DE2159256C3 - Thermionischer Flammendetektor - Google Patents

Description

Ionen buchenden S.ron, uhr, um d,e SikkUvua. ^'f⁰^'"^;^,,,,^ _Deckcl S mil einer ölf-

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körpers 4 eingeschraubt ist. Im Abstand oberhalb der Flammendüse ist ein zylinderförmiger Kollektor 13 angeordnet, der elektrisch isoliert in dem Zylinderkörper 4 befestigt ist und in seinem Innenraum einen Salzkristall 14 trägt. Der Kollektor ist über einen Anschluß 15 mit einer Ionenstroi.i-Meßanordnung 16 verbunden. Deren Masseanschluß ist über eine Spannungsquelle 18 a für 350 V und eine Leitung 17 mit der Flammendüse 9 verbunden, welche somit im Betrieb auf einem Potential von etwa +350 V gegenüber der Kollektorelektrode gehalten wird.

Direkt am oberen Ende der Flammendüse 9 ist eine Ringelektrode 19 mit einem Durchmesser von 4 bis 5 mm angeordnet, die in einer Isolierbuchse 20 des Zylinderkörpers 4 mittels eines Halters 21 befestigt und elektrisch an eine derart gepolte Spannungsquelle 18 b über eine Leitung 22 angeschlossen ist, daß das Potential der Ringelektrode 19 im Bereich von 0 V bis 350 V über die Spannungsquelle einstellbar ist. Für die Funktion der Vorrichtung ist entscheidend, daß das Potential der Ringelektrode 19 negativ gegenüber dem Potential der Kollektorelektrodc 13 und deren Potential wiederum negativ gegenüber demjenigen der Flammendüse 9 ist.

Der thermionische Flammendetektor kann beispielsweise folgendermaßen betrieben werden: Angenommen das Salzstück besteht aus Rubidiumbromid, das Brenngas ist Wasserstoff mit einem Durchsatz von 26 ml/min, die Preßluft hat einen Durchsatz von 180 ml/min und das Trägergas hat einen Durchsatz von 60 ml/min und transportiert eine stickstoffhaltige Probe.

Die genannten Gase, jedoch zunächst noch ohne die stickstoffhaltige Probe, werden in den Innenraum des Zylinderkörpers 4 geleitet, und es bildet sich auf Grund des Gitters 8 ein leichter Überdruck gegenüber der Umgebung aus, der das Eindringen von Umgebungsluft in der. Zylinderraum und durch die öffnung 6 im Deckel S hindurch verhindert. Die Ringelektrode 19 wird kurzzeitig auf Glühtemperatur gebracht, um das Knallgasgemisch zu entzünden. Über die Spannungsquelle 18 b kann das Potential der Ringelektrode 19 im Bereich von OV bis -35OV derart eingestellt werden, daß der durch die Ionenstrom-Meßanordnung 16 angezeigte Grundionisationsstrom wesentlich herabgesetzt wird.

Vermutlich bilden sich in der Flamme positive Rubidiumionen und vorzugsweise im unteren Flammenabschnitt Rubidiumatome. Die Rubidiumionen bilden den überwiegenden Teil des Grundionenstromes, welcher entsprechend der Flammentemperatur und -geometrie stark fluktuiert und gewöhnlich zu Rausclieffekten führt. Das Potential der Zusatzelektrode wird derart eingestellt, daß etwa die Hälfte dieser positiven Rubidiumionen zum Kollektor 13, der lonensirom-Meßanordnung 16 und über die Masse-Verbindung und die Leitung 17 zur Flammendüse 9 und wieder zur Flamme gelangt. Der andere Teil, vorzugsweise die Hälfte der positiven Rubidiumionen, fließt zur Ringelektrode 19 und über die Leitung 22 und über die Masseverbindung in entgegengesetzte Richtung durch die lonenstrom-Meßanordnung 16 zum Kollektor 13 und zurück zur Flamme, so daß es zu einer weitgehenden Kompensation des Grundionenstromes kommt.

Wenn nun die stickstoffhaltigen Verbindungen in die Flamme gelangen, so reagieren sie vermutlich mit den sich in wesentlich erhöhter Konzentration im unteren Flammenbereich befindenden Rubidiumatomen unter Bildung positiver Rubidiumionen. Diese werden wiederum über die Zusatzelektrode abgesaugt und in der lonenstrom-Meßanordnung angezeigt. Es ist entscheidend, daß die Ringelektrode lediglich im unteren Flammenbereich angeordnet und in Flammenrichtung schmal ausgebildet ist, damit die durch die Wechselwirkung mit den Stickstoffverbindungen entstehenden positiven Rubidiumionen selektiv angezeigt werden und nicht wie der Gwndionenstrom

ao ebenfalls zur Kollektorelektrode fließt und kompensiert wird.

Es versteht sich, daß das vorliegende Ausführungsbeispiel in verschiedener Weise abgewandelt werden kann, ohne die erreichte Steigerung des Si-

»5 gnalrauschverhältnisses zu beeinträchtigen. So ist die chemische Zusammensetzung des Salzkristalles jeweils auf die Art der zu untersuchenden Probe abzustimmen. Auch kann die Geometrie der Kollektorelektrode und/oder der Zusatzelektrode abgeändert werden, wobei rotationssymmetrischen Formen der Vorzug zu geben ist. Je nach der Potentialdifferenz zwischen Kollektor ι d Flammendüse ist auch das gegenüber diesen bt .Jen Potentialen negative Potential der zusätzlichen Ringelektrode einstellbar. Dieses

kann betragsmäSig auch größer als die Potentialdifferenz zwischen Kollektor und Flammendüse sein.

Durch das gegenüber dem Potential der Flammendüse negative Potential der zusätzlichen Ringelektrode werden wahrscheinlich nicht nur die das Rausehen erhöhenden Ionen, sondern auch andere positive Ionen abgesaugt. Dies führt naturgemäß zu einer entsprechender Verminderung des Ionisationsgrades der zu untersuchenden organischen Verbindung. Dadurch nimmt das Nutzsignal bzw. die absolute Emp-

findlichkeit ab, das letztlich entscheidende Signal-Rauschverhältnis jedoch zu.

In jedem Falle sind die Form und Abmessung der Zusatzelektrode auf die Flammengeometrie abzustimmen, wobei diese wiederum in erster Linie vom Durchsatz der Brenn- und Trägergase abhängen. Die zusätzliche Ringelektrode braucht nicht in jedem Fall auch als Zündelektrode verwendbar zu sein, sondern es kann ein getrennter nicht dargestellter Zündschaltkreis vorgesehen werden. Schließlich haben Messungen ergeben, daß das Signal-Rauschverhältnis dieses thermionischen Flammendetektors jedenfalls im Temperaturbereich von 200 bis 400 C des Detektorblocks bei zunehmender Temperatur abnimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 2 !59 256

   ¹ ^»rtnuÄrpimSrKoSS

   Patentanspruch: TtS^ ^s™*» ^hf" ^T "*

   irode genauen ^ Anordnung das Rauschen um

   Thermionischcr Flammendetektor mit einem durch eine e ^_{n enz} herabgesetzt werde« Gehäuse, einer Flammendüse, einer Trager- und 5 wemgs*™ _{ibt sich der} Vortert, daß das op-Brenngaszuleitung zu dieser, einer im Inneren des Jamu Auß« S^_{n den}, _Slgna, Rauschverhalt-Gehäuses mündenden Preßluftzuleitung, einer im ümale Verna ^,^jv^t andererseusnicht Abstand von der Flammendüse befindlichen KoJ- ms *™™%_{e mechani}sche Verstellung des Abstanlektorelektrode, einem ersten elektronen A..- "^ieh™ _{en der} Kollektorelektrode und der Flamschluß am Kollektor für ein Potential einer io des zw ^sctie" _{m zu werd}en braucht, sondern lonenstrom-Meßanordnung und einem zweiten mendusZ^ _{WahI der} Gegenspannung der elektrischen Anschluß für ein anderes Potential durch ^e"«P^r _E,_ektrode auf elektnschem Wege e.ngeder lonenstrom-Meßanordnung, welcher elek- zusätzlichen t

   irisch leitend mit der Flammendüse verounde.. steH^?™_{weisc der} Vorrichtung nach der Erist, wobei das Kollektorpotent.al negative;· als i_S Dwwir^j, ^_{n darauf}, _daß ein Te.l des dasjenige der Flammendüse ist, und mit einer zu- findung ^^eru bildenden Grund.onenstromes sätzlichen die Flammendüse teilweise umgeben- sich in der ^r _welcher auf Grund der unden Elektrode, welche über eine Gleichspan- ««P«'g_n ^A _Änderungen der Temperatur und nungsquelle verbunden ist. dadurch ge- ^^e™f_d"_{r Flamm}e schwankt, von der Zusatzkenn zeichnet. daß die zusätzliche fclek- *> Geometrie der ^ wenigstens te.lwe.scn trode (19) als schmaler Ring ausgebildet im we- f^J^J* gegensinnig durch die lonensentlichen in Höhe der Flammendüse (9) an- ^Ρ^ε"2'^_ΓΟ°_ηιιηβ füeßenden Anteiles des Grundgeordnet und durch die Gleichspannungsquelle ^5ΐΓΟ^^Μ^"^ΟΓ^ Kollektorkreis verwendet wird. (18) auf einem negativen einstellbaren Potential 'O^nenst^™^ep. ™ _das nachzuweisende Gas zugegegenüber dem Potential der Kollektorelektrode .5 Wenn der I-lamme ^- _{weise olganische} st.ck-

   (13) gehalten ist. SSS oder phosphorhaltige Verbindungen auf-

   stotthaltige ouu μ r unteren Abschnitt der

   weisen kann, b.lden ^ ⁱⁿ Zusatzelektrode, mit

   Flamme, also ™ ^^eTde'r Flamme erhöhter

   ³⁰ K"c^Unt^eration pöSe Alkaliionen, welche signif,-

   Die Erfindung betrifft einen thermionischen Flam- ^J^l"^ Ionen werden"abeNn

   tiendetektor mit einem Gehäuse, einer Flammen- phorverbmd^mgen^ ^ _{Zusatzdektrode}

   Tä d Bngaszuleitung zu dmser wesenthch ^^em _Mßki efüht

   tiendetektor mit einem Gehäuse, einer Flammen pho^^ ^ _Zusat

   <üse, einer Träger- und Brenngaszuleitung zu dmser, wesenthch ^^e _m ^m _lonenstrom._Meßkreis zugeführt

   tiner im Inneren des Gehäuses mundenden Freßlult- ₃₃ abgesaugt und abgesaugten positiven

   tuleitung, einer im Abstand von der Flammendüse als de von Jen, KoUe _sationszustand auf-

   !dlih Kllktlktrode e.nem eisten ele„- A'^^'^^^^ hä Signal in

   tiner im Inneren des Gehäuses mun g abgesaugten positiven tuleitung, einer im Abstand von der Flammendüse als de von Jen, KoUe _sationszustand auf- !befindlichen Kollektorelektrode, e.nem eisten ele„- A'^^'^^^^entiich rauschärmeres Signal in Irischen Anschluß am Kollektor für ein Potent« f^h^ »^.^SLdnung erhalten wird. Es finriner lonenstrom-Meßanordnung und einem zweiten der lonenslrom ^M£^a erwünschter und uner-"lektrischen Anschluß für ein anderes Potential der <> det ^aJf ^'^5^"""Lnenströme zur Erhöhung lonenstrom-Meßanordnung, welcher elektrisch Ic- wünschte ung e^t.ge. ^ ^ ^ tend mit der Flammendüse verbunden ist, wobei das der Selektiv.tat, son«rn ^ _{des Grun(J} Kollektorpotential negativer als dasjenige der F am- ¹·^^^¹ f ^^Tnenstmm-Meßanordnung zur »nendüse ist, und mit einer zusätzlichen die FU.m- ^⁰"¹* ™^mJ 'Vwal-Rauschverhältnisses statt. Die mendüse teilweise umgebenden Elektrode, welche 45 ^""l^^'^',,^ Verbindungen signifikanten über eine Gleichspannungsquelle verbunden^ fu r dej«dteuwe«* nü ^ ^ _Zusatze,_ektrode Es ist ein derartiger thermionischer Flammende- ^A'^kal"™f"X,_er lonenstrom-Meßanordnung zugetektor bekannt, welcher eine zylindrische, langsgc- abgesaugt und der lonenstron streckte, im Bereich der Flamme mit e.nem Alkali- fuhrt. bevorzugtes Ausführungssalz versehene zusätzliche Elektrode aufweist die 50 ^!m. f"'^"^. _{anHand der} Zeichnung erläudurch eine Spannungsquelle gegenüber der F.am- be.spje I de-t.ήnd mM Hand ^^J^ mendüse auf positivem Potential gehalten .ist. Im te ' ^^el^^e J^J_{k roden}._Anordnung darstellt. Kollektorstromkreis fließt bestimmungsgemäß der mit eine ^Drei b ek roae b Verda