 1 feststellt (das Volumen Relais 42 fällt ab. Dabei öffnen sich auch die Kontakt«of the substance from chamber 1 (the volume relay 42 drops out. This also opens the contacts «
der Kammer 1 und die Abmessungen der öffnungen 43 und der Schreiber 5 registriert das Rauschen desthe chamber 1 and the dimensions of the openings 43 and the writer 5 registers the noise of the
sind durch die gewählte Zeitkonstante τ0 bestimmt). Detektors 2. Nach Ablauf von 2 bis 3 s (diese Zeilare determined by the selected time constant τ 0 ). Detector 2. After 2 to 3 s (this line
Das Ventil 4 wird von Hand durch Betätigung des wird wiederum durch das Profil der Nockenscheibe 2"The valve 4 is operated manually by actuating the is in turn through the profile of the cam disk 2 "
Knopfes 24 (F i g. 2) oder selbsttätig mit Hilfe von 15 bestimmt) öffnet sich das Ventil 4 und der Schreiber ίButton 24 (Fig. 2) or determined automatically with the help of 15) the valve 4 opens and the recorder ί
Kontakten 26 einer Steuereinrichtung 25 betätigt, die nimmt die Registrierung des Chromatogramms wiedeiContacts 26 of a control device 25 actuated, which takes the registration of the chromatogram again
in einer bestimmten, der gewählten Signalamplitude auf. Die Kurvenscheibe 31 und die Kontakte 38in a certain, the selected signal amplitude. The cam 31 and the contacts 38
entsprechenden Höhe angeordnet und durch die dienen zur Rückstellung des Motorkontaktrelais 25arranged at a corresponding height and used to reset the motor contact relay 25
Schreiberfeder geschlossen werden. in die Ausgangsstellung.Pen pen to be closed. in the starting position.
Die Steuereinrichtung 25 besteht aus einem Satz 20 Die Messung des durch Beimengungen im TrägergasThe control device 25 consists of a set 20 The measurement of the admixtures in the carrier gas
von Nockenscheiben 27 bis 32, die von einem Syn- bedingten Signals, die zur Bestimmung des Molekular-of cam disks 27 to 32, which are triggered by a syn- dependent signal that is used to determine the molecular
chronmotor 33 in Drehbewegung versetzt werden und gewichtes nach der Gleichung (18) erforderlich ist,chronotor 33 can be set in rotation and the weight according to equation (18) is required,
die Kontakte 34 bis 39 nach einem vorgewählten wird von der Bedienungsperson in den Pausen zwischenthe contacts 34 to 39 after a preselected is made by the operator in the pauses between
Zeitplan schließen. Der Aufbau der Steuereinrichtung den Chromatogrammen durch Betätigung des KnopfesClose the schedule. The structure of the control device shows the chromatograms by pressing the button
gibt der Bedienungsperson die Möglichkeit, die Meß- 25 24 ausgeführt,gives the operator the opportunity to run the measuring 25 24,
einrichtung wahlweise in automatischer oder nicht- . , .installation either in automatic or non-automatic. ,.
automatischer Arbeitsweise zu betreiben. Die ge- b> N.chtautomat.sche Arbe.tswe.se.to operate automatically. The b > N.chtautomat.sche Arbe.tswe.se.
wünschte Arbeitsweise wird mit dem Betriebsart- Der Betriebsartschalter 40 der Steuereinrichtung 25The desired operating mode is activated with the operating mode switch 40 of the control device 25
schalter 40 eingestellt. befindet sich in der Stellung II. Während des Durch-switch 40 set. is in position II. During the transit
a) Die automatische Arbeitsweise entspricht der 3° &nf? d™,^"ΤΤ^ n"? *"* Kam™rl Stellung I der Betriebsartschalter. Hierbei erfolgt ™?d, de" D*tekt c or 2 schaItc? die Βξ*ι™ψψ™α den die selbsttätige Messung der Molekulargewichte Motor33 der Steuere.nr.chtung 25 durch Betat.gung aller in der Mischung vorhandener Substanzen. des £no.pfes Q 2? c'n· ^ weiteren lauft der Meßvorganga) The automatic mode of operation corresponds to the 3 ° & n f? d ™ , ^ "ΤΤ ^ n"? * "* Kam ™ rl position I of the operating mode switch . Here, ™? D , de " D * tekt c or 2 switch ? the Β ξ * ι ™ ψψ ™ α to the automatic measurement of the molecular weights of the Motor33 Steuere.nr.chtung 25 by Betat.gung all in the mixture of existing substances. of £ no . pfes Q 2 ? c 'n * ^ further runs of the measuring process
b) Die nichtautomatische Arbeitsweise entspricht wie bei der Schalterstellung I ab.b) The non-automatic mode of operation corresponds to the switch position I ab.
der Stellung II des Betriebsartschalters 40. Hierbei 35 Messung des Molekulargewichtes nach der Diffe-position II of the operating mode switch 40. Here 35 measurement of the molecular weight according to the
erfolgt die Messung des Molekulargewichtes einer rentialmethode.the molecular weight is measured using a rential method.
oder mehrerer von der Bedienungsperson ausge- Man bringt den Wahlschalter 4J in die Stellung IV.one or more of the operator moves the selector switch 4J to position IV.
wählter Substanzen des Gemisches. Die Meßein- . . , .. , . , ..selected substances of the mixture. The measuring. . , ..,. , ..
richtung wird dann durch Betätigung des Knopfes a> Automat.sche Arbe.tswe.se.direction is then set by pressing button a > Automat.sche Arbe.tswe.se.
24 während des Durchganges des ausgewählten 4° Der Betriebsartschalter 40 der Steuereinrichtung 2524 during the passage of the selected 4 °. The operating mode switch 40 of the control device 25
Chromatogramms durch die Effusionskammer ί befindet sich in der Stellung I.The chromatogram through the effusion chamber ί is in position I.
und den Detektor 2 in Tätigkeit gesetzt. ,.,.., , , ^ , j w ·and the detector 2 is activated. ,., ..,,, ^, j w
° ° Wahrend des Durchganges des Maximums des ° ° During the passage of the maximum of the
Bei beiden Arbeitsweisen der Meßeinrichtung kann Chromatogramms durch die Kammer 1 und den De-In both modes of operation of the measuring device, chromatograms can be carried out through chamber 1 and the
die Messung sowohl nach der Differential- als auch 45 tektor 2 schließt die Schreiberfeder die Kontakte 26,the measurement after the differential as well as 45 detector 2, the recorder spring closes the contacts 26,
nach der Integralmethode erfolgen. Die gewählte wodurch der Motor 33 der Steuereinrichtung 25 intake place according to the integral method. The selected one whereby the motor 33 of the control device 25 in
Meßmethode wird mit dem Schalter 41 eingestellt. Bewegung gesetzt wird. Die Kurvenscheibe 27 be-The measuring method is set with switch 41. Movement is set. The cam disk 27 loads
Nachstehend ist die Reihenfolge der Schdltopera- wirkt durch Betätigung der Kontakte 34 das SchließenThe following is the sequence in which the switching operation is effected by actuating the contacts 34 and closing
tionen angegeben, die von der Bedienungsperson und des Ventils 4 und somit eine Unterbrechung des Gas-indicated by the operator and the valve 4 and thus an interruption of the gas
der Steuereinrichtung 25 bei Messung des Molekular- 5° Stroms aus der chromatographischen Trennsäule 3 inthe control device 25 when measuring the molecular 5 ° current from the chromatographic separation column 3 in
gewichtes ausgeführt werden. die Effusionskammer 1. Die Nockenscheibe 30 öffnetweight to be executed. the effusion chamber 1. The cam disk 30 opens
Messung des Molekulargewichtes nach der Integral- die Kontakte 37, wobei der Schreiber 5 mit kleinerMeasurement of the molecular weight according to the integral- the contacts 37, the writer 5 with smaller
methode: Bandgeschwindigkeit vom Gleichstromverstärker 10method: tape speed from DC amplifier 10
Der Schalter 41 befindet sich m der Stellung III. getrennt und der Eingang des letzteren kurzgeschlossenThe switch 41 is located m the position III. disconnected and the input of the latter short-circuited
a) Automatische Arbeitsweise: 55 wird· ^/ΤΤ^ΐ^ ™ "u^ di<\Kontakte 36' τ-. r.t-u * i. u An u c j -U- j wodurch der Schreiber 9 mit hoher Bandgeschwindig-Der Betriebsartschalter 40 befindet sich in der keit mit seinem Eingang an den Verstärker 10 angesteiiungi. schlossen wird. Jetzt betätigt die Kurvenscheibe 28 Während des Durchganges des Chromatogramms die Kontakte 35 und setzt damit den Motor des durch die Effusionskammer 1 und den Detektor 2 60 Schreibers 5 außer Betrieb und schaltet den Motor schließt sie Schreiberfeder die Kontakte 26, wobei der des Schreibers 9 ein. Die Zeit zur Aufzeichnung der Motor 33 der Steuereinrichtung 25 eingeschaltet wird. Ausströmgeschwindigkeit der Meßkomponentc aus Die Nockenscheibe 27 bewirkt durch Schließen der der Kammer 1 mit dem Schreiber 9 wird durch das Kontakte 34 das Absperren des Ventils 4 und somit Profil der Nockcnscheiben bestimmt. Nach Beendieine Unterbrechung des Gasstroms von der chromato- 65 gung der Molekulargewichtsmessung werden die graphischen Trennsäule 3 in die Effusionskammer 1. Kontakte 34, 35, 36, 37 und 39 durch die betreffenden Gleichzeitig oder eine vorgegebene Zeilspanne danach Nockenscheiben in ihre Ausgangsstellung zurückgehe nach dem gewählten Nockenscheibenprofi!) be- bracht. Es öffnet sich das Ventil 4. und dera) Automatic mode of operation: 55 becomes · ^ / ΤΤ ^ ΐ ^ ™ "u ^ di < \ contacts 36 'τ-. rt-u * i. u An ucj -U- j causing the recorder 9 to operate at high tape speed 40 is in the ability with its input to the amplifier 10. Now the cam 28 actuates the contacts 35 during the passage of the chromatogram and thus puts the motor of the recorder 5 through the effusion chamber 1 and the detector 2 60 out of operation and switches the motor, the pen spring closes the contacts 26, with that of the pen 9. The time for recording the motor 33 of the control device 25 is switched on the shut-off of the valve 4 and thus the profile of the cam disks are determined by the contacts 34. After an interruption in the gas flow from the chromatography of the molecular weight measurement, di e graphic separating column 3 into the effusion chamber 1. Contacts 34, 35, 36, 37 and 39 are brought back to their starting position by the respective cam disks or a predetermined time span according to the selected cam disk profile!). The valve opens 4. and the
des Gerätes 5 nimmt die Chromatogrammaufzeichnung wieder auf. Die Nockenscheibe 31 mit Kontakten 38 dient zur Rückstellung der Steuereinrichtung 25 in den Ausgangszustand.of the device 5 resumes the chromatogram recording. The cam disk 31 with contacts 38 serves to reset the control device 25 to the initial state.
5 b) Nichtautomatische Arbeitsweise. 5 b) Non-automatic mode of operation.
Der Betriebsartschalter 40 der Steuereinrichtung befindet sich in der Stellung II.The operating mode switch 40 of the control device is in position II.
IOIO
Während des Durchganges des Maximums des Chromatogramms durch die Kammer 1 und den Detektor 2 schaltet man den Motor 33 der Steuereinrichtung 25 durch Betätigung des Knopfes 24 ein. Im weiteren läuft der Meßvorgang in der gleichen Weise wie bei der Stellung I des Betriebsartschalters 40 ab. Bei kleinen Konzentrationen wird der Anteil des Rauschens im Integralwert relativ groß. Dies erschwert die Messung. Eine Kompensation des Detektorrauschens kann durch eine in Fig. 10 dargestellte ao Ionisationskammer 44 erreicht werden, die einen radioaktiven Strahler enthält und im Sättigungszustand betrieben wird.During the passage of the maximum of the chromatogram through chamber 1 and the Detector 2, the motor 33 of the control device 25 is switched on by actuating the button 24. The measuring process then proceeds in the same way as with position I of the operating mode switch 40 away. In the case of small concentrations, the proportion of noise in the integral value becomes relatively large. This makes it difficult the measurement. The detector noise can be compensated for by an ao shown in FIG Ionization chamber 44 can be achieved, which contains a radioactive emitter and is in the saturation state is operated.
Die Ionisationskammer 44 von der Art einer Parallelplattenkammer hat zwei zylindrische Elektroden 45, 46. Die Strahlung einer radioaktiven Quelle 47 (eine /3-Strahlungsquelle aus Promethium — 147 von 20 Millicurie Aktivität) gelangt in die Ionisationskammer 44 durch eine mit einem Gitter abgeschlossene Öffnung in der Elektrode 45. Die Elektrode 46 bildet den Auffänger für Elektronen und negative Ionen. An der Elektrode 45 wird über eine Steckverbindung 48 ein negatives Potential von einem Netzgerät (in der Zeichnung nicht dargestellt) mit 400 V Ausgangsspannung angelegt. Der durch die Kammer 44 fließende Strom ist durch die Dosisleistung im Raum zwischen den Elektroden 45 und 46 bestimmt und kann durch Verstellung der Strahlenquelle 47 entlang der Öffnung in der Elektrode 45 mit der Mirkometerschraube 49 in einem weiten Bereich variiert werden. Die lonisationskammer wird mit trockener Luft (oder mit beliebigem anderen Gas) beim Atmosphärendruck gefüllt.The ionization chamber 44 of the type of a parallel plate chamber has two cylindrical electrodes 45, 46. The radiation from a radioactive source 47 (a / 3 radiation source from Promethium - 147 from 20 millicuries activity) enters the ionization chamber 44 through a closed with a grid Opening in the electrode 45. The electrode 46 forms the collector for electrons and negative ions. On the electrode 45 receives a negative potential from a power supply unit (in the Drawing not shown) with 400 V output voltage. The one flowing through the chamber 44 Current is determined by the dose rate in the space between the electrodes 45 and 46 and can through Adjustment of the radiation source 47 along the opening in the electrode 45 with the micrometer screw 49 in can be varied over a wide range. The ionization chamber is filled with dry air (or with any other gas) filled at atmospheric pressure.
Die notwendige Kompensation des Rauschstromes des Detektors 2 durch den Strom der Ionisationskammer 44 wird von der Bedienungsperson in den Pausen zwischen den Chromatogrammen eingestellt. Er stellt den Schalter 50 (F i g. 2) auf die Stellung V1 wobei sich das Ventil 4 schließt, und schaltet dann die Meßeinrichtung auf Integrieren um, indem er den Schalter 51 schließt. Mit dem Schalter 52 wird die Ionisationskammer 44 abgetrennt und mit dem Handgriff 53 der Strom der Ionisationskammer 44 auf einen Wert eingestellt, der die durch das zweite Glied rechts in der Gleichung (11) bedingte Zunahme des Integrals kompensiert, d. h., den geneigten linearen Abschnitt der Integralkurve in eine waagerechte Lage, wie dies F i g. 8 zeigt, überführt. Danach werden die Schalter 50, 51 wieder in die Ausgangsstellung gebracht.The necessary compensation of the noise current of the detector 2 by the current of the ionization chamber 44 is set by the operator in the pauses between the chromatograms. He sets the switch 50 ( FIG. 2) to the position V 1, whereby the valve 4 closes, and then switches the measuring device to integrating by closing the switch 51. The ionization chamber 44 is disconnected with the switch 52 and the current of the ionization chamber 44 is set with the handle 53 to a value which compensates for the increase in the integral caused by the second term on the right in equation (11), that is, the inclined linear section of the Integral curve in a horizontal position, as shown in FIG. 8 shows transferred. The switches 50, 51 are then returned to the starting position.
Die qualitative Analyse kann nach einem der folgenden drei Verfahren durchgeführt werdenThe qualitative analysis can be performed using one of the following three methods
a) bei Aufnahme des Chromatogramms ohne effusiometrische Ermittlung des Molekulargewichtes von Komponenten — durch Flächenmessung an der Aufzeichnung,a) when recording the chromatogram without the effusiometric determination of the molecular weight of components - by measuring the area of the recording,
b) bei Aufnahme des Chromatogramms ohne effusiometrische Ermittlung der Molekulargewichte der Komponenten — durch Integration der Peaksb) when recording the chromatogram without effusiometric Determination of the molecular weights of the components - by integrating the peaks
im Integrator (der Schalter 51 bleibt in diesen:
Falle während der Messung geschlossen),
c) bei Aufnahme des Chromatogramms mit gleichzeitiger effusiemeirischer Bestimmung des Molekulargewichtes
— aus einem Chromatogramm, das gleichzeitig mit einem anderen Detektor odei
wiederholt aber ohne Benutzung der Effusionskammer 1 aufgenommen wird, oder durch
Flächenmessung des bei der effusiometrischen Analyse »eingeschnittenen« Peaks (Fig. 5, 8,
oben). Hierzu ist folgende graphische Auswertung (F i g. 5 unten und F i g. 8 unten) notwendig.
Man zieht eine Gerade durch den Punkt c derart, daß sie die Verlängerung der linken Kurvenflanke
bildet. Die rechte Kurvenfianke wird entlang der Zeitachse bis zur Vereinigung des Punktes d mit
der Geraden verschoben (diese Lage ist gestrichelt gezeichnet.) Alsdann mißt man die waagerecht
schraffierte Fläche unter der Kurve aus.in the integrator (the switch 51 remains closed in this case during the measurement),
c) when recording the chromatogram with simultaneous effusiometric determination of the molecular weight - from a chromatogram that is recorded simultaneously with another detector or repeatedly but without using the effusion chamber 1, or by measuring the area of the peak "incised" during the effusiometric analysis (Fig. 5 , 8, above). The following graphical evaluation is necessary for this (FIG. 5 below and FIG. 8 below). A straight line is drawn through point c in such a way that it forms the extension of the left flank of the curve. The right edge of the curve is shifted along the time axis until point d meets the straight line (this position is shown with a dashed line). Then the horizontally hatched area under the curve is measured.
Bei dieser Auswertung wird automatisch der Substanzverlust berücksichtigt, der während der effusiometrischen Analyse entsteht. Der betreffenden Korrektur entspricht die schräg schraffierte Fläche (F i g. 5,8). Das oben beschriebene Verfahren bleibt selbstverständlich nur eine Näherung und berücksichtigt nicht die komplizierten Übergangsvorgänge, die sich am Eingang der Effusionskammer 1 beim Schließen und Öffnen des Ventils 4 abspielen. Die Erfahrung zeigt aber, daß der Fehler bei einer quantitativen Analyse von Gemischen nach dieser Methode höchstens 2 bis 3% beträgt. Er liegt also überhaupt innerhalb der Fehlergrenzen, wie sie bei Auswertung von nicht »eingeschnittenen« Kurven auftreten.In this evaluation, the loss of substance is automatically recorded that arises during the effusiometric analysis. The relevant correction corresponds to the obliquely hatched area (FIG. 5, 8). The procedure described above remains self-evident only an approximation and does not take into account the complicated transition processes that occur on Play the entrance of the effusion chamber 1 when the valve 4 is closed and opened. Experience shows but that the error in a quantitative analysis of mixtures by this method is at most 2 to 3%. So it is at all within the error limits, as it is when evaluating not "Cut" curves occur.
Der Strömungszustand am Auslaß der Kammer 1 während der effusiometrischen Bestimmung des Molekulargewichtes hängt von den Kammerabmessungen und Kammerdrucken ab. Der Druck in der Kammer im Augenblick des Ventilschließens wird hauptsächlich durch die Strömungsverhältnisse in der chromatographischen Trennsäule 3 bestimmt. Bei sehr großen. Durchsätzen an Trägergas kann es vorkommen, daß der Kammerdruck einige Zeit nach Schließen des Ventils über den Wert ansteigt, der für das Entstehen einer Knudsenströmung aus der Effusionskammer erforderlich ist. Unter diesen Umständen kann der Anfangsabschnitt der experimentell bestimmten Kurve, der einem bestimmten Zeitintervall nach Ventilschließen entspricht, eine Abweichung vom theoretischen Verlauf zeigen, der sich aus dem Ausströmgesetz für das betreffende Molekulargewicht ergibt (die Länge dieses Abschnittes hängt vom Molekulargewicht des Trägergases ab und beträgt bei leichten Gasen einige T0). Die Abweichung vom Ausströmgesetz ist in diesem Fall auf das Ausspülen der Meßkomponente aus der Effusionskammer durch das Trägergas sowie auf Sekundärerscheinungen in der Ionenquelle des Massenspektrometers zurückzuführen, die bei relativ hohen Drucken in der Kammer und Ionenquelle auftreten. Daher hat bei Bestimmung des Molekulargewichtes nach der Differentialmethode ein Anfangsabschnitt von der Länge einiger T0 auf der Zeitskala bei Auswertung der effusiometrischen Kurve außer Betracht zu bleiben. Bei Bestimmung des Molekulargewichtes nach der Integral methode ist es emprchlenswert, den Integrator nicht im Zeitpunkt des Ventilschließens, sondern etwas später (mit einer zeitlichen Verzögerung von einigen T0) einzuschalten. DieThe flow condition at the outlet of the chamber 1 during the effusiometric determination of the molecular weight depends on the chamber dimensions and chamber pressures. The pressure in the chamber at the moment the valve is closed is mainly determined by the flow conditions in the chromatographic separation column 3. With very large ones. Throughputs of carrier gas it can happen that the chamber pressure rises some time after closing the valve above the value which is necessary for the development of a Knudsen flow from the effusion chamber. Under these circumstances, the initial section of the experimentally determined curve, which corresponds to a certain time interval after valve closing, can show a deviation from the theoretical curve that results from the discharge law for the relevant molecular weight (the length of this section depends on the molecular weight of the carrier gas and is light gases some T 0 ). The deviation from the discharge law is due in this case to the flushing of the measuring component from the effusion chamber by the carrier gas and to secondary phenomena in the ion source of the mass spectrometer, which occur at relatively high pressures in the chamber and ion source. Therefore, when determining the molecular weight according to the differential method, an initial segment of the length of a few T 0 on the time scale has to be disregarded when evaluating the effusiometric curve. When determining the molecular weight by the integral method, it is emp r chlenswert not, but later turn on the integrator at the time of valve closing bit (with a time delay of several T 0). the
Ir 18 Ir 18
erforderliche Verzögerung kann durch entsprechende Gestaltung der Nockenscheibe 22 der Steuereinrichtung 25 vorgegeben werden.The required delay can be achieved by appropriately designing the cam disk 22 of the control device 25 can be specified.
Bei Versuchen mit der Analysenmeßeinrichtung wurde eine Kupferkapillartrennsäule von 50 m Länge verwendet. Als Füllung dient eine stationäre Phase. Die Säule war in einem Thermostaten angeordnet, der für die Konstanthaltung einer Temperatur im Bereich von 0 bis 2000C sorgte.In experiments with the analytical measuring device, a copper capillary separation column 50 m in length was used. A stationary phase serves as the filling. The column was arranged in a thermostat which ensured that a temperature in the range from 0 to 200 ° C. was kept constant.
Die Temperatur der Effusionskammer wurde während der Messung entweder zwischen 100 bis 1500C mit einer Genauigkeit von 0,30C konstant gehalten oder die Kammertemperatur wurde regelmäßig gemessen und zur Korrektur des Molekulargewichtes nach der Formel (5) ausgenutzt. Das Vakuumsystem der Meßeinrichtung wurde auf einer Temperatur von 2000C gehalten, so daß auch die Analyse von Substanzen mit niedrigem Dampfdruck möglich war. Ein Dauermagnet 54 (F i g. 2) gewährleistete eine hinreichende Stabilität der Massenspektrometeranzeige. Im Massenspektrometer war eine Ionenquelle 11 nach Art der Nierschen Quelle eingesetzt. Die Kathode wurde von einem elektronischen Emissionskonstanthalter 55 mit Heizstrom versorgt. Von diesem Gerät werden auch die erforderlichen Potentiale an die Elektroden angelegt.During the measurement, the temperature of the effusion chamber was either kept constant between 100 and 150 ° C. with an accuracy of 0.3 ° C. or the chamber temperature was measured regularly and used to correct the molecular weight according to formula (5). The vacuum system of the measuring device was maintained at a temperature of 200 0 C, so that the analysis of substances of low vapor pressure was possible. A permanent magnet 54 (FIG. 2) ensured adequate stability of the mass spectrometer display. An ion source 11 of the type of the Nier's source was used in the mass spectrometer. The cathode was supplied with heating current by an electronic emission control device 55. This device also applies the required potentials to the electrodes.
Die Meßeinrichtung wurde bei der chromatographischen Analyse einiger Mischungen ausprobiert, wobei die Molekulargewichte von Komponenten zu messen waren, die Substanzen aus verschiedenen Klassen mit Molekulargewichten zwischen 29 und 371 repräsentierten. Die Meßergebnisse sind in Fig. 11The measuring device was tried out in the chromatographic analysis of some mixtures, whereby the molecular weights of components were to be measured, the substances from different Classes with molecular weights between 29 and 371 represented. The measurement results are in FIG. 11
ίο (Messung nach der Integralmethode) und 12 (Messung nach der Differentialmethode) dargestellt. Auf der Abszissenachse sind die wirklichen und auf der Ordinatenachse die nach der Formel (10) (bei Integralmethode) bzw. (6) (Differentialmethode) errechneten Versuchswerte für die Molekulargewichte aufgetragen. Die Abweichung zwischen gemessenen und wirklichen Werten betrug 2 bis 3 %.ίο (measurement according to the integral method) and 12 (measurement according to the differential method). On the abscissa axis are the real ones and on the ordinate axis calculated according to formula (10) (with integral method) or (6) (differential method) Test values plotted for the molecular weights. The difference between measured and real Values was 2 to 3%.
Es wurden die Fehlergrenzen der Analysenmeßeinrichtung bei Molekulargewichtsbestimmung der Gas-The error limits of the analytical measuring device in determining the molecular weight of the gas
ao mischungskomponenten auch rechnerisch ermittelt.ao mixture components also determined by calculation.
Bei einer Registrierung mit Schreibern und vernünftigen Analysenzeiten beträgt der rechnerische Wert für den relativen Meßfehler 0,1 bis 0,5%.With a registration with recorders and reasonable analysis times, the arithmetical value for the relative measurement error 0.1 to 0.5%.
Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings
Claims (3)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEJ0035372 | 1967-12-29 | ||
| DEJ0035372 | 1967-12-29 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1648951A1 DE1648951A1 (en) | 1971-05-13 |
| DE1648951B2 DE1648951B2 (en) | 1975-09-11 |
| DE1648951C3 true DE1648951C3 (en) | 1976-04-15 |
Family
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