Ионизационный газосигнализатор и способ его работы



Ионизационный газосигнализатор и способ его работы
Ионизационный газосигнализатор и способ его работы

 


Владельцы патента RU 2471179:

Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ИНКРАМ" (RU)

Изобретение относится к газосигнализаторам для порогового обнаружения в воздухе паров и аэрозолей токсичных и отравляющих веществ. Газосигнализатор содержит корпус 1, электроды 3 и 4, радиоизотопный источник 6 излучения, генератор 7 импульсов и схему 8 измерения. Отличительной особенностью газосигнализатора является то, что он содержит центральный электрод 3 на котором установлен радиоизотопный источник ионизации Ni63, имеющий активность менее 1 МЗА (минимальная значимая активность), который соединен с генератором 7 знакопеременных импульсов, и установленный коаксиально к центральному электроду 3 собирающий электрод 4, соединенный со схемой 8 измерения. Предложен также способ работы газосигнализатора, характеризующийся тем, что амплитуда напряжения и длительность импульсов обоих полярностей задается с помощью микропроцессорного блока 12 таким образом, чтобы длительность импульсов была больше, чем время движения ионов анализируемых веществ между центральным 3 и собирающим 4 электродами и меньше характерного времени ионно-молекулярных реакций между реактант-ионами и молекулами веществ, мешающих анализу. Изобретение обеспечивает повышение специфичности, стабильности и чувствительности газосигнализатора. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к газосигнализаторам для порогового обнаружения в воздухе паров и аэрозолей токсичных и отравляющих веществ.

Известен фотоионизационный газосигнализатор, действие которого основано на изменении ионизационного тока в интегральном ионизационном преобразователе концентрации (ИПК) за счет прямой ионизации молекул анализируемого вещества ультрафиолетовым излучением (приборы «Колион», «АНТ» и другие). Однако этот метод не позволяет обнаруживать пары отравляющих веществ и аэрозоли при концентрациях ниже 0,1 мг/м3 и при наличии мешающих компонентов.

Известен ионизационный газосигнализатор «ГСА-3», в котором ионизация воздуха осуществляется в интегральном ИПК источником ионизации на основе Рu239 с максимально возможной плотностью излучения с единицы поверхности и измерением полного ионизационного тока. Этот ионизационный газосигнализатор обладает более высокими по сравнению с предыдущими аналогами чувствительностью и специфичностью при меньшем весе и энергопотреблении, но в нем содержится α-радиоактивный источник, являющийся высоко токсичным в биологическом отношении. Это требует специальных мер предосторожности, особого учета и контроля из-за высокой интенсивности излучения. Высокая мощность ионизирующего излучения так же снижает стабильность работы газосигнализатора в связи с большой концентрацией сильных окислителей (озон, окислы азота), образующихся при облучении воздуха α-частицами и изменяющих состояние поверхностей электродов.

Повышение специфичности измерения возможно при импульсной сепарации ионов и разделении их по подвижности. Известен (RU 2176080) интегральный ионизационный детектор, содержащий проточную ионизационную камеру, в корпусе которой расположены радиоактивный источник ионов, электроды, и измерительную схему с генераторами импульсов. Радиоактивный источник ионов дополнительно снабжен модулирующим электродом, расположенным коаксиально вдоль продольной оси камеры, и соединен с первым генератором импульсов, а другие электроды, нейтрализации и собирающий, последовательно расположены перпендикулярно продольной оси камеры. Электрод нейтрализации, представляющий собой сборку из нескольких электропроводящих сеток, соединен со вторым генератором импульсов, а собирающий электрод, выполненный из электропроводящей сетки, соединен с измерительной схемой, при этом все три электрода изолированы от корпуса.

Недостатком данного изобретения является наличие мощного α-радиоактивного источника ионизации, возможность регистрации ионов только одной полярности, отсутствие селекции ионов по подвижности и, следовательно, чрезвычайно низкая специфичность. Дополнительным недостатком является также сильная зависимость сигнала от расхода газа, так как движение ионов обеспечивается только линейной скоростью потока газа.

Таким образом, задача изобретения состояла в создании высокоспецифичного, стабильного и чувствительного ионизационного газосигнализатора паров веществ и аэрозолей, имеющего источник ионизации с низкой активностью.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена принципиальная схема газосигнализатора. На фиг.2 изображены схематично импульсы с выхода генератора знакопеременных импульсов.

Газосигнализатор состоит из корпуса 1, в котором находится изолирующий фланец 2, в котором установлены центральный электрод 3 и наружный коаксиальный цилиндрический электрод 4. Корпус закрыт экранирующим кожухом 5. Коаксиальный электрод 4 и экранирующий кожух 5 имеют отверстия для прохода воздуха. На центральном электроде установлен радиоизотопный β источник 6 малой активности менее 1МЗА, например Ni63 (активность менее 100 МБк). Центральный электрод 3 соединен с генератором знакопеременных импульсов 7, а коаксиальный электрод 4 соединен с усилителем тока 8. Выход с усилителя тока 8 поступает на схему обработки сигнала 9. Газосигнализатор снабжен микропроцессорным блоком 12 для управления работой генератора 7. Газосигнализатор работает следующим образом. Первичная ионизация анализируемого воздуха происходит в узкой области 10 в районе центрального электрода, в результате которой происходит образование положительных и отрицательных ионов, так называемых «реактант-ионов». В районе центрального электрода формируется первичное «облако» 10 из положительных и отрицательных ионов. При приложении к центральному электроду 3 напряжения, ионы противоположного знака начинают быстро дрейфовать в сторону коаксиального электрода 4. При приложении к центральному электроду знакопеременных прямоугольных импульсов напряжения среднее за период импульсов значение ионного тока положительных и отрицательных реактант-ионов, измеряемого на цилиндрическом электроде 4 постоянно и принимается за условное нулевое значение. Так как вследствие коаксиальной геометрии камеры в области центрального электрода 3 скорость движения ионов велика и далее снижается как 1/r, то основные процессы ионно-молекулярного взаимодействия между «реактант-ионами» и молекулами анализируемого вещества протекают в пространстве 11. При появлении в воздухе анализируемого вещества, молекулы которого обладают большим, чем реактант-ионы сродством к электрону или протону, в зоне 11 за счет ионно-молекулярных реакций образуются ионы (ионные кластеры) анализируемых веществ. Концентрация реактант-ионов соответствующей полярности уменьшается, а ионов (ионных кластеров) анализируемых веществ увеличивается. При этом общее число ионов остается постоянным. Ток, измеряемый на цилиндрическом электроде 4, является суммой токов реактант-ионов обеих полярностей и ионов (ионных кластеров) анализируемого вещества. Так как подвижность ионов и ионных кластеров анализируемого вещества значительно ниже, чем подвижность реактант-ионов, то сила тока уменьшается. Полярность результирующего тока относительно установленного условного нулевого значения определяется знаком оставшихся реактант-ионов. Например, при появлении в воздухе веществ, имеющих высокое сродство к протону, снижается число положительно заряженных реактант-ионов высокой подвижности, увеличивается число ионов (ионных кластеров) анализируемого вещества и суммарный ток сдвигается в область отрицательных значений относительно условного ноля. Величина изменения тока пропорциональна концентрации анализируемого вещества в пределах диапазона измерения.

Так как начальная концентрация «реактант-ионов» мала вследствие низкой активности источника ионизации, то даже небольшое изменение подвижности ионов приведет к значительному изменению силы тока.

Амплитуда напряжения и длительность импульсов обеих полярностей задается блоком 12 таким образом, чтобы длительность импульсов была ограничена снизу временем движения ионов анализируемого вещества между электродами 3 и 4, а сверху - характерным временем ионно-молекулярных реакций между реактант-ионами и молекулами веществ, мешающих анализу (мешающих компонентов). Эти ограничения обеспечивают высокую чувствительность и специфичность газосигнализатора. Так, для диаметров центрального и коаксиального электродов 3 и 32 мм соответственно при амплитуде напряжения 200 В и длительности импульсов 8,5 мсек обеспечивается специфичность обнаружения зарина, зомана, Vx (ФОВ) на уровне 105, иприта -104 при чувствительности 5*10-3 мг/м3. Активность источника - 33МБк (0,3 МЗА). Обнаружение ФОВ и иприта производится на разных полярностях изменения тока.

1. Ионизационный газосигнализатор, содержащий корпус, электроды, радиоактивный источник излучения, генератор импульсов и схему измерения, соединенную с одним из электродов, отличающийся тем, что он содержит центральный электрод, на котором установлен радиоизотопный источник ионизации, имеющий активность менее 1 МЗА (минимальная значимая активность), соединенный с генератором знакопеременных импульсов и установленный коаксиально к нему собирающий электрод, соединенный со схемой измерения.

2. Газосигнализатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве радиоизотопного источника ионизации использован Ni63.

3. Газосигнализатор по п.1, отличающийся тем, что генератор знакопеременных импульсов снабжен микропроцессорным блоком, задающим амплитуду и длительность импульсов.

4. Газосигнализатор по п.3, отличающийся тем, что схема измерения включает усилитель тока, выход которого соединен с блоком обработки сигнала.

5. Газосигнализатор по п.1, отличающийся тем, что центральный электрод установлен в изолированном фланце, установленном перпендикулярно ему и собирающему электроду.

6. Газосигнализатор по п.5, отличающийся тем, что он снабжен экранирующим кожухом, соединенным с изолирующим фланцем и имеющим отверстия для прохода воздуха.

7. Способ работы ионизационного газосигнализатора, отличающийся тем, что амплитуда напряжения и длительность импульсов обеих полярностей задаются с помощью микропроцессорного блока таким образом, чтобы длительность импульсов была больше, чем время движения ионов анализируемых веществ между центральным и собирающим электродами, и меньше характерного времени ионно-молекулярных реакций между реактант-ионами и молекулами веществ, мешающих анализу (мешающие компоненты).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу измерения подвижности ионов, в котором ионы в среде переносятся посредством электрического поля и измеряется их подвижность. .

Изобретение относится к способу и приспособлению для выработки положительно и/или отрицательно ионизированных анализируемых газов для анализа газов в спектрометре ионной подвижности или в масс-спектрометре.

Изобретение относится к конструкции спектрометров ионной подвижности, которые находят широкое применение для контроля содержания различных веществ в воздухе и, в частности, для обнаружения малых концентраций взрывчатых и наркотических веществ.

Изобретение относится к средствам анализа примесей различных веществ в газах с использованием фотоионизационного детектора (ФИД), входящего в состав газоанализатора.

Изобретение относится к методам количественного физико-химического метода анализа и может быть использовано в любых областях науки и техники, где требуется количественное определение состава газовых сред.

Изобретение относится к устройствам для контроля содержания примесей веществ в газе с использованием преимущественно фотоионизационного детектора и способу его работы.

Изобретение относится к устройствам для контроля примесей в газовых смесях с использованием преимущественно фотоионизационного детектора. .

Изобретение относится к области газового анализа, в частности паров взрывчатых, наркотических и отравляющих веществ. .

Изобретение относится к газоанализаторам, основанным на фотоионизационном принципе детектирования, которые применяются для контроля содержания органических и неорганических веществ в воздухе.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а конкретно к спектрометрам дрейфовой подвижности для обнаружения паров органических веществ в составе воздуха.

Изобретение относится к системам для обнаружения в воздухе токсичных и опасных веществ. Предложен способ измерения концентрации HNO3 в воздухе, в котором согласно изобретению воздух, содержащий пары азотной кислоты, пропускают через холодный реактор, измеряют текущую (фоновую) концентрацию NO2 в воздухе, значение которой запоминают в микропроцессорном блоке как C1, затем нагревают реактор до температуры 250-350°C, измеряют концентрацию NO2, выделяемого при термическом разложении HNO3, значение которой запоминают в микропроцессорном блоке как С2 и определяют концентрацию паров азотной кислоты в воздухе по определенной формуле. Также предложено устройство для осуществления описанного выше способа, содержащее воздухозаборную трубку (1), побудитель расхода (5) для прокачки воздуха, сенсор (4) для измерения концентрации NO2 в воздухе и микропроцессорный блок (8) для управления работой устройства и запоминания значений концентрации NO2, в котором согласно изобретению на входе в воздухозаборную трубку (1) установлен реактор (2) с периодически нагреваемым катализатором. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области аналитической техники, а именно к средствам измерений концентраций компонентов при газовом анализе. Фотоионизационный детектор для газоаналитической аппаратуры содержит лампу ультрафиолетового излучения с плоским выходным окном, над которым размещена проточная камера, образованная двумя дисковыми электродами, расположенными друг над другом, изготовленными из металлов с различной работой выхода электронов и разделенными кольцеобразной фторопластовой прокладкой, электрометр, к которому подключены электроды, и регистратор сигнала детектора, подключенный к выходу электрометра, причем нижний электрод выполнен с центральным отверстием, а верхний снабжен каналом для входа потока анализируемого газа. Согласно изобретению детектор дополнительно содержит плоский нагреватель, размещенный на верхнем электроде с возможность теплового контакта с ним, и цилиндр из теплоизоляционного диэлектрического материала, размещенный между нижним электродом и плоским выходным окном лампы ультрафиолетового излучения так, что его ось симметрии совпадает с осью симметрии проточной камеры, при этом цилиндр снабжен центральным отверстием и каналом для выхода потока анализируемого газа, соединенным с этим отверстием. При этом нижняя сторона верхнего электрода покрыта слоем палладийсодержащего материала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх