CN2881629Y

CN2881629Y - 一种光离子化检测器

Info

Publication number: CN2881629Y
Application number: CN 200620012908
Authority: CN
Inventors: 李选培; 景士廉
Original assignee: East & West Analytical Instruments Inc
Current assignee: Beijing Sanxiong Science and Technology Company
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2007-03-21
Anticipated expiration: 2016-04-03

Abstract

一种光离子化检测器，其真空紫外灯置于聚四氟乙烯套管内，并且在套管上缠绕射频耦合电感线圈，该线圈一端连接射频电源，另一端悬空并指向真空紫外灯的出射窗口方向，真空紫外灯连同缠绕线圈的套管安装在样品池上，样品池上盖与真空紫外灯的出射窗口紧密相接，样品池内安装有离子收集电极及进出气接头。它可对几百种有机和部分无机气(汽)体进行痕量(10－9)检测。装配本实用新型的气相色谱仪，有灵敏度高、检出限低、线性范围宽、安全可靠等特点。适用于环境保护、劳动卫生、商品检验、石油化工、公安、航空航天、国防等各个领域痕量气(汽)体检测分析。

Description

一种光离子化检测器

技术领域

本实用新型涉及一种光离子化检测器，是属于气相色谱分析仪器。

背景技术

目前，市售气相色谱仪装备的光离子化检测器如下；

光离子化检测器辐射光源分两类。一类为直流气体放电灯，另一类为真空紫外无极气体放电灯。

直流气体放电灯如图4所示，直流气体放电灯由玻璃外壳14，金属电极11、15，真空紫外透明的晶体窗口16组成。放电灯内部，充以适当的工作气体，参见图4。光源由两个金属电极11、15间的高压放电激发工作气体发光。这种类型的放电灯设计复杂，主要目的是避免金属电极遭受离子的轰击而损失。离子轰击溅射出的金属往往沉积在晶体窗口内表面，减少窗口透明度，从而降低使用寿命。通常，市售设计的直流气体放电灯，把气体放电形成的高密度光子限定于放电管内部中心处的毛细管12内，即强制限定了离子流从一个电极到另一个电极的途径。在这种形式的放电管中，毛细管12内是高密度离子流，但电极表面是较低的离子流密度。这种设计的真空紫外灯，实际上是“点光源”，由毛细管横截面向外发光。它造成离子化池内，垂直于光辐射方向的横截面上，光强度沿径向分布极不均匀，中间部分光通量密度高，周边部分低，在光离子化池内形成了较大的死体积。这种类型放电灯的另一个缺点，是“点光源”与窗口表面之间有一段距离，在这一空间内充满了处于基态的工作气体，产生自吸收，使直流气体放电真空紫外灯发射的真空紫外光降低。这种结构的光离子化池，不能以空气作载气。只要样品中存在氧，就显现淬灭效应。因为氧的电子亲和势较高(2.3eV)，光离子化产生的电子，附着于氧分子上，形成负氧离子，在相同电场作用下，它的迁移率大大低于电子。与电子相比，在到达电极之前，具有更大的几率与一个带正电的离子重新结合，或者在检测之前已移出离子化辐射区域。因此这种结构的真空紫外灯，检测灵敏度较低。

真空紫外无极气体放电灯如图5所示，为另一类光离子化检测器，装配的是真空紫外无极气体放电灯21，其上装有电极A、电极B使用电容耦合激发等离子体发光，发光点在灯管中心处，见图5；，辐射光进入样品池的平面上呈条形，见图6。“条形光源”与窗口表面之间的基态工作气体产生自吸收，也使紫外灯发射的真空紫外光降低。这就是为什么装配这类光离子化检测器的便携式气相色谱仪检出限高(20ppb，苯)的主要原因。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具有灵敏度高、检出限低、线性范围宽、安全可靠的光离子化检测器。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

在光离子化检测器内，一只真空紫外灯置于聚四氟乙烯套管内，并且在套管上缠绕射频耦合电感线圈，该线圈一端连接射频电源，另一端悬空并指向真空紫外灯的出射窗口方向，真空紫外灯连同缠绕线圈的套管安装在样品池上，样品池上盖与真空紫外灯的出射窗口紧密相接，样品池内安装有离子收集电极及进出气接头。

所述的真空紫外灯灯管是由SiO₂和金属氧化物制成，并在其尾部装有YGD型锆基多元合金非蒸散型室温吸气剂。

所述的池体为聚四氟乙烯；池盖为氟化镁晶体。

所述的真空紫外灯设有电极和灯丝。

所述的套管材料为陶瓷、聚四氟乙烯、PVC、聚酰胺或聚枫。

本实用新型的优点是：

本实用新型所述的一种气相色谱仪光离子化检测器，由真空紫外无极气体放电灯、样品池、电极系统组成。它可对几百种有机和部分无机气(汽)体进行痕量(10^-9)检测。装配本实用新型的气相色谱仪，有灵敏度高、检出限低、线性范围宽、安全可靠等特点。适用于环境保护、劳动卫生、商品检验、石油化工、公安、航空航天、国防等各个领域痕量气(汽)体检测分析。

本实用新型提供一种气相色谱仪光离子化检测器，本实用新型采用真空紫外无极气体放电灯和电感诱导发光技术，消除了已知的两种类型市售真空紫外灯自吸收、阴极溅射及样品池内的死体积和氧的淬灭效应。工作时，放电管中的工作气体是在整个管子的横截面上激发的，是面光源；辐射强度在垂直于辐射光进入样品池的平面上是均匀的，没有死体积；由于采用了电感耦合等离子体诱导发光技术，工作气体最强发光点就在窗口表面，没有自吸收。因此，它不仅仅灵敏度高、检出限低、真空紫外灯寿命长、可以以空气作载气，而且启动时间短、稳定性好，可进行痕量有机物和部份无机挥发物定性、定量分析；进入样品池的真空紫外光通量，无论是灵敏度，还是检出限，均有数量级的提高。

附图说明

图1为本实用新型光离子化检测器。其中：1、聚四氟乙烯套管(内置真空紫外无极气体放电灯)；2、射频耦合电感线圈；3、样品池；4、离子收集电极；5、进出气接头；6、屏蔽罩。

图2为本实用新型真空紫外灯正视图。采用电感耦合诱导发光，最强等离子体发光面位于灯窗口表面。

图3为本实用新型真空紫外灯左视图。辐射光进入样品池的平面上是均匀的，没有死体积，呈均匀的圆面。

图4为直流真空紫外放电灯。其中：11、阳极；12、毛细管；13、胶粘剂；14、玻璃壳；15、阴极；16、窗口。

图5为市售真空紫外无极气体放电灯正视图。电容耦合激发等离子体发光，发光点在灯管中心处。

图6为市售真空紫外无极气体放电灯左视图。辐射光进入样品池的平面上呈条形。

图7为苯的实测色谱。样品浓度：2mg/m³(苯)；进样量：100μl；相对标准偏差RSD＝1.2％。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本实用新型是真空紫外无极气体放电灯置于套管1内，并且套管1置于屏蔽罩6内，在套管1上缠绕射频耦合电感线圈2，该电感线圈2一端连接射频电源，另一端悬空并指向真空紫外灯出射光的窗口方向，真空紫外灯连同缠绕线圈的套管安装在样品池3上，样品池3内安装有离子收集电极4及进出气接头5。

本实用新型所述的气相色谱仪光离子化检测器如图1所示，采用真空紫外无极气体放电灯和电感诱导发光技术，消除了直流真空紫外放电灯(图4所示)、真空紫外无极气体放电灯(图5所示)这两种类型市售真空紫外灯自吸收、阴极溅射及样品池内的死体积和氧的淬灭效应。本实用新型工作时，如图2、图3所示的真空紫外无极气体放电灯7，放电管中的工作气体是在整个管子的横截面上激发的，是面光源；辐射强度在垂直于辐射光进入样品池3的平面上是均匀的，没有死体积，见图3；由于采用了电感耦合等离子体诱导发光技术，工作气体最强发光点就在窗口表面，没有自吸收，如图2所示。因此，进入样品池3的真空紫外光通量，有数量级的提高。所以，用本实新型装备的光离子化气相色谱仪，与著名厂商同类产品相比，无论是灵敏度，还是检出限，均有数量级的提高。

本实用新型所述的玻璃配方制作的真空紫外灯管如图2所示，其组分为64％的SiO₂；0.5％的Al₂O₃；9％的PbO；4％的PaO；3％的CaO；1.5％的MgO；0.05％的NaO；4.5％的K₂O；9％的Fe₂O₃及微量的B₂O₃。线胀系数与窗口晶体一致。制作时，玻璃料在高温下(～700℃)烧成液态玻璃熔体，然后缓慢冷却，当液态玻璃的粘度达一定值时，拉制真空紫外灯管。拉制完毕的真空紫外灯管在380℃(下限退火温度)～500℃(上限退火温度)下退火，消除应力的时间分别为15分钟及4小时，而玻璃的粘度分别为logη＝13.0及14.5。线胀系数的允许偏差为±5×10^-7。这样，在制作真空紫外灯壳过程中的整个温度范围内，真空紫外灯管与焊接的窗口晶体的线胀系数相近，不会炸裂。因此，图2所示的本实用新型真空紫外灯7，机械强度好，在不经高温烘烤(500℃以上)的前提下，窗口晶体不可能完好地从灯管上取下，从而保证了本实用新型真空紫外光源的机械强度。

本实用新型所述的真空紫外灯如图2所示，所述的真空紫外灯灯管是由SiO₂和金属氧化物制成，并在其尾部装有YGD型锆基多元合金非蒸散型室温吸气剂，没有灯丝可断，又不存在阴极溅射污染窗口晶体的缺欠；充以的惰性气体，不与任何物质发生物理、化学反应；工作时，内部产生的微量杂质气体，常温下就会被其尾部装有的YGD型锆基多元合金非蒸散型室温吸气剂消除。因此，本实用新型的真空紫外灯理所当然的是长寿命真空紫外灯(大于3000小时)。

如图1所示，本实用新型的光离子化检测器以氟气化镁晶体作为样品池上盖。使用者无需打开样品池，便可以更换真空紫外灯，因此，消除了光离子化检测器在更换灯时，所造成的样品池污染，以及所带来的使仪器整体性能变差的因素。

如图1所示，本实用新型所述的光离子化检测器样品池池体为物理、化学惰性材料——聚四氟乙烯，消除了光离子化检测器的记忆效应。

如图1所示，本实用新型所述的光离子化检测器电极系统为正负两电极并被聚四氟乙烯薄板遮挡，不为进入样品池的真空紫外光照射，消除了光电发射，降低了背景及由此引起的噪声及漂移。

本实用新型有益效果

1、本实用新型光离子化检测器所装备的光离子化气相色谱仪，无论是灵敏度，还是检出限，均优于市售同类产品；可以检测市售光离子化检测器不能检测到的化学物质，例如氟里昂Freon11、Freon12、Freon13、Freon13B-1、Freon21、Freon22、Freon113、氯仿Chloroform等。经北京市计量检测科学研究院测试，主要性能指标如下：

基线漂移： 1.3×10^-11A/h

基线噪声： 4.2×10^-11A

检测限： 0.696pg苯

最小检测浓度： 0.696μg/m³苯

定量测量重复性： 2.1％

线性范围： (2×10¹～2×10⁵)pg

与市售气相色谱仪主要性能指标对比如下：

参数	配备本实用新型气相色谱仪	Ref.1	Ref.2	Ref.3	Ref.4	Ref.5
参数	配备本实用新型气相色谱仪	Ref.1	Ref.2	Ref.3	Ref.4	Ref.5	检测器	PID(本实用新型)	PID-ECD	PID	MAID	FID	SAW
灵敏度(苯)C/g	2	NP	NP	NP	NP	NP	检测器	PID(本实用新型)	PID-ECD	PID	MAID	FID	SAW
灵敏度(苯)C/g	2	NP	NP	NP	NP	NP	检出限(苯)	0.3ppb	5ppb	20ppb	ppm；ppb	50ppb	42ppb
线性范围	＞10⁵γ²＞0.99	5pp-数百ppm	20ppb-200ppm	NP	＞10⁵	ppb至ppm	检出限(苯)	0.3ppb	5ppb	20ppb	ppm；ppb	50ppb	42ppb
线性范围	＞10⁵γ²＞0.99	5pp-数百ppm	20ppb-200ppm	NP	＞10⁵	ppb至ppm	灯寿命	2年(＞3000小时)	1年	1年

苯的实测色谱图如7所示，其中，温度：31℃；载气：高纯N₂：815ml/min；进样量：100μl；样品浓度：2mg/m³(苯)；相对标准偏差RSD＝1.2％。

Claims

1、一种光离子化检测器，其特征在于：真空紫外灯置于聚四氟乙烯套管内，并且在套管上缠绕射频耦合电感线圈，该线圈一端连接射频电源，另一端悬空并指向真空紫外灯的出射窗口方向，真空紫外灯连同缠绕线圈的套管安装在样品池上，样品池上盖与真空紫外灯的出射窗口紧密相接，样品池内安装有离子收集电极及进出气接头。

2、根据权利要求1所述的光离子化检测器，其特征在于：所述的真空紫外灯灯管是由SiO₂和金属氧化物制成，并在其尾部装有YGD型锆基多元合金非蒸散型室温吸气剂。

3、根据权利要求1所述的光离子化检测器，其特征在于：所述的池体为聚四氟乙烯；池盖为氟化镁晶体。

4、根据权利要求1所述的光离子化检测器，其特征在于：所述的真空紫外灯设有电极和灯丝。

5、根据权利要求1所述的光离子化检测器，其特征在于：所述的套管材料为陶瓷、聚四氟乙烯、PVC、聚酰胺或聚枫。