DE19641177A1

DE19641177A1 - Measuring chamber for photo-ionisation meter for gas or atmosphere analysis

Info

Publication number: DE19641177A1
Application number: DE1996141177
Authority: DE
Inventors: Frank-Peter Dr Sc Nat Herrmann; Gerald Prof Dr Ing Lauckner; Joachim Marco Dipl Hottenrott
Original assignee: Institut fuer Bioprozess und Analysenmesstechnik eV
Current assignee: Institut fuer Bioprozess und Analysenmesstechnik eV
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 1998-03-26

Abstract

The chamber consists of a horizontal bore (2) for the gas flow intercepted by a vertical bore (5) holding the electrodes (6.1,6.2,6.3) from the exciting source (6) opposite an isolating section (7) holding an outer helical electrode (8) and an inner electrode (9) which is either helical or cylindrical in shape. These act as anode and cathode respectively. The outer electrode has gas-permeable sections and there is free space between neighbouring windings (8.1,8.2). This ensures wide dissemination of the gas mixture flowing through the bore in the detector, even if the current speed is very low, giving greater accuracy.

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßkammer für ein Photoionisati onsmeßgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a measuring chamber for a photo ionization onsmeßgerät according to the preamble of claim 1.

Bekannt sind Photoionisationsdetektoren für Gasanalytik und das Umweltmonitoring, die eine VUV-Anregungsquelle besit zen, deren Ausgangsstrahlung in eine Ionisationsmeßkammer einstrahlt, die gasdicht an diese Anregungsquelle angekop pelt ist und die eine Elektrodenanordnung in paralleler oder koaxialer Anordnung aufweist und Gaseinlaß- und -aus laßstutzen für die Zuführung und Ableitung des zu analysie renden Gases enthalten (US-PS 4 013 913, SU-Urheberschein 1 444 659 A1). Im SU-Urheberschein 160 032 ist eine Elektro denanordnung beschrieben, die eine zylindrische Außenelek trode als Kathode und eine Innenelektrode als Anode auf weist, wobei die Kathode durch eine Abschirmung gegenüber der einfallenden VUV-Strahlung der Anregungsquelle abge schattet ist. Bei diesen bekannten Photoionisationsdetekto ren ist ein axialer Gaseinlaß und ein radialer Gasauslaß vorgesehen.Photoionization detectors for gas analysis and environmental monitoring are known which have a VUV excitation source, the output radiation of which radiates into an ionization measuring chamber which is coupled gas-tight to this excitation source and which has an electrode arrangement in a parallel or coaxial arrangement and gas inlet and outlet ports for contain the supply and discharge of the gas to be analyzed (US Pat. No. 4,013,913, SU copy 1 444 659 A1). In SU copyright 160 032 an electrode arrangement is described which has a cylindrical outer electrode as a cathode and an inner electrode as an anode, the cathode being shielded by a shield from the incident VUV radiation from the excitation source. In these known photoionization detectors, an axial gas inlet and a radial gas outlet are provided.

Der Nachteil dieser Photoionisationsdetektoren besteht darin, daß sie einen komplizierten Aufbau aufweisen. Weiter hin besteht insbesondere bei der Verwendung von ringförmi gen Elektrodensystemen der Nachteil, daß durch im Bereich der Elektroden der Meßkammer vorhandenes Restgas verhindert wird, daß der Ionisationsstrom die Gaskonzentration fehler frei abbildet. Wegen der zu geringen Gasgeschwindigkeiten ist ein effektives Spülen der Meßkammer mit einem hohen Zeitaufwand und großem Probevolumen verbunden.The disadvantage of these photoionization detectors is in that they have a complicated structure. Next hin particularly exists when using ring-shaped gene electrode systems the disadvantage that by in the area residual gas present in the electrodes of the measuring chamber is prevented becomes that the ionization current error the gas concentration freely depicted. Because of the low gas speeds is an effective rinsing of the measuring chamber with a high Time and large sample volume combined.

Weiterhin besteht der Nachteil, daß wegen der hohen Verweil zeiten bestimmter Substanzen, z. B. von Essigsäure, die Ansprechgeschwindigkeit gering ist.Another disadvantage is that because of the high dwell time times of certain substances, e.g. B. of acetic acid, the Response speed is low.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spülung der Meßkammer von Photoionisationsdetektoren, insbesondere von solchen mit Mehrelektrodenlampen als Anregungsquelle, zu verbessern, wobei die Konstruktion und die Fertigung der Meßkammer vereinfacht werden sollen.The invention is based, flushing the task Measuring chamber of photo ionization detectors, in particular of those with multi-electrode lamps as an excitation source improve, the design and manufacture of Measuring chamber should be simplified.

Erfindungsgemäß wird das gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. According to the invention that is according to the features of the claim 1 reached.

Bei einer Meßkammer für ein Photoionisationsmeßgerät mit einer zugeordneten Anregungsquelle und einem Elektrodensy stem, das eine Außenelektrode aufweist, die eine Innenelek trode umgibt, wobei eine Elektrode als Anode und die andere als Kathode dient, weist die Außenelektrode erfin dungsgemäß gasdurchlässige Abschnitte auf. Vorzugsweise ist die Außenelektrode wendelförmig ausgebildet, wobei benach barte Wendelabschnitte mit einem Freiraum zueinander verlau fen. Diese Außenelektrode weist den Vorteil auf, daß wegen des Freiraumes zwischen den benachbarten Wendelabschnitten das im Detektor vorhandene Gasgemisch durch die Gasströmung weitestgehend aus der Meßkammer gespült wird. Diese Spülung findet auch bei sehr niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten der Gase statt. Weiterhin ist die Meßkammer einfacher aufgebaut und einfacher zu fertigen.With a measuring chamber for a photo ionization measuring device with an assigned excitation source and an electrode system stem that has an outer electrode that an inner elec trode surrounds, with an electrode as the anode and the other than serves as the cathode, the outer electrode has inventions according to gas-permeable sections. Preferably the outer electrode is helical, with adj beard spiral sections with a free space to each other fen. This outer electrode has the advantage that because of the space between the adjacent spiral sections the gas mixture present in the detector due to the gas flow is largely flushed out of the measuring chamber. This flush takes place even at very low flow rates the gases instead. Furthermore, the measuring chamber is simpler constructed and easier to manufacture.

Die Wendel verläuft vorzugsweise entlang eines gedachten Zylindermantels. Die Innenelektrode ist zweckmäßig eben falls wendelförmig ausgebildet. Da sie aber wesentlich geringere Abmessungen aufweist als die Außenelektrode, kann sie auch zylinderförmig ausgebildet sein, ohne daß dadurch die Strömung erheblich beeinflußt wird.The spiral preferably runs along an imaginary one Cylinder jacket. The inner electrode is expediently flat if helical. But since it is essential has smaller dimensions than the outer electrode, can they can also be cylindrical, without this the flow is significantly affected.

Es ist weiterhin zweckmäßig, daß der Gaseinlaß und der Gasauslaß quer zur Längsachse der Außenelektrode verlaufen, da bei einer Querdurchströmung der höchste Spüleffekt erzielt wird. It is also appropriate that the gas inlet and the Gas outlet runs transversely to the longitudinal axis of the outer electrode, because with a cross flow the highest flushing effect is achieved.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind in einem Grundkör per zwei senkrecht zueinander verlaufende Durchbrüche vorgesehen, wobei ein Durchbruch für die Aufnahme des Elek trodensystems und der Anregungsquelle in gegenüberliegen den Ausschnitten der Kammerwand bestimmt ist und der zweite Durchbruch den Gaseinlaß und -auslaß aufweist. Der zusätz liche Vorteil dieser Ausführungsform ist der einfachere Aufbau gegenüber bekannten Detektoren.In a preferred embodiment are in a basic body per two breakthroughs running perpendicular to each other provided a breakthrough for the inclusion of the Elek trodensystems and the source of excitation in opposite the cutouts of the chamber wall is determined and the second Breakthrough has the gas inlet and outlet. The additional Liche advantage of this embodiment is the simpler Construction compared to known detectors.

Die Außenelektrode weist einen Durchmesser auf, der minde stens einen außeraxial angeordneten Strahlenkegel der Anregungsquelle einschließt. Als Anregungsquelle ist vor zugsweise mindestens eine Hohlkathodenlampe mit mindestens zwei Elektrodensystemen vorgesehen.The outer electrode has a diameter that min least an off-axis beam cone of Includes excitation source. As a source of inspiration is before preferably at least one hollow cathode lamp with at least two electrode systems are provided.

Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung erläutert werden, in der eine Meßkammer im Schnitt dargestellt ist.The invention is intended to be used in one exemplary embodiment a drawing are explained in which a measuring chamber in Section is shown.

In einem Grundkörper 1 sind eine horizontale Längsbohrung 2, die Anschlüsse für einen Gaseinlaß 3 und einen Gasauslaß 4 aufweist, und eine vertikale Bohrung 5 vorgesehen. Auf einer Seite der vertikalen Bohrung 5 befindet sich eine gasdichte Aufnahme für eine VUV-Anregungsquelle 6 mit drei Elektroden 6.1 bis 6.3 und gegenüber ein Isolierstück 7 mit zwei Durchbohrungen. Am Isolierstück 7 sind eine wendelför mige Außenelektrode 8 und eine wendelförmige Innenelektrode 9 befestigt, die das Elektrodensystem der Meßkammer bilden. In den Durchbohrungen des Isolierstücks 7 sind die elektri sche Zuleitung 10 für die Außenelektrode 8 und die elektri sche Zuleitung 11 für die Innenelektrode 9 angeordnet. Die Zuleitungen bilden auch die mechanische Fixierung des Elektrodensystems.In a base body 1 , a horizontal longitudinal bore 2 , which has connections for a gas inlet 3 and a gas outlet 4 , and a vertical bore 5 are provided. On one side of the vertical bore 5 there is a gas-tight receptacle for a VUV excitation source 6 with three electrodes 6.1 to 6.3 and opposite an insulating piece 7 with two through-bores. On the insulating piece 7 , a wendelför shaped outer electrode 8 and a helical inner electrode 9 are attached, which form the electrode system of the measuring chamber. In the perforations of the insulating piece 7 , the electrical supply line 10 for the outer electrode 8 and the electrical supply line 11 for the inner electrode 9 are arranged. The leads also form the mechanical fixation of the electrode system.

Der Durchmesser, die Wendelsteigung der Elektroden, insbe sondere der Außenelektrode 8, sowie der Abstand benachbar ter Wendelabschnitte, z. B. der Wendelabschnitte 8.1 und 8.2 sind so bemessen, daß ein möglichst geringer Strömungswider stand gegenüber dem zu analysierenden Gasstrom vorhanden ist und daß sich das zwischen den Elektroden erzeugte elektrische Feld, das sich durch Anlegen einer Gleichspan nung bildet, im Strahlungskegel der über das Austrittsfen ster 12 der VUV-Anregungsquelle 6 einfallenden Strahlung befindet.The diameter, the helix pitch of the electrodes, in particular the special outer electrode 8 , and the distance between adjacent helical sections, e.g. B. the spiral sections 8.1 and 8.2 are dimensioned so that the lowest possible flow resistance to the gas stream to be analyzed is available and that the electric field generated between the electrodes, which is formed by applying a DC voltage, in the radiation cone of the via the exit fen ster 12 of the VUV excitation source 6 incident radiation.

Das zu analysierende Gasgemisch strömt über den Gaseinlaß 3 in den durch die Außenelektrode 8 abgegrenzten Raum ein und wird durch die aus dem Austrittsfenster 12 der VUV-Anregungsquelle 6 eintretende Strahlung ionisiert. Aufgrund der zwischen den beiden Elektroden angelegten niedrigen Gleichspannung kann zwischen der Außenelektrode 8 und der Innenelektrode 9 ein Ionisationsstrom abgegriffen werden.The gas mixture to be analyzed flows through the gas inlet 3 into the space delimited by the outer electrode 8 and is ionized by the radiation entering from the exit window 12 of the VUV excitation source 6 . Due to the low direct voltage applied between the two electrodes, an ionization current can be tapped between the outer electrode 8 and the inner electrode 9 .

Claims

1. Measuring chamber for a photo ionization measuring device with an associated excitation source and an electrode system which has an outer electrode which surrounds an inner electrode, one electrode serving as an anode and the other as a cathode, characterized in that the outer electrode ( 8 ) te gas-permeable sections having.

2. Measuring chamber according to claim 1, characterized in that the outer electrode ( 8 ) is helical, with adjacent helical sections ( 8.1 , 8.2 ) extending to one another with a free space.

3. Measuring chamber according to claim 1 or 2, characterized records that the helix along an imaginary Zy linden coat runs.

4. Measuring chamber according to at least one of the preceding claims, characterized in that the inner electrode ( 9 ) is helical or cylindrical out.

5. Measuring chamber according to at least one of the preceding claims, characterized in that the Gasein let ( 3 ) and the gas outlet ( 4 ) extend transversely to the longitudinal axis of the outer electrode ( 8 ).

6. Measuring chamber according to at least one of the preceding claims, characterized in that in a base body ( 1 ) two mutually perpendicular de openings ( 2 , 5 ) are provided, with an opening ( 5 ) for receiving the electrode system ( 8 , 9 ) and the excitation source ( 6 ) is determined in opposite sections of the chamber wall and the second opening ( 2 ) has the gas inlet ( 3 ) and outlet (4).

7. Measuring chamber according to at least one of the preceding claims, characterized in that the outer electrode ( 8 ) has a diameter which includes at least one off-axis beam cone of the excitation source.

8. Measuring chamber according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one hollow cathode lamp with at least two electrode systems ( 6.1-6.3 ) is provided as the excitation source ( 6 ).