DE2257099B2

DE2257099B2 - Flammenionisationsdetektor

Info

Publication number: DE2257099B2
Application number: DE2257099A
Authority: DE
Inventors: Rudolf E. Dr. 6702 Bad Duerkheim Kaiser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-11-21
Filing date: 1972-11-21
Publication date: 1974-10-17
Also published as: FR2207605A5; DE2257099A1; CH566553A5; GB1446085A; USB418121I5; IT999463B; US3925023A; DE2257099C3

Description

Fiammenionisationsdetektoi-en (FID) werden zum Nachweis von Kohlenwasserstoffen und in Verbindung mit Alkalisalzen zum selektiven Nachweis von Phosohor-. Stickstoff- und anderen Heteroatome enthalten den organischen Verbindungen verwendet. Solche or ganischen Verbindungen, die Heteroatome enthalten, werden im nachfolgenden Text abgekürzt »Heterover Windungen« genannt Die Alkalisalze sind dabei so an geordnet, daß sie von der aus einer Brenndüse mit Wasserstoff gespeisten Flamme erwärmt werden und Ionen abgeben, die mit den Ionen der nachzuweisenden Substanzen Verbindungen eingehen (siehe z. B. USA Patent 3 372 994). Hierdurch wird der lonenstrom zum Kollektor selektiv stark erhöht, wenn Phosphor-, Stick stoff-, Arsen- oder andere Heteroverbimlungen auftre ten. vorausgesetzt, daß eine geeignete Salzquelle aus gewählt wurde.

Es ist auch bekannt, in einem gemeinsamen Detek tionsraum zwei Systeme mit zwei Flammen anzubrin gen. die gleichzeitig oder abwechselnd betrieben wer den können. Jedem System ist eine Brenndüse und eine Detektionseiektrode zugeordnet Die Salzquelle ist in Form eines Drahtgitter so eingesetzt daß die Brenn räume der beiden übereinander angwirdneten Flam men unterteilt und elektrostatisch voneinander abschirmt werden. Die zu untersuchende Substanz wiro der Brenndüse der unteren Flamme zugeführt. Beide Flammen werden mit Wasserstoff als Brenngas ge speist, der oberen Flamme wird noch Stickstoff beige mischt. Enthält die zu untersuchende Substanz Hetero verbindungen, so wird der lonisationsstrom von der zweiten Flamme zur Detektionselekirode erhöht. Für den Nachweis von HeteroVerbindungen müssen alsr stets beide Flammen in Betrieb sein. Bei dieser Anord nung ist nachteilig, daß die Salzquelle von beiden Flam men aufgeheizt wird, was die Selektivität für Hetero verbindungen vermindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfachen FID mit zwei Brenndüsen in einem gemeinsamen Detektionsraum anzugeben, der wahlweise für den Nachweis von Kohlenwasserstoff und von HeteroVerbindungen verwendet werden kann und der für beide Nachweismethoden hohe Selektivität und Empfindlichkeit aufweist.

Bei der Konstruktion wird von einem Detektor ausgegangen, bei dem ungefähr in der Mittelachse des Detektionsraums eine erste Brenndüse im wesentlichen senkrecht nach oben gerichtet ist, die eine erste Flamme für den Nachweis von Kohlenwasserstoffen erzeugt und bei dem im gleichen Detektionsraum über der ersten Brenndüse und nahe einer Salzquelle eine zweite Brenndüse angeordnet ist. die eine zweite Flamme für den Nachweis dt-r HeteroVerbindungen erzeugt. Erfindungsgemäß ist die zweite Brenndüse unter einem kleinen Winkel zur Mittelachse des Detektionsraums nach unten und auf die vor ihrer Mündung angeordnete Salzquelle gerichtet und beiden Flammen ist eine gemeinsame Detektionseiektrode zugeordnet, die koniscn ausgebildet und in dem Detektionsraum oberhalb der beiden Brenndüsen angeordnet ist.

Der erfinundgsgemäß ausgebildete FID wird für den Nachweis von HeteroVerbindungen in der Weise betrieben, daß der ersten Brenndüse die nachzuweisende Substanz und der zweiten Brenndüse Brenngas (Wasserstoff) zugeführt wird und daß elektrisch die zweite Brenndüse an eine negative Spannung und die erste Düse an Erde oder an eine positive Spannung angeschlossen wird.

Für den Nachweis von Kohlenwasserstoffen wird die Gaszufuhr zur zweiten Brenndüse abgesperrt und nur die erste Brenndüse erhält Brenngas. Die nachzuweisende Substanz wird auch bei dieser Betriebsweise der

ersten Brenndüse zugeführt Elektrisch werden beide Brenndüsen an eine negative Spannung angeschlossen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Der neue Detektor kann sehr schnell ohne mechani- s sehe Veränderungen an den Systemen von höchster Selektivität für Kohlenwasserstoffe auf höchste Selektivität für Stickstoffverbindungen umgescha'tet werden. Jedes System behält dabei die ihm eigentümliche hohe Empfindlichkeit bei.

Ein Ausführungsbeispiel der neuen FID wird an Hand der schematischen Darstellung der Zeichnung beschrieben.

Ein aus Ober- und Unterteil zusammengesetztes Gehäuse 2 schließt den Detektionsraum 1 ein. Über isolie- rende Durchführungen, vorzugsgweise aus Tetrafluoräthylen, ist in der Mittelachse des Gehäuses von unten her die Brenndüse 4 mit Anschlußleitung und von oben her die trichterförmige Kollekvorelektrode 3 eingesetzt Der Brenndüse 4 wird in bekannter und daher nicht dargestellter Weise Brenngas, vorzugsweise Wasserstoff, und die zur Verbrennung erforderliche Luft zugeführt. Die Düse ist weiter mit einem elektrischen Anschluß versehen, der zur Spannungsouelle 9 führt. In die obere Hälfte des Gehäuses 2 ist üher eine weitere elektrisch isolierende Durchführung dit Brenndüse 8 mit entsprechender Anschlußleitung eingeführt, die mit der Halterung 5 für die Salzquelle 7 zu einer konstruktiver, Einheit verbunden ist. Die Salzquelle besteht aus einer Schale 6 aus Platin, in welche Rubidiumbromid oder ein anderes geeignetes Salz eingeschmolzen ist. Soll an Stelle von Stickstoff eine andere Heteroverbindung, z. B. Phosphor, selektiv nachgewiesen werrfen, so ist in die Schale 6 ein entsprechendes Alkalimetalloder Erdalkalimetallsalz einzubringen. Geeignet sind vor allem Salze der ersten und zweiten !Hauptgruppe des periodischen Systems der Elemente. Die Kollektorelektrode 3 ist in bekannter Weise an einen Verstärker 12 angeschlossen, dem ein Schreiber 13 nachgeschaltet ist. Die Brenndüse 8, weiche wie die Brenndüse 4 mit ihrer ,-.nschlußleitung aus Stahl besteht, ist mit der Spannungsquelle 11 verbunden. Die Halterung 5 der Salzquelle ist an eine Spannungsquclle 10 angeschlossen.

Für den Nachweis von Stickstoff wird der Brenndüse 8 Wasserstoff als Brenngas zugeführt und an der Zündeinrichtung, welche für die Bronndüse 4 vorgesehen ist, entzündet Die entstehende Flamme berührt mit ihrer Spitze die Salzquelle 7. Die benötigte Verbrennungsluft wird, wie bekanni, in der Umgebung der Brenndiise 4 zugeführt, während die auf Stick»toffspuren zu untersuchende Probe aus der Düse 4 austritt Die Spannungsanschlüsse werden in der Weise hergestellt, wie in der Zeichnung angegeben, d. h. an der Brenndüse 8 liegt ein negatives Potential in der Größe von 200 bis JOOV, gegebenenfalls einstellbar von 0 bis 300 V, während die Halterung 5 der Salzelektrode geerdet ist odsr an eine positive, vorzugsweise einstellbare Spannungsquelle führt, die Spannungen bis etwa 300 V liefern kann. Die Düse 4 wird ebenfalls geerdet oder an eine im Bereich zwischen 0 und 300 V einstellbare positive Spannung angeschlossen. Zur Optimierung der Empfindlichkeit ist die Düse 8 mit der Halterung S axial verschiebbar, so daß der Abstand beider Teile von der Düse 4 verändert werden kann.

Mit der positiven Spannung an der Düse 4 wird der bei Spurenanalysen störende Grundionisationsstrom stark verringert Wird die Salzquelle 7 geerdet oder an eine kleine positive Spannung von etwa 10 V angelegt so erhält man bei sehr kleinem Grundstrom höchste Selektivität bei kleiner Flamme und mittlerer Stickstoffempfindlichkeit. Wird der Zustrom von Wasserstoff und damit die Größe ^er Flamme gesteigert, so kann die Stickstoffempfindiichkeit vergrößert werden, wenn an die Salzquelle eine positive Spannung von etwa 90 V angelegt wird.

Für die Umschaltung auf den Nachweis von Kohlenwasserstoffen wird das Brenngas über die entsprechende Anschlußleitung der Düse 4 zugeführt und die Zuleitung zur Düse 8 abgesperrt. Die zu untersuchende Probe wird wieder, in diesem Fall vermischt mil dem Brenngas, der Düse 4 zugeleitet. Die Spannungen an den verschiedenen als Elektroden wirkenden Teilen werden in der Weise umgeschal'et, daß die negative Spannung der Spannungsquelle Il an der Düse 4 und gleicnzeitig an der Düse 8 liegt. Die Halterung 5 der Salzquelle wird elektrisch mit der Spannung der Düse 8 verbunden.

Für die Einstellung von Empfindlichkeit und Selektivität beim Nachweis von Stickstoff ist einmal die Lage der Salzquelle zu der von der Brenndüse 8 gespeisten Flamme und die Lage dieser Teile zur Düse 4 und zur Kollektorelektrode 3 von Einfluß. Weiter muß der Wasserstoffzufluß und das Verhältnis der zugeführten Verbrennungsluft zum Wassersioffstrom eingestellt werden. Wichtig ist auch die Einstellung der positiven Spannung an der Düse 4. Mit der beschriebenen Anordnung sind maximale Empfindlichkeiten für Stickstoff von 3 bis 5 Coul/g erreichbar und maximale Selektivitäten von 1 : 90 000.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

t. Flammenionisationsdetektor mit einer ungefähr in der Mittelachse eines Detektionsraums im S wesentlich«] senkrecht nach oben gerichteten ersten Brenndüse zur Erzeugung einer ersten Ramme fur den Nachweis von Kohlenwasserstoffen und mit einer ebenfalls in dem Detektionsraum Ober der ersten Brenndüse und nahe einer Salzquelle angeord- neten zweiten Brenndüse zur Erzeugung einer zweiten Flamme für den Nachweis von Heteroverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Brenndüse (8) unter einem kleinen Winkel zur Mittelachse des Detektionsraums (f) nach unten und auf die vor ihrer Mündung angeordnete Salzquelle (7) gerichtet ist, und daß beiden Flammen eine gemeinsame Detektionseiektrode (3) zugeord net ist, die konisch ausgebildet und in dem Detektionsraum (1) oberhalb der beiden Brenndüsen (4 bzw. 8) angeordnet ist.
2. FID nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der gegenseitigen Abstände die Salzquelle (7) relativ zur zweiten Brenndüse (8) und beide Teile in Richtung auf die erste Brenndüse (4) verschiebbar sind.
3. Arbeitsverfahren zum Betrieb des FID nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Nachweis von HeteroVerbindungen der ersten Brenndüse (4) die nachzuweisende Substanz und der zweiten Brenndüse (8) Brenngas (Wasserstoff) zugeführt wird, urtd daß elektrisch die zweite Brenndüse (8) an eine negative Spannung und die erste Brenndüse (4) an Erde oder an eine positive Spannung angeschlossen wird.
4. Arbeitsverfahren zum Betrieb des FID nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Nachweis von Kohlenwasserstoffen die Gaszufuhr 2iir zweiten Brenndüse (8) abgesperrt und das Brenngas mit der nachzuweisenden Substanz der ersten Brenndüse (41 zugeführt wird, und daß elektrisch beide Brenndüsen an eine negative Spannung angeschlossen werden.
5. Arbeitsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Spannung an den Brenndüsen (4 bzw. 8) zwischen 200 und 300 V beträgt und auch die Salzquelle (7) an negative Spannung angeschlossen wird.
6. Arbeitsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Brenndiise (8) an eine negative Spannung von etwa 200 V oder an eine zwischen 0 und 300 V einstellbare negative Spannung und die erste Brenndüse (4) sowie die Salzquelle (7) an Erde oder an eine im Bereich zwischen 0 und 300 V einstellbare positive Spannung angeschlossen wird.
7. Arbeitsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen an der ersten Brenndüse (4) und an der Salzquelle (7) unabhängig voneinander einstellbar sind.