Фотоионизационный детектор для газовой хроматографии

 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к детекторам для газовой хроматографии, и может быть использовано для газохроматографического анализа микропримесей в газах и жидкостях . Цель изобретения - уменьшение рабочего объема ионизационной камеры и обеспечение герметичности при повышенных температурах. Фотоионизационный детектор содержит источник ультрафиолетового излучения - электроразрядную лампу, соединенную через окно из материала, пропускающего вакуумньй ультрафиолет, с ионизационной камерой . В ионизационной камере имеется корпус, штуцера для ввода и вьшода газа и установленные в камере поляризующий и собирающий электроды. Ионизационная камера вьтолнена в виде чередующихся кольцевых элементов из инертного электроизоляционного термостойкого материала, между которыми размещены кольцевые герметизирующие прокладки, причем образованный кольцевыми элементами внутренний цилиндрический канал, служит рабочим объемом камеры, а по меньшей мере один из кольцевых металлических элементов служит србирающим электродом, 5 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 N 27/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4218334/24-25 (22) 27.03.87 (46) 15.10.88. Бюл. У 38 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт хро" .матографии (72) И.В.Бондаренко, В.Л.Будович, М.Я.Быховский, О.А.Закстельская, Л.Ф.Кацис, В.А.Лопатин и Э.П.Скорняков (53) 543.544 (088.8) (56) Патент США У 4398.152 кл. 324-465, 1983.

Патент США Ф 4013913, кл. 313-242, 1981. (54) ФОТОИОНИЗАЦИОННЬЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ

ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ (57) Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к детекторам для газовой хроматографии, и может быть использовано для газохроматографического анализа микропримесей в газах и жидкостях, Цель изобретения — уменьшение

„„SU„, 1430862 А i рабочего объема ионизационной камеры и обеспечение герметичности при повышенных температурах. Фотоионизационный детектор содержит источник ультрафиолетового излучения — электроразрядную лампу, соединенную через окно из материала, пропускающего вакуумный ультрафиолет, с ионизационной камерой. В ионизационной камере имеется корпус, штуцера для ввода и вывода газа и установленные в камере поляризующий и собирающий электроды. Ионизационная камера выполнена в виде чередующихся кольцевых элементов из инертного электроизоляционного термос стойкого материала, меяду которыми у размещены кольцевые герметизирующие прокладки, причем образованный кольцевыми элементами внутренний цилиндрический канал, служит рабочим объемом камеры, а по меньшей мере один из кольцевых металлических элементов служит собирающим электродом. 5 s,п. ф-лы, 3 ил.

1430862

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к детекторам для газовой хроматографии, и может найти широкое применение 5 в различных отраслях народного хозяйства для гаэохроматографического анализа микропримесей в газах и жидкостях, в особенности для контроля загрязнений окружающей среды, в част- 10 ности атмосферного воздуха, путем опеределения микропрж есей вредных веществ на уровне предельно допустимых концентраций.

Целью изобретения является умень- 15 шение рабочего объема ионизационной камеры и обеспечение ее герметичности при повышенных температурах.

На фиг. 1 изображен предпочтительный вариант выполнения детектора, про"20 дольное сечение ионизационной камеры; на фиг. 2 — принципиальная схема детектора с электронным обеспечением; на фиг. 3 — вариант детектора со стержневым поляризующим электродом, 25 продольное сечение.

Детектор содержит электроразрядную лампу 1 с окошком 2 из материала, пропускающего ультрафиолетовое излучение, к которому прижата ионизацион- 30 ная камера 3, выполненная в виде коль,цевых элементов 4 из термостойкого электроизоляционного материала, чередующихся с кольцевыми элементами

5 и 6 из металла, являющимися электро-3 дами. При этом между кольцевыми элементами 4 из термостойкого электроизоляционного материала и чередующимися с ними кольцевыми элементами 5 и 6 из металла размещены кольцевые герметизирующие прокладки 7, выполненные из диффузионно-твердеющего припоя, имеющего следующий состав, вес. : Cu 10-15; Ti 6-10; остальное

Zn-Sn в соотношении 1:1. 45

К кольцевому элементу 4 из термостойкого материала, обращенному к окошку 2 электроразрядной лампы 1, с помощью кольцевой герметизирующей прокладки 7 присоединено оптическое окошко 8 для ввода ультрафиолетового излучения в рабочий объем ионизационной камеры, образованный внутренними поверхностями кольцевых элементов 4-6. Дополнительное оптическое окошко 9 из материала, пропускающего ультрафиолетовое излучение, присоеди-, нено также с помощью кольцевой герметизирующей прокладки 7 к кольцевому металлическому элементу 6, размещенному на противоположном наиболее удаленном от электроразрядной лампы

1 конце ионизационной камеры 3. Ввод и вьнчод анализируемого газа в ионизационную камеру 3 детектора осуществляют по штуцерам 10, соединенным с отверстиями в кольцевых элементах

4. Ионизационная камера 3 помещена в термостат 11 (фиг.2) . Напротив выходного оптического окошка 9 ионизационной камеры 3 установлен приемник 12 ультрафиолетового излучения.

Кольцевой элемент 5 из металла является поляризующим электродом и соединен с источником 13 питания; кольцевой элемент 6 из металла является собирающим (коллекторным) электродом и соединен с измерителем 14.

Фотоионизационный детектор работает следующим образом.

Газноситель с выхода капиллярной хроматографической колонки (не показана) по одному из штуцеров 10 посту- пает в рабочий объем ионизационной камеры 3, а по другому штуцеру 10 выводится из него. Поскольку энергия ионизации газа-носителя (И, Ar, Не и др.) больше энергии фотонов, испускаемых электроразрядной лампой i, в камере 3 протекает фоновый ток, определяемый внешней радиацией, утечкой по изоляции между кольцевыми металлическими элементами 5 и 6 (электродами) и фотоэффектом. Величина этого фонового тока весьма мала (порядка

10 "" А). Появление в камере 3 анализируемого вещества, выходящего в потоке газа-носителя с выхода капиллярной колонки, у которого энергия ионизации меньше энергии фотонов, испускаемых электроразрядной камерой 1 (источником ультрафиолета), вызывает увеличение тока, т.е. формирование полезного сигнала. При этом величина тока, протекающего между электродами 5 и 6, определяется природой и концентрацией находящегося в камере

3 вещества. Электрическое поле между

1„ электродами, образованными кольцевыми металлическими элементами 5, 6 практически однородно вследствие малого внутреннего диаметра у кольцевых элементов 82 мм и менее), что позволяет прикладывать к поляризующему электроду высокие значения поляризующего напряжения от источника

1430862

13 питания. Это обеспечивает возможность работы ионизационной камеры в режиме тока насьгщения при использовании разных газов-носителей, что увеличивает чувствительность детектора.

Часть ультрафиолетового излучения, не поглощенная в ионизационной камере 3, выходит через окошко 9 и фиксируется приемником 13 излучения, формирующим дополнительный полеэный сигнал, также связанный с природой и концентрацией вещества в ионизационной камере. Этот дополнительный IIQ лезный сигнал используется для определения концентрации веществ, поглощающих излучение в ультрафиолетовой области.

Отношение сигналов, формируемых приемником 12 излучения и электрометром (14), может быть использовано для идентификации анализируемых веществ.

Основным преимуществом детектора является малый рабочий объем иониза" ционной камеры ((20 мкл), который образован внутренними поверхностями кольцевых элементов. Внутренний диаметр этих элементов может быть сколь угодко малым, что и обеспечивает возможность минимизации рабочего объема камеры до объема, необходимого при работе с капиллярными хроматографи чвскими колонками. При этом необходимо иметь в виду, что общей тенденцией развития высокоэффективной капил,лярной газовой хроматографии является уменьшение диаметра капиллярной колонки с целью повышения ее эффективности и сокращения времени анализа.

В настоящее время в переносных малогабаритных газовых хроматографах применяются колонки с внутренним диаметром 100 мкм и менее (при длине

0,5-4 м), а это, в свою очередь, тре" бует резкого уменьшения рабочего объема детектора с целью уменьшения послеколоночного размывания и постоянной времени детектора.

Другим преимуществом детектора является возможность работы при повышенных температурах () 400 С) с обеспечением герметичности иониэационной камеры.

Еще одним важным преимуществом детектора в варианте с использованием приемника непоглощенного УФ-излучения является возможность идентификации некоторых веществ по различиям в величинах тока.

Для проверки характеристик фотоионизационных детекторов были изготовлены и испытаны на герметичность при высокой температуре макеты таких детекторов, в частности фотоионизационный детектор, содержащий камеру из чередующихся кольцевых элементов, выполненных из ковара и корундовой керамики, соединенных между собой. герметизирующими прокладками из диффузионно-твердеющего припоя. К торцовым кольцевым элементам в ломощью тЪго же припоя присоединены окошки из фторида магния. Объем камеры составил менее 20 мкл при внутреннем диаметре 1,8 мм. Испытания показали герметичность при давлении в камере

1 МПа и температуре более 300 С.

Формула изобретения

1. Фотоионизационный детектор для газовой хроматографии, содержащий источник ультрафиолетового излученияэлектроразрядную лампу, окно из материала, пропускающего ультрафиолетовое излучение, ионизационную камеру, содержащую корпус, штуцера для ввода и вывода газа и установленые в камере поляризующий и собирающий электроды; отличающийся тем, что, с целью уменьшения рабочего объема ионизационной камеры и обеспечения герметичности при повышен. ных температурах, ионизационная камера выполнена в виде чередующихся

40 кольцевых элементов из металла и инертного электроизоляционного термостойкого материала, между которыми размещены кольцевые герметизирующие прокладки, причем образованный

45 кольцевыми элементами внутренний цилиндрический канал служит рабочим объемом камеры, а по крайней мере,один из кольцевых металлических элементов служит собирающим электродом.

2. Детектор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что., с целью повышения надежности его работы и обеспечения герметичности ионизационной камеры, она снабжена дополнительным окном из материала, пропускающего ультрафиолетовое излучение, соединенным с торцом через кольцевую герметизирующую прокладку, причем дополни14308

5 тельное окно ионизационной камеры расположено против окна электроразрядной камеры.

3. Детектор по п. 2, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расшире5 ния функциональных возможностей, ио ниэационная камера снабжена дополнительным окном из материала, пропускающего вакуумный ультрафиолет, которое соединено через герметизирующую прокладку с торцом наиболее удаленного от источника излучения кольцевого элемента, образующего корпуе камеры, а детектор снабжен приемником ультрафиолетового излучения, установленным напротив дополнительного окна.

4. Детектор по пп. 1-3, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью .уменьшения тока фотоэлектронной эмис- >О

62 6 сии из металлических электродов, внутренний диаметр кольцевых элементов из металла больше внутреннего диаметра кольцевых элементов из инертного электроиэоляционного термостойкого материала.

5. Детектор по пп. 1 — 4, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности детектирования, поляризующий электрод выполнен в виде стержня, установленного на оси цилиндрического канала, образованного кольцевыми элементами.

6. Детектор по пп. 1-5, о т л ич а ю шийся тем, что герметизирующие прокладки выполнены из диффузионно-твердеющего припоя с составом компонентов: Си 10-15X Ti 6-103, остальное Zn-Sn a qoox ome z 1:1.

1430862 риР.Я

Составитель Н.Погонин

Техред М.Моргентал Корректор С.Черни

Редактор А.Маковская

Заказ 5337/46 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, .4