Пламенно-ионизационный детектор

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсинкСоцнапнстнчесинкРеспубпни 40048(23)Приоритет М. Кл.01 М 27/62 3 Ьеуйарстеааый квинтет СССР ав делам взабретекиЯ н ютериткЯ,544(088.8) Опубликовано 30.06,82. Бюллетень24 Дата опубликования описания 30,0682(54) ПЛАМЕННО-ИОНИЗАЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР 1Изобретение относится к детектируюшим устройствам для газов и может бытьиспользовано в хроматографах и в другиханалитических приборах при качественноми количественном анализе органическихвеществ,Известен двухэлектродный пламенноионизационный детектор, в котором водородная горелка является одним электродом, в качестве второго элемектрода,расположенного над горелкой, применяютсяобычно металлические цилиндр, блок(сплошной и сетчатый) или кольцо, Наэлектрод-горелку подается поляризуюшеенапряжение, второй электрод (собирающий) подключается к измерительномуусилителю 11Недостатком детектора является невозможность качественного анализа органических веществ. 2 ОНаиболее близким к предлагаемомуявляется пламенно-иониэационный детектор, содержащий корпус, водородную гооелку, установленную в корпусе, электри 2чески изолированную от него и подключенную к источнику поляризующего нвпряже. ння, сетчатый электрод, установленный напротив сопла горелки и соединенный с измерительным усилителем.В процессе иониэации органических веществ в водородном пламени на первой стадии детектирования возникают различные ра диквлы, с одержащие углерод. Затем наиболее возбужденные из них, попадая в высокотемпературную зону пламени, вторично окисляются и превращаются в положительные ионы и электроны. При достаточно большом напряжении на электродах в измерительной цепи детектора возникает суммарный ток насыщения, образованный всеми заряженными частицами ионами и электронами, находящимися между электродами, Ток насьпцения, как известно, не зависит от масоового состава ионов и пропорционален только количеству заряженных частиц (скорости их образования). Количество заряженных частиц, в свою очередь,3 9400и ропорционвльно потоку органическоговещества, поступающего в водородноепламя в единицу времени 23Таким образом, известный пламенноионизацнонный детектор позволяет получать только количественную характеристику анализируемого, вещества. Идентификацию вещества, т.е. его качественнуюхарактеристику при помощи известногоплвменно-ионизвцнонного детектора получить невозможно,Цель изобретения - получение качественной характеристики органического вещества, детектируемого пламенно-ионизвцнонным детектором, 15Поставленная цель достигается тем,что в пламенно-ионизационный детектор,содержащий корпус, водородную горелку,установленную в корпусе, электрическиизолированную от него и подключенную кисточнику поляризующего напряжения,сетчатый электрод, установленный напротив сопла горелки и соединенный с измерительным усилителем, введены четыредополнительных сетчатых электрода, установленных последовательно в прострвнстве нвд сетчатым электродом, два импульсных генератора и второй измерительный усилитель, причем первый из введенных сетчатых электродов соединен с одним из импульсных генераторов, второйсет итый электрод подключен к источникуполяризующего напряжения, третий сетчатый электрод соединен с вторым ими птьсным генератором, в четвертый сетчатый электрод подключен через измери 35тельный резистор к источнику поляризующего напряжения и соединен с вторымизмерительным усилителем.В известном пламенно- ионизационном40детекторе при положительной полярностина электроде-горелке образующиеся вводородном пламени электроны и ионыразделяются электрическим полем, электроны, пройдя незначительное расстояние( зона ионизвции - пламя находится нв45конце горелки), попадают на электродгорелку, в все положительные ионы направляются к собирающему сетчатомуэлектроду, расстояние до которого 810 мм, и рекомбинируюг нв нем. В цепиэлектродов возникает суммарный электрический ток, пропорциональный потоку органического вещества.В предлагаемом пламенно-ионизационном детекторе в пространстве междугорелкой и сетчатым электродом происходят те же процессы, что и в известном детекторе, но ионы, которые попадают 48 4в отверстия сетчатого электрода, при наличии электрического поля, создаваемогодополнительными электродами, продолжают дрейфовать в направлении следующихсетчатых электродов до последнего четвертого дополнительного электрода, рвэделяясь по массам в пространстве дрейфа под воздействием сил электрическогополя,На чертеже дана принципиальнаясхема плвменно-ионизвционного детектора.В корпусе детектора 1 размещена водородная горелка 2, соединенная черезнвгрузочный резистор 3 с плю:ом источника 4 поляризующего напряжения, Общийионный ток. подается нв измерительныйусилитель 5 .и регистрируется самописцем 6, Воздух в детектор поступаетчерез трубку 7, Измерительный электрод8 соединен через делитель напряжения,состоящий из резисторов 9 - 13 с минусом источника 4, Выталкивающий электрод14 соединен с импульсным генератором15. Поляризующий электрод 16 подключен к минусу источника 4 через делительнапряжения. Второй выталкивакций электрод 1 7 соединен с импульсным генератором 1 8. Второй измерительный электрод 19 подключен через резистор 20непосредственно к минусу источника 4.Раздельные составляюцпле лонного токаподаются нв второй измерительный усилитель 21 и регистрируются вторымс амописцем 2 2.Детектор работает следующим образом.Бинарная смесь газа-носителя и органического анализируемого компонентаподается нв вход горелки 2, При этомв пламени водорода возникает обычныйпроцесс ионизации, На первый измерительный электрод 8 относительно электродагорелки 2 приложено отрицательное напряжение от источника 4. Образующиесяв пламени водорода все положительныеионы дрейфуют под воздействием силэлектрического поля к сетчатому электроду 8, создавая в цепи этих электродов в измерительном резисторе 3 общийионный ток, который подается нв усилитель 5 и регистрируется самописцем 6,Этот ток пропорционален количественномусодержанию компонента. Нвд электродом8 нв небольшм расстоянии от него расположен такой же сетчатый электрод 14,соединенный через импульсный генератор15 с делителем напряжения нв резисто-.рах 9 - 13 таким обрезом, что между35 ео 5 9400 электродами 14 и 8 возникает электрическое поле (при отсутствии импульса от генератора 15), отталкивающее те положительные ионы, которые попали в отверстия электрода 8. При годаче на электрод 14 от генератора 15 отрицательного импульса с амплитудой, превосходящей отталкивакзций потенциал, положительные ионы через отверстия в сетчатом электроде 8 продолжают 1 О дрейфовать к электроду 14 и при достаточной продолжительности импульса проходят и через отверстия в сетке этого электрода, поскольку между электродами 14 и 16 также существует электрическое поле, заставляющее дрейфовать ионы к поляризуюшему электроду 16. После прекращения подачи на элек-, трод 14 выталкивающего импульса ионы из зоны между электродами 2 и 8 уже не могут пройти за электрод 8, а ионы, которые во время действия выталкивающего импульса прошли к электроду 14, продолжают дрейфовать по полю в направлении электрода 16. Причем длительность 25 выталкивающего импульса такова, что ионы с различными массами, в том числе и самые тяжелые, успевают пройти промежуток между электродами 8 и 14, Таким образом, после. окончания действия зо отрицательного импульса от генератора 15 над электродом 14 образовывается узкий пакет положительных ионов с различными массами, Как известно, скорость дрейфа иона в газе под воздействием сил электрического поля зависит от состава газа, температуры газовой среды, напряженности электрического поля и массы иона. Для всех ионов в пакете дрейфующих в пространстве между электродами 14 и 16 условия, одинаковы, но массы различны, Поэтому ионы с раз. ными массами дрейфуют с различными скоростями, начинает происходить разделение ионов по массам, В конце пути45 дрейфа (у электрода 16) общий пакет ионов разделяется на составляющие пакета, состоящие из ионов с оаинаковыми массами. Разность хода между соседними пакетами пропорциональна50 произведению относительной разницы в скоростях этих пакетов на длину пути,Разделенные пакеты ионов у электрода 16, попадая в его отверстия, не проходя в межэлектродное пр-,"транство 16 - 17, поскольку там воздействует электрическое поле, создаваемое падением напряжения на резисторе 12, оч талкивающие ионы (при отсутствии им 48 6пульса от генератора 18). При подачена электрод 17 от генератора 18 отрицательного короткого импульса с амплитудой, превосходящей отталкивакщийпотенциал, ионный пакет через отверстияв сетчатом электроде 16 продолжаетдрейфовать к электроду 17, проходя ичерез его отверстия. Наличие постоянного электрического поля, создаваемогомежду электродами 17 и 19, обуславливает дальнейший дрейф пакетов ионов кполяризуюшему электроду 19. Другиепакеты ионов, которые за время импульса от генератора 18 не успели подойтик электроду 16, не попадают в межэлектродное пространство 16 - 17 и рекомбинируют на электроде 16, В измерительной цепи электрода 19 возникает ток,образованный только одним ионнымпакетом, т,е, только ионами с одинаковыми массами. Генераторы 15 и 18 импульсов работают синхронно (от общегозадающего генератора). Максимальнаячастота следования импульсов подбирается такой; чтобы период был равен времьни прохождения расстояния от электрода14 до электрода 16 ионами с наименьшими массами, Уменьшение частоты следования импульсов будет последовательновводить другие пакеты ионов с большими массами, т.е. развертка ионов помассам осуществляется путем изменениячастоты следования выталкиваклцих импульсов на электродах 14 и 17, Такимобразом, в пламенно-ионизационном детекторе предлагаемой конструкции осуществляется раздельное измерение каждой составляющей ионного тока. Составляюшие ионного тока, протекая по измерительному резистору 20, создают на нем падение напряжения, которое подается на второй измерительный усилитель 21 и регистрируется самописцем 22, воспроизводя на диаграммной ленте несколько пиков для каждого анализируемого компонента. Каждое органическое вещество характериется определенным спектром (количество пиков и их относительное соотношение), соответствующим только этому веществу, что позволяет его .идентифицировать, т.е. осуществлять качественный анализ при помощи пламенно-ионизационного де 1 ектора,Макет предлагаемого пламенно-ионизационного детектора изготовлен и испытан при анализе трех органических веществ - метана, этилена и бензола. Полученные спектры для этих веществ отличаклся друг от друга, как числом пиПоаписн НИИПИ Заказ 4658/65 Тираж филиал ППП Патент", г. Ужгороп, ул, Проектная 7 9400 ков (спектральных линий), так и их соотнапеЮпцм, Детектор работает при нормальном давлении газа. Сращняя скорость дрейфа п ионов (со средними массами) при напряженности электрического поля 100 в/см равна 15 и/с. формула изобретения 10Пламенно-ионизационный детектор, содержащий кщзтус водородную горелку, установленную в корпусе, электрически изолированную от него и подключенную к ис ночнику поляриэующего напряжения, о сетчатый электрод, установленный напротйв сопла горелки и соединенный с измерительным усилителем, о т л и ч а ю щ и й с я тем чтор с целью получР ння качественной характеристики детектируемьи веществ, в него введены четыре дополнительных сетчатых электрода,48 8установленных последовательно в пространстве над сетчатым электродом, дваимпульсных генератора и второй измерительный усилитель, причем первый извведенных сетчатых электродов соединенс одним из импульсных генераторов,второй сетчатый электрод подключен кисточнику поляризу.ющего напряжения,третий сетчатый электрод соединен с вторым импульсным генератором, а четвер.тый сетчатый электрод подключен черезизмерительный резистор к источнику по-ляриэующего напряжения и соединен свторым измерительным усилителем,Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1, Бражников, В, В. Дифференциальные детекторы для газовой хроматографии. М "Наука", 1974, с. 85-89.2. Патент США % 3585003,кл. 23-254, 1970 (прототип),