Ионизационный детектор для газовой хроматографии

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (1Ц1004873 (61 ) Допол н и тельное к а вт. с внд-ву (22)Заявлено Я.08,81 (21) 332g128/23-25 (51)М. Кл.

С 01 И 31/08

0 01 М 27/62 с присоединением заявки №

Гееударстеенный кемнтет (23) Приоритет

Опубликовано 1 5, . 0033. . 8833. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 17.03.83 вв делам нэебретеннй н етхрытий (53) УДК 5И.5Ц4 (088.8}

::Ф ,ф

1

Всесоюзный научно-,исследовательский и конструктоф йий институт хроматографии

:чцЯ (71) Заявитель

{54) ИОНИЗАЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ ГАЗОВОЙ

ХРОМАТОГРАФИИ!

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к ионизационному анализу газов и паров, и может применяться в аналитическом приборостроении при;разработке газо5 вого анализа, газоанализаторов и газовых хроматографов.

Известно устройство для детектирования электроотрицательных соеди"

1о нений в газовой хроматографии 11, содержащее детектор с заземленным потенциальным электродом, измерительным электродом и источником ионизации.

Детектор подключен к стабилизирован15 ному источнику тока, представляющему собой стабилизатор постоянного тока с балластным сопротивлением 5 10 см, с значи тел ьно пр е вышающим сопроти вл ение детектора. Устройство представляет собой разновидность детектора захвата электронов, в котором расширен диапазон измеряемых концентраций веществ за счет поддержания постоянной величины тока, пропускаемого через детектор, и измерения падения напряжения на электродах детектора.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, вызванная наличием источника стабилизиро" а ванного напряжения, причем коэффици" ент стабилизации должен быть не менее, 1000, а также высокоомного сопротивления, тепловые шумы которого и дрейф ограничивают предельное измеря« емое значение полезного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому детектору является ионизационный детектор для газовой хроматографии, содержащий корпус, включающий потенциальный электрод, выполненный в виде штуцера для подачи анализируемого газа, в котором помещены источник ионизации и измерительный электрод, установленный в корпусе напротив потенциального электрода 1 2 ).

3 !00487

Недостатками данного устройства являются: конструктивная сложность за счет необходимости использования высоковольтного источника питания; S недостаточная селективность анализа к кислороду в связи с тем, что ионы, вынесенные в измерительный промежуток независимо от их подвижности, собираются измерительным электродом и 14 образуют полезный сигнал; наличие "мертвых" объемов в датчике, что вызвано необходимостью увеличения внутреннего диаметра корпуса до размеров, при которых исключается потеря полезного сигнала, т ° к потенциал корпуса детектора и из мерительного электрода примерно оди.наковы. Потенциал корпуса выше потенциала измерительного электрода на величину падения напряжения на измерительном сопротивлении измерителя тока детектора, поэтому при одинаковых расстояниях между потенциальным электродом и корпусом, потенциальным и измерительным электродами, вероятность сбора ионов на корпусе больше, чем на измерительном электроде, Этим и вызвана необходимость в увеличении геометрических размеров корпуса. щ

Целью изобретения является повышение селективности детектирования вещества и упрощение конструкции

Эта цель достигается тем, что пред" ложен ионизационный детектор для газо З5 вой хроматографии, содержащий корпус, включающий потенциальный электрод, выполненный в виде штуцера для подачи анализируемого газа, внутри которого размещен источник ионизации, измерительный электрод, установленный в корпусе напротив потенциального электрода„ в котором согласно изобретению штуцер выполнен из токопроводящего материала и электрически соединен корпусом детектора, который заземлен, На фиг. 1 изображен предлагаемый детектор в разрезе; на фиг. 2 — предпочтительный вариант выполнения детектора.

Детектор содержит заземленный корпус l, потенциальный электрод 2, являющийся одновременно штуцером для ввода анализируемого газа, к которому подсоединен дополнительный ввод газаносителя 3, измерительный электрод 4.

В штуцере установлен радиоактивный источник 5, представляющий собой тритий-титановую фольгу. Измерительный электрод 4 закреплен на проходном изоляторе б,а штуцер 7 служит для выхода анализируемого газа. Потенциальный 2 и измерительныйй 4 электроды образуют измерительный промежуток (зону регистрации), зона ионизации ограничена активной поверхностью радиоактивного источника излучения 5.

Детектор работает следующим образом.

В соответствии с выбранной методикой хроматографического разделения газ-носитель с определенным расходом (например 20-80 мл/мин ) подают в штуцер 2, поток газа-носителя через дополнительный ввод 3 выбирают такой величины (например, 70-! 30 мл/мин,: ), чтобы суммарный поток газа в зоне иониэации создавал линейную скорость газа, достаточную для выноса ионов анализируемого газа в измерительный промежуток. Практически изменяя величину дополнительного потока газа-носителя, добиваются наибольшей чувствительности при дозировании постоянного объема анализируемого вещества, Под воздействием радиоактивного источника 5 в зоне ионизации образуются положительные ионы газа-носителя и свободные электроны. Составляющая скорости электронов в направлении зоны регистрации практически равна нулю, а величина скорости положитель ° ных ионов также незначительна, Начальный ток измерительного электрода 4 близок к нулю (ток отличен от нуля из-за наличия неконтролируемых примесей электроноакцепторных веществ в газе-носителе ). Если в газе имеются вещества, обладающие положительным средством к электрону (например, хлорсодержащие органические соединения), то они в зоне ионизации захватывают свободные электроны, образуя отрицательные ионы. Составляющая скорости этих ионов в направлении эоны регистрации значительно больше, чем у электронов и они выносятся в измерительный промежуток, не рекомбинируя с положительными ионами. В изме рительном промежутке они индуцируют заряд на измерительном электроде 4.

Полнота сбора ионов на измерительном электроде 4 обеспечивается за счет того, что потенциальный электрод 2 и корпус соединены между со1004

873

5 бой (естественно их потенциалы одинаковы).

Индуцированный потенциал измерительного электрода 4 противоположный заряду движущегося иона. Это обстоятельство позволяет выбирать расстояние между корпусом 1, штуцером 2 и измерительным электродом 4 сколь угодно малым, без боязни потери ионов анализируемого вещества на корпусе детектора, Поэтому представляется возможным выполнить конструкцию детектора без "мертвых" объемов.

Ток измерительного электрода 4 пропорционален количеству вынесенных ионов в зону регистрации и, соответственно, концентрации анализируемого вещества в элюате. Ре комбинировавшие на измерительном электроде 4 ионы через штуцер 7 выносятся потоком га- 20 за из объема детектора.

Корпус 1 может быть выполнен из трех последовательно соединенных частей А, Б, В (фиг. 2) . Первая часть А служит для смешения газа, выходящего из хроматографической колонки и дополнительного потока газа-носителя, другая часть Б образует зону ионизации и часть В образует зону регистра-з1 ции. В этом варианте выполнения детектора корпус 1 выполнен как продолжение штуцера 2 и имеет те же геометрические размеры. Выход анализируемого газа осуществляется через трубку 7 в проходном изоляторе 6, которая одновременно служит электрическим выводом измерительного электрода 5. Такая конструкция детектора позволит реализовать практически "идеальную" газовую динамику детектора, исключая прямое и обратное перемешивание газа.

Это, в свою очередь, позволяет исполь" зовать детектор для детектирования газа, выходящего из набивной, капиллярной и микронабивной колонок.

Описанный детектор был изготовлен и испытан в комплекте с хроматогра" фом ЛХИ-7А. В качестве источника ионизации использовался радиоактивный триМ тий, сорбированный на титановой фольге. Внутренний диаметр эоны ионизации составил 3 мм, ее протяженность

30 мм. Вели чи на тока и эмери тел ьного электрода 4 определялась с помощью измерителя малых токов ИИТ"05 и регистИ рировалась на самописце КСП-4 со шкалой 1 мв. В качестве газа-носителя и дополнительного потока газа-носителя использовался гелий . Хроматографическая колонка длиной 2 м и внутренним диаметром 3 мм бала заполнена моле" кулярными ситами NaX, зернением 0,25"

5 мм. Ниже приводятся конкретные примеры работы детектора.

Пример 1 Анализу подвергал" ся воздух (кислород воздуха). Расход газа-носителя 50 мл/мин, расход дополнительного потока газа-носителя

100 мл/мин, объем дозы l,5 10 мл.

-6

После обработки результатов анализа получено пороговое значение ч вствительности по кислороду - 3 10 об. .

Пример 2. Анализу подвергал" ся технический азот (примесь кислорода 0,1 об.4 в азоте). Расход газа"носителя 80 мл/мин, расход дополнительного потока газа-носителя 70 мл/мин, э объем дозы 1 10 "см

После обработки результатов анализа получено пороговое значение чувствительности по кислороду 3,7 10 об. 4> . причем чувствительность их к кислороду в 10". раз выше, чем к азоту.

Необходимо отметить, что полученные значения порога чувствительности детектора не указывают на его предельные возможности. В связи с отсутствием начального тока детектора (он практически равен нулю), представляется возможным использовать усилители с большим коэффициентом усиления, Так на самой чувствительной шкале усилиЯ теля ИМТ-05(2 10 А), шумы (Флукту" ации начального тока) не были обнаружены (порог чувствительности по току 2 ° 10 А) . Расчетное значение флук. я. туаций начального тока не превышает

10=" А.

Предложенный детектор обеспечивает прямое определение микроконцентраций кислорода в газах, в частности в гелии, и дает экономический эффект, который складывается за счет следующего: исключается необходимость в использовании дорогостоящего высоковольтного стабильного источника постоянного тока для питания детектора; исключается необходимость введе" ния изоляции между штуцером и корпусом, что повышает технологичность изготовления и снижает себестоимость детектора; расширяется область применения детектора в комплекте с набивной, микронабивной и капиллярной колонок;

Формула и зобретения

Ионизационный детектор для газовой хроматографии, содержащий корпус, включающий потенциальный электрод, выполненный в виде штуцера для по7 1004873 8 исключается не ся необходимость в исполь» дачи анализируемого газа, в котором зовании д р о огостоящей накопительной помещен источник ионизации, измериаппаратуры, т, к. детектор о есп ор обеспечи- тельный электрод, установленный в вает прямое определение микро и ние микроприме" корпусе напротив потенциального элект— рода,отличающийся тем, сей в газах.

В силу своеи простоты и малых гас тоты и малых га- что с целью повышения селективнос"

Ф бвязки предложен- ти детектирования вещества и упрощебаритов, простоты о и тектор может быть использован ния конструкции, штуцер выполнен из ныи детекто ект ив качестве чувстви е т тельного элемента токопроводящего материала и эл р переносного при ора дл б а ля санитарного 10 чески соединен с корпусом, который контроля примесей пестицидов в окр жающей среде..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

N 317971, кл. G 01 и 3/08, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

N 505956, кл. G 01 М 27/62, 1976 (прототип).

1004873 иимельиьа га- ИючитгМ

Реьактоо В. Тоубченко Техред A.À÷ Корректор Г. Огар

» Ь.» Ъ.В. »

Заказ 503 Тираж Й71 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l 035 Москва Ж-35 Раушская наб. д 4/5

g 35

А,»АА» Ь=- -»

Филиал ППП "Патент", г..Уигород, ул. Проектная, Ч