Пламенно-ионизационный детектор

 

Изобретение относится к области газовой хроматографии а именно к пламенноионизационным детекторам, и может найти примёнение при анализе газовых и жидких смесей Целью изобретения является по вышенйе стабильности выходного сигнала и улучшение эксплуатационных свойств детектора . В боковой стенкеколлекторного электрода, выполненного в виде усеченного конуса, суженная открытая часть которого обращена к соплу горелки, выполнены два или более отверстий и такое же количество продольных разрезов, соединенных с указаннь1мй отверстиями. Коллекторный электрод размещен внутри полого цилиндра, который соединен 6 корпусом. По периметру корпуса симметрично расположены пазы или отверстия для сообщения внутреннего объема детекторас атмосферой. 1 табл., 2 йл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.(--с о .=;=Р

s G 01 N 30/68, 27/62

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТEНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

° е тО

1 (21) 4756462/25 (22) 09.11.89 (46} 30.01.93; Бюл, N- 4 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт хроматографии (12) В.M. Пошеманский (56) Патент США ¹ 3585003, кл, 23-254, 1971. . Авторское свидетельство СССР

N 1012121, кл. G 01 N 27/64, 1984. (54) ПЛАМЕННО-ИОНИЗАЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР (57) Изобретение о1 носится к области газовой хроматографии а именно к пламенноионизационным детекторам; и может найти

Данное изобретение относится к области газовой хрома1ографии и может найти применение при анализе газовых и жидких . смесей, Известен пламенно-ионизационный детектор для .газовой хроматографии, содержащий корпус, горелку установленную в корпус, трубопроводы для подвода к горелке водорода и воздуха. канал, соединяющий горелку с хроматографической колонкой, потенциальный электрод, устройство для поджига пламени, устройство для контроля горения пламени, коллекторный цилиндри- ческий электрод, установленный соосно с горелкой и трубопровод для вывода из корпуса отработанного газа и продуктов горения, служащий продолжением внутреннего канала коллекторного электрода.

В известном детекторе коллекторный электрод представляет собой цилиндр с постоянным диаметром оо всей длине, запрес АЗ. 1791769 А1

2 йрименение при анализе газовых и жидких смесей. Целью изобретения является повышение стабильности выходного сигнала и улучшение эксплуатационных свойств детектора. В боковой стенке коллекторного электрода, выполненного в виде усеченного конуса,.суженная открытая часть которого обращена к сойлсу горелкй, выполнены два или более отверстий и такое же количество про- дольных разрезов, соединенных с указанными отверстиями. Коллекторный электрод размещен внутри полого цилиндра,-который соединен с корпусом. По периметру корпуса симметрйчно расположены пазы или отверстия для сообщения внутреннего объема детектора с атмосферой. 1 табл., 2 ил. гь сованный в массивные втулки из электроизоляционного материала, контактирующие с большей: частью поверхности коллекторного электрода.

Указанные втулки обеспечивают электроизоляцию электрода от корпуса, его центровку и заданное расстояние от горелки, а также являются в сочетании с коллектбрным электродом трубопроводом.для вывода из 0,, корпуса отработанного газа и продуктов горения; Устройство дл - йоджигаг пламени, устройство для контроля горения пламени и потенциальный апектрод соемегцени с горелкой и расположены в непосредственной, и близости к пламени..

Недостатком этого детектора является значительная зависимость его нулевой линии от колебаний давления на выходе из детектора, возникающих вследствие колебаний конвективных потоков (вентиляционных, тепловых) в окрестностях детектора,.

1791769

3 открываний и закрываний, дверей и окон и т. д. Влияние колебаний давления на выходе из детектора йроявляется в повьгш ении: уровня шумов, увеличении дрейфа нулевой линйи и появлении ложных пиков, имеющих 5 значительйую амплитуду .

Причиной зависимости нулевой линии детектора от колебаний давления на выходе из детектора является то, что трубопровод для вывода из I<орпуса отработанного газа 10 и йродуктов горения является непосрецственным продолжением коллекторного электрода и расположен, как и коллекторный электрод, соосно с горелкои.

Таким образом,между пламенем и вы- 15 ходом из детектора. находится короткий цилиндрический канал, через который толчки давления на выходе безпрепятственно воздействуют на пламя, вызывая изменение егo ãåîìåòðè÷åñêîé формы, ориентации от- 20 носительно Стенок коллекторного элЕктрода. При зтом изменяются температурные и концентрационные поля, что существенно влияет на йроцессы, происходящие в пламени, особенно в данном случае, когда пла- 25 мя диффузион ное. Бол ьшая поверхность контакта электройзоляционны)х втулок с коллекторным электродом и корпусом сни- жает сопротивление йэоляции и, как следствие, приводит к уменьшению 30 чувствительности. Кроме того, цилиндрическая форма вйутрейнего канала коФлектор- ного электрода и электроизоляционных втулок создает условия для безпрепятственного попадания в пламя частиц продуктов 35 горения, оторвавшихся от поверхности канала, что приводит к увеличению шумов.

Использование электроизолятора коллекторного электрода в качестве элемейта трубопрбвода для вывода из корйуса 40 отработан ного газа и продуктов,горения, находящегося в непосредствейном койтакте с продуктами горения и парами влаги увеличивает опасность его загрязнения и; как следствие; снижение качества изоляции 45 коллекторного электрода. Это вызывает не- обходимость поддержания температуры детектора на уровне не ниже 100 С, что исключает конденсацию влаги, В то же время температура изоляционной втулки долж- 50 на быть не"ниже температуры колонки, чтобы устранить койденсацию на поверхно- сти изолятора анализируемого вещества и жидкой фазы, уносимой из колойки, Поскольку сопротивление изоляторов коллек- 55 торного электрода резко падает при температурах близких к 400 С верхний предел рабочих температур известного детектора ограничен 400 С, причем, характеристики детектора (чувствительность, уровень шумов, стабильность нулевой линии) при этих температурах резко ухудшается. Поэтому предельны рабочие температуры детектора могут быть использованы только для анализа больших концентраций при высоком коэффициенте заглубления усилителя: Необходимо отметить, что повышенные рабочие температуры детектора не предохраняют изолятор от загрязнения, т, к. продукты горения и деструкции анализируемых веществ частично превращаются в аэрозоль (сажа), оседающую на поверхностях коллекторного элект рода и "изолятора даже йри очень высоких температурах, В результате загрязнения изолятора резко снижается чувствительность, увеличивается шум и дрейф нулевой линии, Для восстановления характеристик детектора необходимо часто производить разборку детектора для очистки изолятора коллекторного электрода, что в значительной Степени затрудняет эксплуатацию детектора, Существенно ухудшаются характеристики детектора и вследствие того, что устройство для поджига пламени (спираль) и устройство для контроля горения пламени находятся на минимальное расстоянии от пламени. За счет загрязнения поверхности этих устройств увеличивается шум, дестаби лизируется нулевая линия, Кроме того, устройство для поджига пламейй понижает температуру пламени и создает турбулентность в. потоке воздуха; что s резул ьтате, пони>кает чувствител ьность и увеличивает зависимость фонового тока и чувствительности от расходов возду ха и водорода..

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к пред lа гаемому детектору является пламенно-ионизационный детектор, содер-..

>кащий корпус, горелку, установленную в корпусе, трубопроводы для подвода к горелге водорода и воздуха, канал, соединяющий горелку с хроматографической колонкой, потенциальный электрод, коллекторный электрод, установленный соосно с горелкой, выполненный в виде стакана, имеющего форму усеченного конуса, дно которого соедийено co стержнем, закрепленным в электройзоляторе, а суженная открытая час- ь обращена к соплу горелки, причем на боковой стенке коллекторното электрода вып6лнено отверстие, в котором с зазором установлен трубопровод для вывода из корпуса отработанйого газа и продуктов горе= ния и устройство для поджига пламени, В извьстнам детекторе, принятом за прототип, благодаря тому, что коллекгорный электрод выполнен в виде стакана, име5

1791769 ющего форму усеченного конуса..обращен ного суженой открытой частью к горелке, уменьшено осаждение нейтральных частиц продуктов горения и анализируемого вещества на начальном участке поверхности электрода. Это обусловлено тем, что дрейф частиц к поверхности электрода происходит одновременно с ее перемещением в осевом направлении в сторону увеличейия диэметра электрода. Таким образом, за счет конусности увеличен путь дрейфующей нейт ральной частицы до поверхности, в резуль1. тате чего нейтральные частицы оседают на поверхности электрода удаленной от пламени, а ионы под действием электрического поля собираются на незагрязненном начальном участке поверхности электрода, находящемся в непосредственной близости к пламени. Кроме того, конусность коллекторного электрода препятствует отпыву частиц; осевших на его поверхности и их повторному попаданию в пламя, обеспечивает возможность при сохранении оптимального для сбора ионов расстояния, между поверхноСтью электрода и пламенем устранить контакт пламени с поверхйостью, т. к. по мере расширения факела увеличивается диаметр электрода. В предлагаемом детекторе улучшено качество электроизоляции коллекторного электрода, т, к. поверхность контакта электроизолятора с, коллекторным электродом минимальна, злектроизолятор удален от места выхода отработанного газа и продуктов горения из . электрода, что предотвращает загрязнение его поверхности и обеспечивает возможность понижения температуры корпуса в зоне расположения электроизолятора, например, за счет теплоотвода, Небольшая масса коллекторного электрода, минимальные концевые потери тепла, теплоизоляция боковой поверхности электрода от корпуса воздушным зазором созда-ют условия для быстрого разогрева коллекторного электрода за счет тепла, выделяемого в процессе горения до температуры, значительно превышающей точку росы, что устраняе конденсацию влаги на поверхности электрода. При этом обработанный газ и продукты горенйя выходят из коллекторного электрода имея высокую .- температуру, что обеспечивает возможность размещения устройства для контроля горения пламени на выходе коллекторного электрода, т. е. в отверстии на его боковой поверхности и, кроме того, устраняет необходимость подогрева корпуса детектора для предотвращения конденсации влаги, так как горячий газ, выходящий из коллекторного электрода не успевает остыть ниже точки

20. пуса отработанного газа и продуктбв горе30

40

50

55 детектора

10 росы в коряком трубопроводе для вывода из корпуса отработанного газа и продуктов горения. Кроме того, благодаря тому, что в отверстии на боковой стенке коллекторного электрода с зазором установлен трубопровод для вывода из корпуса отработанного газа и продуктов горения уменьшено влияние на характеристики детЕктора толчков давления на выходе детектора, Хотя описанная конструкция детектора позволяет во многих случаях успешно решать аналитические задачи, однако,"при измерениях на масштабах усилителя порядка

-1г

1-10 < 10 А, т. е, в случае реализации максимальной чувствительности системы детектирования заметно проявляется эффект

"открывания двери", т, е, наблюдаются одиночные кратковременные изменения вы- ходного сигнала, которые близки по характеру хроматографическим пикам при работе с капиллярной колонкбй, В основе этого явления лежит влиянйе резких изменений давления в помещении, где расположен хроматограф. Таким образом, установка трубопровода для вывода из корния в отверстйи на боковой стенке коллекторного электрода йе обеспечивает полйого устраненйя ложных пиков, возникающих от резких толчков давления в помещении, поскольку демпфирующее влияние зазора между корпусом и коллекторным электродом недостаточно для подавления толчков давления и, кроме того расположение трубопровода, соединяющего внутренний объем детектора с атмосферой перпендикулярно относительно "оси горелки, очевидно, не обеспечивает полной симметрии воздействия толчков давления на пламя и прилегающее к нему пространство

Еще одним недостатком известного детектора является сложная процедура поджига пламени, связанная с необходимостью перекрытия подачи воздуха или газа-носйтеля при поджиге. Следует отметить, что этим недостатком страдают практически все известные конструкций пламенно-ионизационных детекторов, что существенно за трудняет эксплуатацию этих устройств и приводит к усложнению схем автоматического поджига пламени. .Целью изобретения является повыше- ние стабильности выходного сигнала и улучшение эксплуатационньгх св ойств

Указанная цель достигается тем; что предложен пламенно-ионизациойный детектор, содержащий корпус, в котором расположены горелка, каналы для"подвода к горелке водорода и воздуха, отверстие для

1791769 сообщения внутреннего обьема детектора с атмосферой. потейциальнйй электрод, коллекторный электрод, установленный соосно с торелкой, выполненный в виде стэкана, имеющего форму усеченного конуса, дно ко- oðoão соединено"со стержнем зэкрейлей-" ным в электроизоляторе, э сужеййэя часть обращена к сойлу горелки и устройство для поджига пламени, рэсположейное в KOphyсе, напротив отверстия в боковой стенке коллекторного электрода, в котором согласно изобретению в боковой стенке коллекторного электрода выполйенЫ двэ йлй более отверстий симметрично рэспреде15 ленных по его периметру и такое же количество сквозных продольных разрезов, соединенных с указанными отверстиями, причем, коллекторный электрод размвщей внутри полого цилиндра, соединенного с

20 корпусом, а отверстия для сообщения внутреннего объема детектора.с этмосфербй и симметрично распределены по периметру корпуса рэсположены со стороны места со единений цилиндра и корпуса;

Благодаря укаэанным особенностям конструкции детектора толчки давления в помещении воздействуют нэ пламя и прилеraþÙåå к нему пространство абсолютйо симметрично, причем, толчки давления декорпусом, э также зазором между цилиндрОм и колпехторным элЕктродом; т. е, степейь "подавления толчков дйвления значительно выше, чем в известном детек35 торе, принятом за прототип, в котором тол чкидэвления демпфировались лишь зазором между коллекторным электродом и корпусом, В силу тех же причин уменьшено влияние на процесс формир овэния выходного

40 сигнала детектора флуктуаций давления в помещении и полностью устранена возмож нбсть изменения гидравлического сопротивления выхода детектора в атмосферу"зэ счет конденсации паров в двтекторе, rro скольку детектор может иметь любое необходимое для полного устранения влияния конденсата сечение зазора между цилиндром и корпусом и:сечение выходного паза (отверстий) в корпусе, Дополнительнйм

50 фактором обеспечивающим указэнное положительное свойство является то, что выходной паз (отверстия) распОложен в зоне . интенсивно прогреваемой пламенем, tge температура всегда выше точки росы для отработанного газа. Необходимо отметить, что увеличение сечения выходного паза (отверстий) не влечет зэ собой увеличения воздействия нэ выходной сигнал паводок, т, к, коллекторный электрод защищен or наводок цилиндром, являющимся для него экра55 мпфируются зазором между цилиндром и: 30 ном. Одновременно, благодаря тому, что в боковой стенке коллекторного электрода вййоЫены двэ или более отверстий, симметрично распределенных по его периметру,"и тэкое >ке количество сквозных продольных разрезов, соединенных с указанными отверстиями создэются условия, п1>и которых между горелкой и устройством для поджига пламени в зазоре ме>кду коллекторным электродом и цилиндром образуется поле концентраций водорода, кислорода и азота, содержащее зону с соотношеййем iке условиях, при которых затем детектор работает. В то же время в большинстве известных конструкцйй таКой поджиг пламени невозможен и требуется либо перекрытие подачи в детектор газа-носителя из колонки, либо изме нени е"рэс хода: воз духа, либо и то и другое.

Это существвнно усложняет эксплуатацию прибора и усложняет систему поджига плэмени, особенно автоматизированную.

СуЩность иэобрегения поясняется чертех<ом (фиг, 1), на котором представлен предлэгэемый детектор в продольном сечении и черте>ком (фиг. 2), на котором пред.ставлен коллекторный электрод.

Детектор содержит корпус 1, в котором расйЬложена горелка 2, каналы для подвоДа к горелке 2 водорода 3 и воздуха 4, канал 5, соедйняющий горелку 2 с хромэтогрэфической колонкой 6, пЬтенциальный электрод 7, коллекторный электрод 8, установленный соосно с горелкой 2, дно 9 которого соединено со стержнем 10, закрепленным в электроизоляторе 11, устройство" для под>кигэ пламени 12, располо>кенное в корпусе 1, напротив одного из отверстий 13 в боковой стенке коллекторного электрода 8, разрезы

14, соединенные с отверстиями 13, цилиндр

15 с разМещенным внутри него коллекторным электродом 8, соединенный с корпусом

1 паз 16 и отверстия 17, расположенные в корпусе 1 вблизи места соединения цилиндра 15 и корпуса 1, канал 18, сопло 19, отверстия 20, гайку 21, металлический наконечник 22, электроизолятор 23, Детектор работает следующим образом.

Гэз-носитель с анэлизируемым вещест- вом, выходящий из колонки 6 попадает в канал 5, где смешивается с водородом, псступающим в канал 5 по каналу 3. Эта смесь через канал 18 и сопло 19 горелки 2 выходит в рабочий обьем детектора, ограниченный

1791769

10 корпусом 1 и смешивается с воздухом или кислородом, поступающим по каналу 4, через отверстия 20 в гайке 21 в кольцевой зазор между внутренней стенкой гайки 21 и поверхностью горелки 2, изготовленной из неэлектропроводного материала, В результате реакции водорода с кислородом образуется пламя, в котором происходит ионизация анализируемого вещества. Образовавшиеся заряженные частицы (электроны, отрицательные и положительные

:ионы) распределяются между металлическим наконечником 22 горелки 2, соединенной с потенциальным электродом 7, закрепленным в электроизоляторе 23 и коллекторным электродом 8, соединенным че"рез дно 9, стержень 10, закрепленнь1й в электроизоляторе 11 и электрометрический усилитель с "землей". Таким образом, в цепи vоллекторного электрода 8 образующего электрический ток, величина которого зависит от потока анализируемого вещества, попадающего в водородное пламя. Ток в цепй коллекторного электрода усиливается и регистрируется на дйаграммной ленте самопишущего потенциометрэ, либо поступает в интегрирующий измерительный прибор. Пары воды и продукты сгорания анали. зируемых веществ в потоке газа-Hосителя поступа от во внутренний объем коллекторного электрода 8, затем через отверстия 13 и разрезы 14 выходят в поток воздуха, перемещающийся по зазору между коллекторным электродом 8 и цилиндром 15, проходят по зазору между цилиндром 15 и корпусом

1 и выходят из детектора через паз 1б и отверстия 17 либо ерез паз 1.б, если отверстия 17 отсутствуют и наоборот.

Преимуществами детектора в сравнении с прототипом является значительное уменьшение влияния на выходной сигнал флуктуаций и резких толчков давления в окружающем детектор пространстве, полноЕ устранение возможности изменения давления в детекторе за счет конденсации влаги и продуктов сгорания анализируемых веществ, снижение давления в детекторе, уменьшение наводок на коллекторный электрод, упрощение процедуры поджига пла мени и, связанное с этим упрощение конструкции системы газообеспечения детектора и системы автоматического поджига пламени. Вследствие этого, уменьшен уровень флуктуационных шумов, практиче-. ски устранены ложнйе пики от толчков давлений в окружающем детектор пространстве, уменьшен дрейф нуля и повышена стабильность чувствительности во времени упрощена эксплуатация детектора

В таблице приведены характеристики предлагаемого детектора и прототипа. Характеристики предлагаемого детектора получены в процесса испытаний хроматографа

АГАТ, Результаты испытаний подтверждают сказанное, Уменьшены одиночные возмущения нулевол линии, основной причийой появления которых являются толчки давл6ния в помещении. Уменьшен уровень флуктуационных шумов за счет уменьшения влияния флуктуаций давления в помещении. Повышена чувствительность детектора за счет оптимизации конструкции и, в первую очередь, за счет обсспечения симметричного распределения йотоков воздуха в области пламени.

Формула изобретения

Пламенно-ионизационный детектор, содер>кащил корпус, в котором расположе25 ны горелка, каналы для подвода к горелке " водорода и воздуха, канал, соединяющий горелку с хроматографической колонкой, отверстие для"сообщен ия внутрен него объема детектора с атмосферой, потенциальный

30 электрод, коллекторный электрод, установленный соосно с горелкой, выполненный в виде стакана, имеющего форму усеченного конуса, дно которого соединено со стержнем, закрепленным в электроизоляторе, а

35 "суженйая открытая часть обращена к соплу горелки, и устройство для поджига пламени, расположенное в корпусе, напротив отверстия в боковой стенке коллекторного электла и улучшения эксплуатационных свойств детектора, в боковой стенке коллекторного электрода выполнены два или более отверстий симметрично распределенных по его

45 периметру, и такое же количество сквозных продольных разрезов, соединенных с указанными отверстиями, причем коллекторный электрод размещен внутри полого цилиндра, соединенного с корпусом, а отверстия для сообщения внутреннего объема

50 детектора с атмосферой симметрично распределены по периметру корпуса и расположены со стороны места соединения цилиндра и корпуса.

"рода, отлича ющийся тем, что,с целью

40 повышения стабильности выходного сигна1791769

1791769

Р

Составйтель В,Пошеманский

Техред M,Moðãåíòàë : Корректор H.Король

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент"., r . Ужгород, ул,Гагарийа, 101

Заказ .150 :. : ; Тираж : . Подписное

ВНИИПИ Государственного .комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Пламенно-ионизационный детектор Пламенно-ионизационный детектор Пламенно-ионизационный детектор Пламенно-ионизационный детектор Пламенно-ионизационный детектор Пламенно-ионизационный детектор Пламенно-ионизационный детектор 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к газовому анализу и предназначено для высокочувствительного детектирования аминов, гидразинов и их производных в смесях при из анализе с применением высокоэффективных микрокапиллярных хроматографических колонок

Изобретение относится к приборам для газового анализа, преимущественно к конструкциям термоионных детекторов для газрвой хроматографии

Изобретение относится к газовому анализу и предназначено для высокочувствительного детектирования аминов, гидразинов и их производных в воздухе и смесях веществ при их газохроматографическом анализе

Изобретение относится к технике газовой хроматографии и может быть использовано в аналитической химии

Изобретение относится к газовой хроматографии, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для анализа органических веществ, и может быть использовано в практике аналитических и научно-исследовательских работ

Изобретение относится к газовой хроматографии, касается детектирующих устройств для газов и паров и может быть использовано в хроматографах и других аналитических приборах

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к хроматографии, и может быть использовано в нефтепереработке и нефтехимии

Изобретение относится к анализу газовых сред и может быть использовано при контроле герметичности различных объемов в научных исследованиях ив производственных условиях

Изобретение относится к газовому анализу и предназначено для высококочувствительного селективного детектирования зминов гидразинов и их производных в газовых смесях

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к способам анализа примесей веществ в газе, основанным на ионной подвижности
Наверх