Способ ионизационного детектирования примесей в газах

 

1. СПОСОБ ИОНИЗАЦИОННОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ПРИМЕСЕЙ В ГАЗАХ, заключающийся в пропускания потока газа-носителя с анализируемыми веществаю и дополнительного потока газа через ионизационную камеру с зоной возбуждения электрическим полем и источником излучения и эоной измерения тока ионизации, о тличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности детектирования, поток газа-носителя с анализируемыми веществами пропускают через зону возбуждения, в качестве дополнительного потока газа используют газ с потенциалом ионизации ниже знергии метастабильного состояния атомов газа-носителя, пропускают его через зону измерения тока ионизации, причем в зоне возбуящения поддерживают напряженность электрического поля в интервале (О 800-2600 В/см. С 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании в качестве газа-носителя гелия в качестве дополнительного потока газа используют воздух.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕО (ИХ

PECflYSËÈН ((9) (! Ц (3()4 G 01 N 27 66 30 70

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3707445/23-25 (22) 28.02.84 (46) 15.08.85. Бюл. Ф 30 (72) E.Á.Øìèäåëü и Ю.М.Генкин (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт хроматографии (53) 543.544(088.8) (56) Бражников В. Дифференциальные детекторы для газовой хроматографии. М.: Наука, 1974, с. 94.

Авторское свидетельство СССР

9 160363, кл. G 01 N 31/08, 1982.

Авторское свидетельство СССР

В 972395, кл. G 01 N 31/08, 1981 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ИОНИЗАЦИОННОГО

ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ПРИМЕСЕЙ В ГАЗАХ, заключающийся в пропускании потока

rasa-носителя с анализируемыми веществами и дополнительного потока газа через ионизационную камеру с зоной возбуждения электрическим полем и источником излучения и soной измерения тока иониэации, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения чувствительности детектирования, поток газа-носителя с анализируемыми веществами пропускают через зону возбуждения, в качестве дополнительного потока газа используют газ с потенциалом кониэации ниже энергии метастабильного состояния атомов rasa-носителя, пропускают его через зону измерения тока ионизации, причем в зоне возбуждения поддерживают напряженность электрического поля в интервале

800-2600 В/см.

2. Способ по п. 1, о т л и ч е.ю шийся тем, что при использовании в качестве газа-носителя гелия в качестве дополнительного пото ка газа используют воздух.

1 1173

Изобретение относится к газовой хроматографии, в частности к ионизационному анализу, и может найти применение в приборостроении при разработке газохроматографической аппаратуры, предназначенной для анализа широкого круга примесей, присутствующих в таких газах как гелий, неон, водород и др.

Целью изобретения является повы- to шение чувствительности детектирования.

На фиг. 1 представлена схема одного из предпочтительных вариантов детектора для осуществления предлагаемого способа на фиг. 2 — хроматограмма анализа смеси водорода, аргона, кислорода и азота, на фиг.3 —1хроматограмма определения примесей неона, водорода, аргона, кислорода и азота в гелии в. потоке.

Детектор для осуществления способа содержит. цилиндрический корпус 1 со,штуцером 2 для ввода газа-носи" теля и анализируемого газа, штуцером 3 для ввода дополнительного потока газа, потенциал ионизации которого ниже энергии метастабильного состояния инертного газа-носителя (например, метана, воздуха), и шту-. цером ч для вывода газа из детектора. Внутри корпуса I,êîàêñèàëüíî к нему, расположены потенциальный 5 и измерительный 6 электроды. На .внутренней цилиндрической поверхности

35 потенциального электрода 5 установлен источник излучения, например, в виде фольги радиоактивного источника ионизации 7. Потенциальный электрод 5 соединен с источчиком питания 8, а измерительный электрод 6— с измерителем 9 малых токов. Потенциальный 5 и измерительный 6 электроды изолированы от корпуса 1 с помощью изоляторов 10 и 11 соответственно, Для обеспечения подачи напряжения, на потенциальный электрод 5 применен изолятор 12.

Потенциальный электрод 5 и радио активный источник ионизации 7 образуют зону возбуждения, а пространсгво между потенциальным 5 измерительным 6 электродами — .зону измерения тока ионизации.

Детектор работает следующим 55 образом.

Газ-носитель, в кач . ::.-. которого используют гелий, поступает через

292 2 штуцер 2 и изолятор 10 в зону возбуждения, в которой происходит ионизация и возбуждение атомов газа-носителя радиоактивным источником 7 мягкого излучеHHH (тритием). Образуются метастабильные атомы гелия, положительные ионы и свободные электроны, причем коэффициенты диффузии носителей зарядов, а, следовательно, и их подвижность отличаются на несколько порядков (10 — 10 раз). Газ5 8 носитель выносит в зону регистрации образованные метастабильные атома гелия, и не успевшие рекомбинировать положительные ионы и в то же время является источником образования новых. Образующиеся при этом свободные электроны, практически мгновенно диффундируя на стенки зоны возбуждения, достигают заземленного корпуса детектора. Этот процесс при постояннбй скорости газа-носителя носит стационарный установившийся характер.

Таким образом, положительные ионы газа-носителя создают в зоне возбуж1 дения пространственный заряд а меЭ тастабилвные атомы гелия, ионизируя в зоне .регистрации молекулы газа-. свидетеля, создают совместно с вынесенными положительными ионами газаносителя начальный фоновый ток, Пространственный заряд в зоне возбуждения образует электрическое поле, напряженность которого зависит от активности источника излучения, геометрии детектора, чистоты газаносителя и др.

Известно, что при напряженности полей свыше 800 В/см чувствительность детектирования возрастает с увеличением концентрации анализируемых веществ, что связано с соответствующим возрастанием числа метастабильных атомов.

Изобретение позволяет использовать эту закономерность для количественной оценки концентрации анализируемых веществ в зоне возбуждения путем измерения концентрации метастабильных атомов гелия в зоне регистрации, и, таким образом, повысить чувствительность определения.

Способ испытан на хроматографической установке для определения примесей в гелии, на которой был установлен описанный детектор .(фиг. 1).

1173292

Продолжение табл.1

Предел обнаружения, об.X

Компоненты

7,7 ° 10

7, 10

Кислород

Азот

33

1,2

Т аблица2

Предел обнаружения, об.X

3 10

Компоненты

Водород

Аргон

Кислород

Азот

2,10" 4

Таблица1

4,$if0

Компоненты

Предел обнаружения, об X

4 ° 10

Пример 1 (проявительный анализ). Анализируется смесь водорода, аргона, кислорода и азота, которую вводят в поток газа-носителя с помощью микродозатора. В качестве газа-носителя используют гелий марки А (ТУ-51-940-80), поступающий в детектор через штуцер 2 из хроматографической колонки. Хроматографическую колонку

Ь = 130 0,2 см заполняют молекулярными ситами 5А, зерн. 0,25-0,31 мм.

Температуру колонки поддерживают на отметке 24 С. о

Питание детектора осуществляют от источника 8 постоянного тока.

Величину тока ионизации измеряют с помощью измерителя 9 малых токов и регистрируют на самописке со шкалой 1 МВ. В качестве газа-свидетеля используют воздух, который поступает в детектор через штуцер 3.

Напряженность электрического поля в. зоне возбуждения создают с помощью радиоактивного источника излучения 7 — тритий-титановой фольги.

Расход, см /мин газа-носителя газа-свидетеля

Объем вводимой дозы, см

Напряжение питания детектора, В 27

Активность источника ионизации, Си

Напряженость электрического поля в зоне возбуждения, В/см 800

Полученные пределы обнаружения хроматографической методики без обогащения (объем дозы 1 см, напряженность поля 800 В/см) приведены в табл 1.

Укаэанные здесь, а также в следующем примере пределы обнаружения

15 относятся к концентрациям примесей в вводимой смеси. В пересчете на концентрацию примесей в чувствительном объеме детектора предел обнаружения указанных компонентов ниже

20 чем 1 ° 10 об.X °

Пример 2 (проявительный анализ). Условия анализа аналогичны условиям примера 1 за исключением параметров, численные значения которых указаны ниже.

Активность источника ионизации t00

Напряженность электрического поля в зоне

30 возбуждения, В/см 1103

Полученные при этом пределы обнаружения хроматографической методики без обогащения (объем дозы 1 смз, напряженность поля f103 В/см) приведены в табл. 2.

Водород

Аргон

5 -10

3,2 10 0 Хроматограмма "нализа (примеp 2) представлена на фиг. 2.

1173292

1173292

Составитель В.Сизенев

Техред А.Ач Корректор Г.Решетник

Редактор С.Тимохина

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная 4

Заказ 5043/42 Тираж 891 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5