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"Flammenionisationsdetektor" Die Erfindung bezieht sich auf einen
Flammenionisationsdetektor, mit Gehäuse, versehen mit einem Brenner und zwei Elektroden.
solche mit Zufuhrleitungen für das zu untersuchende Material, für Brennstoffgas,
bzw. für Luft oder Sauerstoff, einer Abfuhrleitung für nicht verbrauchte te Gase
und Verbrennungsprodukte und mit Speiseleitungen für die Elcktroden.
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Bei bekannten Flammenionisationsdetektoren dieses Typus wird eine
Flamme auf dem Brenner entzündet und wird das zu prüfende Material in die Flamme
eingebracht, wodurch dies ionisiert wird..Mit Hilfe der Elektroden wird ein elektrisches
Feld in dem Bereiche der Flamme erzengt.
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Durch die Anwesenheit der Ionen entsteht ein elektrischer Strom, der
sich an einer der Elektroden, die eigens dazu eingerichtet ist, erfassen lässt und
Information über die Art der Ionen beschafft. Die Messelektroden soll gogen Erde
aufs besto isoliert sein, damit sie die Information
auch in richtiger
Weise beschafft.
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Die Erfindung nun soll einen Flammenionisationsdetektor schaffen,
mit dessen Hilfe sich die Menge über das zu prüfende Material zu erhaltender Information
vergrössern lässt. Dieser Zweck wird erfindungsgemäss durch einen Flammenionisationsdetektor
erzielt, bei dem beide Elektroden sich mit unterschiedlicher Folge als Messelektrode
anwenden lassen, wozu die Elektroden sowohl geometrisch verschieden zu der Brennerflamme
angeordnet sind, wie auch je hochohmig gegen Erde isoliert sind.
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Zum Erhalten von mehr Information durch Anwendung beider Elektroden
als Messelektroden ist es erforderlich, dass die Elektroden geometrisch verschieden
zu der Flamme angeordnet sind. Bemerkt wird, dass bei bekannten Flammenionisationsdetektoren
auch bereits geometrisch verschieden angeordnete Elektroden angewendet werden. Dort
handelt es sich jedoch um Unterschiede, welche die Folge der ge:¢ählten Lösung von
Konstruktionsproblemen des Detektors sind und nicht um Elektroden, welche auch je
hochohmig gegen Erde isoliert sind.
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Die welchselweise Miwendung der Elektroden als Messelektrode bietet
neue Möglichkeiten in bezug auf die Menge information, weiche sich einziehen lässt.
Die Teile der Flamme, welche sich in der Nähe der Messelektrode befinden, sind verschieden,
wenn unterschiedliche Elektroden als esselektrode benutzt werden. dadurch wird eine
andere Verteilung ionisierter Produkte in der Nähe der Messelektrode vorhanden sein
und wird ein anderer Strom und mitlil: ein anderes signal an der Messelektrode erhalten.
Das beinhaltet eine Vergrösserung der Menge zu erhaltender Information.
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Bemerkt wird, dass der Fiamnenionisationsdetektor gemäss der Erfindung
stich derart einrichten lässt, dass die Polarisationsspannung immer der Elektrode
aufgedrückt wird, die in dem betreffenden Moment nicht als Messelektrode angewendet
wird.
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Bei einer sich als besonders geeignet befundenen Ausführungsform
des Flammenionisationsdetektors gemäss der Erfindung wird die eine Elektrode durch
eine hohlzylindrische Röhre gebildet, die in Abstand von dem Brenner und gleichnittig
damit angeordnet ist, während eine gleichmittig
mit dem Brenner
und um dessen Ende angeordnete Haube die andere Elektrode darstellt.
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Durch diese Konstruktion wird das Erfordernis erfüllt, dass die Elektroden
geometrisch verschieden zu der Flamme ansuordnen sind, während dennoch ein symmetrisch
zu der Brennerachse verlaufendes elektrisches Feld zwischen den Elektroden erhalten
wird, so dass die Information durch Feldasymmetrien nicht beeinträchtigt wird.
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Die Zylinderelketrode nach der Vorzugsausführungsform des Flammenionisationsdetektors
gemäss der Erfindung ist zweckmässig grösstenteils durch einen gleichmittig mit
ihr verlaufenden zylinderförmigen Schirm umgeben. Dieser Schirm ist zwischen der
Zylinderelektrode und einer stabförmigen Zufilrleitung nach der anderen Elektrode
angeordnet und bewirkt, dass eine Kapazitivkupplung zwischen den Elektroden möglichst
vermieden wird. Eine solche Iiapazitivsupplung beeinträchtigt das Messsignal und
mithin die erhaltene Information.
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Bei einer vorteilhaften Konstruktion des Flammenionisationsdetektors
nach der Erfindung sind beide Elektroden uilmittelbar, oder wie die Haubenelektrode
über einen Verbindungsstab, in dem oberen Teil des Gehäuses befestigt und dort hochohmig
gegen Erde isoliert. Es ist hierbei zu vermeiden, dass durch Kondensation von Verbrennungsprodukten
die hochohmige Isolation verunreinigt wird.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist die Vorzugsausführungsform des
Flammenionisationsdetektors gemäss der Erfindung vorzugsweise derart ausgefErllt,
dass die Zylinderelektrode an der von dem Brenner abgekehrten Seite in eine in der
Wand des Gehäuses des Flammenionisationsdetektors angeordnete Höhlung einragt, in
welche auch die Abfuhrleitung für nicht verbrauchte Gase und Verbrennungsprodukte
mündet.
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Durch eine solche Konstruktion werden abzufuhrende Materialien möglichst
unmittelbar abgeführt und wird die Gefahr'der Verunreinigung möglichst verringert.
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Die Erfindung wird an hand der Zeichnung erläutert, in der die einzige
Figur einen Schnitt einer Ausführungsform des Flammenionisationsdetektors'nach der
Erfindung wiedergibt.
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In der Figur ist mit 1 das Gehäuse des Flammenionisationsdetektors
bezeichnet. Dieses Gehäuse kann aus zwei Teilen bestehen, einem unteren Teil, das
den Brenner mit den dazu benötigten Zufuhrleitungen enthält und einem oberen Teil,
in dem die Elektroden befestigt sind.
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Das obere Teil ist an der Oberseite durch einen Deckel 2 abgeschlossen.
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Der Brenner 3 kann jeder geeigneter Brenner sein, z.B. ein Quarsbrenner.
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Die Elektrode 4 ist eine hohlzylindrische Röhre, die gleichmittig
mit dem Brenner 3 und in Abstand von diesem angeordnet ist. Die Elektrode 5 hat
die Form einer Haube welche gleichmittig mit dem Brenner 3 um dessen Ende angeordnet
ist. Die Elektrode 5 ist über einen elektroleitenden Draht 19 mit dem elektroleitenden
Stab 6 verbunden, der inAbstand ron der Elektrode 4 und parallel zu dieser angeordnet
ist. Die Elektrode 4 und der Stab 6 sind in geeigneter Weise -mit den unterschiedlichten
Koachsialkai.eln 7 verbunden. Die Elektrode 4 ist grösstenteils durch den gleichmittigen
Schirm 8 umgeben. Durch diesen Schirm 8 wird zweckmässig eine Kapazitivkupplung
zwischen dem Stab 6 und der Elektrode 4 vermieden.
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Durch die Isolationsstücke 9 werden die Elektroden 4 und 5 mit ihnen
angekuppelten Zufuhrleitungen hochohmig gegen den Restteil des Gehäuses ld gegen
Erde isoliert. Wenn als Material für den Brenner 3 Quarz nicht angewendet wird,
sondern ein leitendes Material, z.B.
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Nickel, ist die Elektrodenhaube 5 durch eine hochohmige Isolationsschicht
gegen den Brenner zu isolieren.
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In dem Deckel 2, mit dem die Oberseite des Gehäuses 1 abgeschlossen
ist, ist der Zünder 10 angeordnet, mit dem die Flamme auf dem Brenner entzündet
wird. Der Zünder 10 ist in dieser Weise ausserhalb des Elektrodenfeldes angeordnet,
wodurch gegenseitige Beeinflussung vermieden wird. In dem Deckel 2 ist weiter eine
Abfuhrleitung 11 angeordnet, zwecks Abführung von Verbrennungsprodukten und nicht
verbrauchten Gasen aus dem Brenner- und Elektrodenraum. Der Deckel 2 weist auf der
Innenseite eine Höhlung 12 auf, welche mit der Abfuhr 11 in Verbindung steht.
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In diese Höhlung 12 ragt das von dem Brenner abgekehrte Ende der Elektrode
4 ein. Durch diese Konstruktion werden praktisch alle Verbrennungaprodukte über
die Hohlelektrodenröhre 4 unmittelbar durch die Abfuhrleitung
11
abgeführt und wird die Gefahr, dass die Verbrennungsprodukte an irgendeiner Stelle
in dem oberen Teil des Gehäuses 1 kondensieren, sodann abwärts abtröpfeln und die
hochohmigen Isolationsstücke 9 verunreinigen, wodurch die richtige Wirkung des Flammenionisationsdetektors
nach der Erfindung beeinträchtigt würde, verringert.
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Die Gefahr der Kondensation wird weiter durch die in der Scheibe
17 der Elektrode 4 angeordneten engen Kanäle 18 verringert. Diese Kanäle bewirken
eine Durchspülung des oberen Teils des Detektors einschliesslich der Höhlung 12
mit dem im Nachstehenden näher zu bezeichnenden Gas, das dem Detektor über die Leitung
13 zugeführt wird. Es, wird dadurch Kondensation und Diffusion von Verbrennungsprodukten
nach den isolierenden Teilen des Detektors vermieden.
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Das Gehäuse 1 ist weiter versehen mit einer Leitung 13 zwecks Zithrung
von Luft oder eines anderen geeigneten Gases, das für die richtige Wirkung des Brenners
3 erforderlich ist. Am Innenumfang des Gehäuses 1 befindet sich in Höhe des Umfangs
der Zufuhrleitung 13 ein Schlitz 14, durch den die über die Leitung 13 zugeführte
Luft den Verbrennungsraum erreichen kann. Durch diesen mit dem Brenner 3 und der
Elektroden 4 gleichmittigen Schlitz wird eine gleichmässige Verteilung der Luft
bei deren Zuführung bewirkt, so dass sich keine Turbulenzen einstellen, welche die
wirkung des Detektors beeinträchtigen könnten.
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Das untere Teil des Gehäuses, in dem sich der Brenner 3 befindet,
ist durch einen Heizblock 15 umgeben, dessen Temperatur sich mit nicht eingezeichneten
Mitteln regulieren lässt. Durch diesen Heizblock 15 kann die Temperatur dieser Messzone
des Flammenionisationsdetektorß beherrscht werden, wodurch Verunreinigungen dieser
Messzone durch Kondensaton oder Sublimation von Material vermieden wird.
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In dem Brenner 3 ist ein Kanal 16 angeordnet, durch den aus einer
Gaschromatographiesäule anfallende Materialien vermischt mit einem Vexbrennungegas,
z.B. Wasserstoff, die Oberseite des Brenners erreichen, wo die Flamme brennt.
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Das obere Teil des Gehäuses des Detektors, in dem die Elektroden
befestigt sind und wo sich die hochohmige Isolation befindet, wird
vorzugsweise
derart bemessen, dass der Abstand von dem iieizblock 15 verhältnismässig gross ist.
Es wird dadurch die Temperatur in der Nähe der Isolationsstücke weniger hoch, als
wenn letztere dem Brenner näher angeordnet sind. Eine hohe Temperatur macht Schwierigkeiten
im Hinblick auf die Isolation. Mit Hilfe der wiedergegebenen Ausführungsform des
Flammenionisationsdetektors nach der Erfindungkann der günstigen Bemessung wegen
noch bei Temperaturen von bis etwa 450°C gearbeitet werden.
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Der Flammenionisationsdetektor nach der Erfindung wirkt in für solche
Detektoren üblicher Weise. Auf dem Brenner brennt die Flamme, welche durch ein Brennstoffgas,
z.B. Wasserstoffgas, das durch die Leitung 20 und über den Brennerkanal 16 zugeführt
wird, und durch Luft gespeist wird. Dadurch, dass den Elektroden eine elektrische
Spannung aufgedrückt wird, entsteht zwischen ihnen ein elektrisches Feld. Bei dem
in Frage stehenden Detektor befindet ich dieses Feld symmetrisch zu der Brennerachse.
Die zu prüfenden Materialien, die z.B. aus einer Gaschromatographiekolonne anfallen,
werden auch über den Brennerkanal 16 zugeführt und sodann in der Flamme ionisiert.
Unter Einfluss des Feldes bewegen sich die Ionen den Elektroden zu. Es entsteht
gleichsam ein Strom. Dieser Strom nun wird an der Messelektrode erfasst. Die Messelektrode
ist gegen äusserst geringe Stromstärken bis in die Ordnung von Picoampares empfindlich.
Angesichts dieser äusserst geringen Stromstärken ist mithin unter hochohmiger Isolation
eine Isolation in der Ordnung von Gigaohms-zu verstehen.
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Bei dem Flammenionisationsdetektor gemäss der Erfindung sind beide
Elektroden hochohmig isoliert, so dass sie beide als Messelektrode dienen können,
d.h. dass bei dem Detektor nach der Zeichnung sowohl die Röllrenelektrode 4, wie
die IIaube 5 als Messelektrode benutzt werden können. Diese "Austauschbarkeit" der
Elektroden bietet neue Möglichkeiten. Entstehen ja bei Zuführung bestimmter Materialien
in die Flamme die Ionen in der Flamme an unterschiedlichen Stellen. Ls wird dadurch
der Strom in der einen Richtung in etwas anderer Weise geleitet als nach Austausch
der Funktion der Elektroden in der anderen
Richtung, Es werden mithin
etwas andere Signale erhalten, wenn die IIaube 5 als Messelektrode benutzt wird,
als wenn die Röhrenelektrode 4 als solche dient. Man kann diesen Umstand vorteilhaft
ausnützen, indem man unter Anwendung eines sogenannten Choppers in rascher Abvecllslung
Signale von der einen und von der anderen Nesselektrode abnimmt.
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Es lassen sich daraus neben Daten über Quantität der zu detektierenden
Materialien auch Daten über die Qualität erhalten.
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Es hat bei dem Flammenionisationsdetektor nach der Erfindung seinen
Belang, dass die Elektroden geometrisch unterschiedlich zu der Flamme angeordnet
sind. Es kommen dadurch andere Teile der Flamme in die Nähe der empfindlichen Elektrode
nach "Austausch" der Messelektroden, so dass andere Information erhalten wird.
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Andere Ausführungsformen als die an hand der Zeichnung beschriebene
Ausführungsform sind möglich, wofern dem Erfordernis entsprochen wird, dass hochohmig
zu isolieren ist und beide Elektroden verschieden zu der Flamme anzuordnen sind.
Solche Ausführungsformen dberschreiten den Rahmen des Erfindungsgedankes nicht.