Пламенно-ионизационный детектор

 

ПЛАМЕННО-ИОНИЗАЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР , содержавши заземленный корпус , штуцеры для подвода питающего и анализируемого газов, горелку, служащую одновременно потенциальным электродом, датчик для контроля горения, измерительный цилиндрический электрод, установленный над соплом горелки, и регистратор, о тличающийся тем, что, с целью повьппения чувствительности детектора , обеспечения регистрации не полностью разделенных пиков, измерительньсй электрод выполнен из пиро электрического материала и служит датчиком контроля горения, причем на внутренюю и наружную, поверхность нанесены два дополнительных электрода , один из которых соединен с заземленным корпусом детектора, а другой (О с регистратором.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК цр а 01 g 31/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2!) 3554206/18-25 (22) 17.02.83 (46) 23.04.84. Бюл,Ф!5 (72) Е.Б. Шмидель, С. И.Михалюта и Л.Г. Гройсман (7!) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт хроматографии (53) 543.544(088.8) (56) !.Фарзане Н.Г., Илясов Л.В.

Автоматические детекторы газов.

И., "Энергия", !972, с. 68-75

2. Авторское свидетельство СССР

Р 162361, кл. G О1 N 3!/08, 16.04.64, (прототип) (54)(57) ПЛАМЕННО-ИОНИЗАЦИОННЫЙ ДЕТЕКТ0Р содержащий заземленный корпус, штчперы для подвода питающего

„,Я)„„1087887 A и анализируемого газов, горелку, служащую одновременно потенциальным электродом, датчик! для контроля горения, измерительный цилиндрический электрод, установленный над .соплом горелки, и регистратор, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности детектора, обеспечения регистрации не полностью разделенных пиков, измерительный электрод выполнен из пироэлектрического материала и служит датчиком контроля горения, причем на внутренюю и наружную поверхность нанесены два дополнительных электрода, один иэ которых соединен с заэем- ® ленным корпусом детектора, а другойс регистратором.

3 1087887 2

Изобретение относится к газовой род, установленный хроматографии, в частности к детек релки, и регистрато тирующим устройствам, применяемым Недостатками изв для анализа сложных ",.органических являются;относитель веществ, разделяемых хроматографи- вительность детекти ческими колонками, :и может быть частичного сбора и использовано в практике для решения контроля горения пл аналитических задач. конструкции as-за н

Известен пламенно-ионизационный тановки в чувствите детектор для газовой хроматографии, 10 мента контроля горе содержащий корпус, выполненный из Цель изобретения электропроводящего материала, изме- ствительности и обе рительный электрод, служащий одно" ности регистрации н временно штуцером для. ввода возду- деленных пиков. ха, потенциальный электрод, слу- Цель достигается жащий одновременно гррелкой и шту- но-ионизационный д цером для ввода газа-носителя и во- матографии, содержа дорода, штуцер для ввода дополни- церы для подвода пи тельного потока воздуха и штуцер для ируемаго газов, го вывода продуктор горЕния, одновременно потенц

Детектор имеет относительно низ- дом, датчики для ко кую чувствительность при детектиро- измерительный цилнн ванин высококипящих органических род, установленный веществ .и сложен по конструкции. ки, и регистратор, Кроме того, конструкция предусматри- электрод выполнен вает очень тщательную изоляцию ческого материала и корпуса от измерительного электро; контроля горения, и да, а учитывая, что требования к и наружную поверхно сопротивлению изоляции достаточно дополнительных элек г",лики (10 "2 10 13 Ом) обеспе- которых соединен с

30 чить ее при температурах детектн- пусом детектора, а рования свыше 300ОС достаточно слож- ратором. но. На фнг.1 изображ

Известен пламенно-ионизационный ров выполнения плам детектор, представляющий неболь- ного детектора; на шую камеру, в которой в миниатюр- З двух частично разде ной стрелке сжигается водород, вы- а- с помощью станда ходящий из хроматографинеской колон- ионизационного дете ки. Над пламенем водорода расположе мощью пламенно-темп на термопара. Прн выходе as колон-. тора, где в качеств ки углеводородов температура пламеО элемента используют ни увеличивается, пламя удпиняется кие датчики; 8-с по и охватывает термопару, изменяя ее мого пламенно"иониз

40

ЭДС f 1 ) .

Недостатками детектора являются низкая чувствительность и сложность обработки зарегистрированных частично разделенных пиков.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению и достигаемому эффекту является пламенноионизацианный детектор для хроматографии, содержащий заземленный корпус, штуцеры для подвода питаю-. щего и анализируемого газа, горелку, SS служащую одновременно потенциальным электродом, датчик горения, измерительный цилиндрический электНЗД СОПЛОМ I О» р (2) естного детектора но низкая нувстрования за счет онов элементом амени и сложность еобходимости усльном объеме эления пламени. — повышение чувспечение возможе полностью раэтем, что пламенетектор для хрощий корпус, штутающего и аналирелку, служащую нальным электронтроля горения, дрический элект-<, над соплом горелизмерительный из пироэлектрислужит датчиком ричем на внутренюю сти нанесены два трода, один иэ заземленным кордругой — с регистен один из примеенно-ионизационфиг.2 — записи ленных пиков: ртного пламенноктора; Б — с поературного детеке чувствительного ся пироэлектричесмощью предлагарационного детектора ..

Пламенно-нонизационный детектор для хроматографии содержит корпус 1, со штуцерами 2 и 16 для ввода питающего и анализируемого газов,в котором установлены измерительный цилиндрический электрод 3, выполненный из пироэлектрнческого материала, на внутренней и наружной поверхности которого нанесены электроды 4 и 5, сопло 7 из керамического электроизоляционного материала с расположенным на его конической части потенциальным электродом 8 и спираль 9 для поджига пламени. Электрод 5 соединен с регистратором 10.

3 10878

Пламенно-ионизационный детектор для хроматографии работает следующим образом.

При подаче выбранных расходов ! газа-носителя, водорода и воздуха через штуцеры 2 и 6 с помощью спирали 9 зажигают водородное пламя. Как известно, в водородном пламени прак ° тически отсутствуют ионы, поэтому через цепь измерительного. электрода 3 протекает незначителы1ый на- . чальный фоновый ток. После стабилизации температуры в чувствительном объеме датчика сигнал1 пироэлектрика также близок к нулю, в связи с тем, что сигнал пироэлектрика пропорционален величине пирокоэффициента (y 1 и скорости изменения температуры () . При попадании в L dt пламЯ сопла 7 анализируемых веществ (например органики) в нем sa счет хеминизации образуются ионы, которые под воздействием поляризующего напряжения источника питания. создают ток в цепи электрода 5, нанесенного на внутреннюю поверхностьпироэлектрического датчика. С другой стороны, прн сгорании анализируемого вещества (например органики! в водородном

30 пламени повышается его температура эа счет теплотворной .способности анализируемых веществ. Это обстоятельство приводит к тому, что на электроде 3 образуется дополнитель35 ный заряд о-- дТ . Этот заряд ь д образует дополнительный ток, увеличивая чувствительность пламенно-ионизационного детектора.

Существует целый ряд веществ (нап-40 ример органические амины или гидразины ), которые образуют незначительное число ионов в водородном пламени, имея при этом относительно большую теплотворную. способность. Поэтому 45 чувствительность предложенного пламенно-ионизационного детекторасущественно выше к таким веществам по сравнению с известным пламенно-ионизированнйм детектором. 50

Существенная способность предла-. гаемого детектора заключается в том, что в нем исключается необходимость установки элемента контроля горения пламени. Это вызвано тем, что в из; 55 вестном пламенно-ионизированном детекторе величина полезного сигнала может на много порядков (10 ) превы87 4 шать значение фонового тока (ток в отсутвии анализируемого вещества) и при работе на "грубых" шкалах (l0, l0 Э А) изменение тока за счет гашения пламени не может быть обнаружено. К тому же введение в чувствительный объем детектора элемента контроля горения пламени существенно усложняет его конструкцию и снижает чувствительность за счет утечки ионов анализируемого вещества на элемент контроля горения пла" мени.

В предложенном детекторе гашение пламени вызывает скорость изменения температуры существенно большую, чем полезный сигнал. Поэтому на всех пределах измерения полезных сигналов . можно всегда зарегистрировать гашение пламени, т.е. измерительный элект. род выполняет функцию датчика для контроля горения пламени.

Предложенный детектор позволяет раздельно регистрировать не полностью разделенные в колонке вещества. Это реализуется следующим образом. Величину пирокоэффициента и п=верхность пироэлектрика выбирают таким образом, чтобы сигнал за счет изменения иониэационного тока пламени был равен сигналу эа счет изменения температуры пламени. В этом случае (фиг.2 в) запись не полностью разделенных ников двух веществ зарегистрирована раздельно, при этом полученная запись удобна для обработки, так как величина сигнала в 2 раза больше, чем у известного пламенноионизационного детектора, однозначно обозначена вершина и высота пика.

На фиг.2 а изображена запись двух неразделенных веществ на пламенно-иоиизационном детекторе за счет изменения ионизационного тока, а на фиг.2 б — за счет изменения температуры пламени, то при сложении этих сигналов получается запись, изображенная на фиг.2 в . Эффект раздельной регистрации двух не полностью разделенных пиков можно распространить и на большее количество не полностью разделенных пиков.

Предлагаемый пламенно-ионизационный детектор для хроматографии реализован в макете. Используется стандартный пламенно-ионизационный детектор хроматографа ЛХИ-8МД, модель ¹5. Цилиндрический измерительный электрод заменяют на пироэлект1087887 рический датчик пирокатарометра хроматографа "Цвет-100". Такой пламенноионизационный детектор испытывается в комплекте с хроматографом ЛХМ8МД, модель У5.

Исследования проводят при следующих условиях: масштаб электрометрического усилителя малых токов

ИМТ-05 5 10 в А; расход, см /мин:

rasa-носителя 1азот 20, водоро- . да 3, роздуха 300; объем дозы смеси этилового спирта в азоте 0,125 смЗ, концентрация 2,6 ° 10 м/мл, колонка металлическая длиной 1 м, внутренний диаметр 3 мм; неподвижная фаза полиэтиленгликоль 600, 15Х на хроматоне; температура термостата колонок !00 С, испарителя 200 С.

Регистрация сигнала производится с помощью самописца КСП-4 со шкалой 1 мВ и временем пробега кареткой шкалы 1 с.

Проводится сравнительный анализ чувствительности серийного и предложенного пламенно-ионизационного детектора. В результате обработки данных установлено, что чувствительность предложенного пламенно- ионизационного детектора в 5 раз выше

5 серийного. Однако полученная цифра увеличения чувствительности не является предельной, так как использованный пироэлектрический датчик обладает низким значением пирокоэффициента, а. в процессе эксперимента не представляется возможность выбрать оптимальную конструкцию детектора и материал пироэлектрика.

Внедрение предложенного детектора в практику хроиатографического приборостроения позволит получить существенный эффект путем повышения чувствительности детектирования, уп,рощения конструкции и раздельной регистрации не полностью разделенных пиков, позволяющих упростить трудоемкость обработки результатов анализа, и следовательно, повышения производительности газового хроматографа.

1087887

Составитель В. Сизенев

Техред С.Иигунова Корректор g, Эрдейи

Редактор А. Козориз

Заказ 2649/40 Тиразк 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4