JP5136300B2 - Discharge ionization current detector - Google Patents

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Description

本発明は、主としてガスクロマトグラフ(GC)用の検出器として好適な放電イオン化電流検出器に関する。   The present invention relates to a discharge ionization current detector suitable mainly as a detector for gas chromatograph (GC).

ガスクロマトグラフ用の検出器としては、熱伝導度検出器(TCD)、エレクトロンキャプチャ検出器(ECD)、水素炎イオン化検出器(FID)、炎光光度検出器(FPD)、フレームサーミオニック検出器(FTD)など、様々な方式の検出器が、従来から提案され、実用に供されている。こうした検出器の中で最も一般的に、特に有機物を検出するために使用されているのは、水素炎イオン化検出器である。水素炎イオン化検出器は、水素炎により試料ガス中の試料成分をイオン化し、そのイオン電流を測定するものであり、6桁程度の広いダイナミックレンジを達成している。   Gas chromatograph detectors include thermal conductivity detector (TCD), electron capture detector (ECD), hydrogen flame ionization detector (FID), flame photometric detector (FPD), flame thermionic detector. Various types of detectors such as (FTD) have been proposed and put into practical use. Of these detectors, the most commonly used, particularly for detecting organic matter, is a flame ionization detector. The hydrogen flame ionization detector ionizes a sample component in a sample gas by a hydrogen flame and measures its ion current, and achieves a wide dynamic range of about 6 digits.

しかしながら、水素炎イオン化検出器は、イオン化効率が低いため十分に低い最小検出量が得られない、危険性の高い水素を必要とするため防爆設備等の特別な設備を設置する必要があり、取扱いも面倒である、といった欠点を有している。   However, the flame ionization detector has a low ionization efficiency, so a sufficiently low minimum detection amount cannot be obtained, and since it requires highly dangerous hydrogen, it is necessary to install special equipment such as explosion-proof equipment. Has the disadvantage of being troublesome.

一方、無機物から低沸点有機化合物までを高い感度で検出可能な検出器として、パルス放電イオン化電流検出器(PDD:Pulsed Discharge Detector)が従来知られており(特許文献1など参照)実用にも供されている(非特許文献1など参照)。パルス放電イオン化電流検出器では、高圧のパルス放電によってヘリウム分子などを励起し、その励起状態にある分子が基底状態に戻る際に発生する光エネルギーを利用して分析対象の分子をイオン化する。そして、そのイオン電流を検出し、分析対象の分子の量(濃度)に応じた検出信号を得る。   On the other hand, a pulse discharge ionization current detector (PDD: Pulsed Discharge Detector) has been conventionally known as a detector that can detect inorganic substances to low boiling point organic compounds with high sensitivity (see Patent Document 1, etc.). (See Non-Patent Document 1, etc.). The pulse discharge ionization current detector excites helium molecules by high-pressure pulse discharge, and ionizes molecules to be analyzed using light energy generated when molecules in the excited state return to the ground state. Then, the ion current is detected, and a detection signal corresponding to the amount (concentration) of the molecule to be analyzed is obtained.

したがって、パルス放電イオン化電流検出器は水素炎イオン化検出器とは異なり水素を必要とせず、取扱いが容易である。また、そのイオン化効率は水素炎イオン化検出器よりも高い。一例として、プロパンに対するイオン化効率は水素炎イオン化検出器が0.0005[%]に過ぎないのに対し、パルス放電イオン化電流検出器では0.07[%]を実現している。しかしながら、それにも拘わらずパルス放電イオン化電流検出器のダイナミックレンジは水素炎イオン化検出器に及ばず、1桁程度低いのが実状である。これが、パルス放電イオン化電流検出器が水素炎イオン化検出器ほど普及しない一つの原因である。   Therefore, unlike the flame ionization detector, the pulse discharge ionization current detector does not require hydrogen and is easy to handle. In addition, its ionization efficiency is higher than that of the flame ionization detector. As an example, the ionization efficiency for propane is only 0.0005 [%] for the flame ionization detector, whereas 0.07 [%] is realized for the pulse discharge ionization current detector. However, in spite of this, the dynamic range of the pulse discharge ionization current detector does not reach that of the flame ionization detector, and is actually about one digit lower. This is one reason why pulse discharge ionization current detectors are not as popular as flame ionization detectors.

従来のパルス放電イオン化電流検出器におけるダイナミックレンジの制約要因は明確に解明されているわけでないが、次のような要因が考えられる。即ち、従来の一般的なパルス放電イオン化電流検出器では、数[mm]以下の微小間隔を隔てて配置された電極間に短時間の高電圧パルスを印加することで放電を行い、プラズマを発生させるようにしている。これは、DC放電を改良したものであり、印加電圧をパルス化することでDC放電による電極の発熱やプラズマの不安定性を抑制することを意図している。   Although the limiting factor of the dynamic range in the conventional pulse discharge ionization current detector has not been clearly clarified, the following factors can be considered. That is, in a conventional general pulse discharge ionization current detector, a plasma is generated by applying a short high voltage pulse between electrodes arranged at a minute interval of several [mm] or less. I try to let them. This is an improvement of DC discharge, and is intended to suppress electrode heat generation and plasma instability due to DC discharge by pulsing the applied voltage.

しかしながら、その結果として、パルス電圧の立ち上がり、ピーク電圧、立ち下がりといった電圧状態の遷移に伴うプラズマの周期的変動が発生し、それがそのままイオン化の周期的変動を引き起こす。即ち、周期的にしか効率のよい励起が行われていないため、それによって平均的な励起効率が低下し、それに起因するプラズマの不安定性がイオン化の不安定性をもたらすと推定できる。また、周期的なプラズマ状態の変動はバックグラウンドノイズの要因となり得る。こうしたことから、結果的に、従来のパルス放電イオン化電流検出器では検出信号のSN比が十分に上がらず、それがダイナミックレンジの制約要因となっているものと考えられる。   However, as a result, periodic fluctuations of the plasma accompanying the transition of the voltage state such as the rise of the pulse voltage, the peak voltage, and the fall occur, which causes the periodic fluctuation of ionization as it is. That is, since efficient excitation is performed only periodically, the average excitation efficiency is thereby lowered, and it can be estimated that the resulting plasma instability results in ionization instability. In addition, periodic fluctuations in the plasma state can cause background noise. Therefore, as a result, it is considered that the conventional pulse discharge ionization current detector does not sufficiently increase the SN ratio of the detection signal, which is a limiting factor of the dynamic range.

プラズマ状態を定常化するためには高周波放電を利用することが考えられるが、そうするとプラズマが高温になり、それによる種々の問題の発生が予想される。具体的には、電極等が高温になることで発生する熱電子などがプラズマに影響を及ぼし、プラズマ状態を不安定にするおそれがある。また、検出器として耐熱性を考慮した構成・構造が必要となり、大きなコスト増加要因となる。   In order to stabilize the plasma state, it is conceivable to use a high-frequency discharge. However, if this happens, the plasma becomes high temperature, and various problems are expected to occur. Specifically, thermoelectrons generated when the electrodes and the like are heated may affect the plasma and may make the plasma state unstable. In addition, the detector needs to have a structure and structure in consideration of heat resistance, which causes a large increase in cost.

そこで、本願発明者らは、イオン化のためのプラズマを生成するために非特許文献2などに報告されている低周波交流励起誘電体バリア放電を利用することに想到し、低周波交流励起誘電体バリア放電により生成したプラズマを利用して試料成分の検出が可能であることを実験的に確認した(非特許文献3参照)。また、非特許文献3の公開に先立ち、本願発明者らは低周波交流励起誘電体バリア放電を利用した放電イオン化電流検出器の基本的な構成を特願2008−76917号により提案している。低周波交流励起誘電体バリア放電を用いた放電イオン化電流検出器は、プラズマ自体の安定性が高いため、異常放電などプラズマに起因したイオン化電流出力におけるノイズの影響は小さい。   Accordingly, the inventors of the present application have come up with the idea of using the low-frequency AC-excited dielectric barrier discharge reported in Non-Patent Document 2 or the like in order to generate plasma for ionization. It was experimentally confirmed that it was possible to detect sample components using plasma generated by barrier discharge (see Non-Patent Document 3). Prior to the publication of Non-Patent Document 3, the present inventors have proposed a basic configuration of a discharge ionization current detector using a low-frequency AC-excited dielectric barrier discharge in Japanese Patent Application No. 2008-76917. Since the discharge ionization current detector using the low-frequency AC-excited dielectric barrier discharge has high stability of the plasma itself, the influence of noise on the ionization current output caused by plasma such as abnormal discharge is small.

米国特許第5,394,092号明細書U.S. Pat.No. 5,394,092 「無機ガス分析はppbの領域へ PDD高感度分析システム」、[online]、株式会社島津製作所、[平成20年8月15日検索]、インターネット<URL: http://www.an.shimadzu.co.jp/products/gc/pdd.htm>“Inorganic gas analysis goes to the ppb range PDD high-sensitivity analysis system”, [online], Shimadzu Corporation, [searched August 15, 2008], Internet <URL: http: //www.an.shimadzu. co.jp/products/gc/pdd.htm> テシュケ(M. Teschke)ほか4名、「ハイ-スピード・フォトグラフス・オブ・ア・ダイエレクトリック・バリア・アトモスフェリック・プレッシャ・プラズマ・ジェット(High-Speed Photographs of a Dielectric Barrier Atmospheric Pressure Plasma Jet)」、アイトリプルイー・トランスアクション・オン・プラズマ・サイエンス(IEEE Transaction on Plasma Science), Vol. 33, No, 2, April 2005, pp.310-311M. Teschke and four others, "High-Speed Photographs of a Dielectric Barrier Atmospheric Pressure Plasma Jet" ”, IEEE Transaction on Plasma Science, Vol. 33, No, 2, April 2005, pp.310-311 品田恵、ほか3名、「大気圧マイクロプラズマを用いたガスクロマトグラフ用イオン化電流検出器」、2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会予稿集、平成20年3月28日Megumi Shinada and three others, "Ionization current detector for gas chromatograph using atmospheric pressure microplasma", Proceedings of the 55th Joint Lecture on Applied Physics in Spring 2008, March 28, 2008

本願発明者は上記放電イオン化電流検出器のさらなる性能改善を目的とした様々な検討を行っているが、その過程で、プラズマ生成用ガスに含まれる微量の不純物やガス流路を構成する配管内壁等から放出される微量な不純物がノイズの一因となることを見い出した。即ち、こうした不純物成分は微量ではあるものの、プラズマによって高い効率で直接励起されるため、検出対象の試料成分が微量である場合にはそのイオン化電流に比べて無視できないレベルになり得る。そのため、そうした不純物由来のイオン化電流はイオン化電流検出出力におけるオフセット電流となって出力を不安定化させたりノイズとなったりする。このような不純物に起因するノイズを下げるため、プラズマ生成用ガスの純度を高める、プラズマ生成用ガスをガス精製器を通した後に検出器に供給する、不純物の放出が少ない配管材料を使用する、といった対策が考えられる。しかしながら、こうした対策には限界があり、また分析コストが高くなるという問題がある。   The inventor of the present application has made various studies for the purpose of further improving the performance of the discharge ionization current detector, and in the process, a trace amount of impurities contained in the plasma generation gas and the inner wall of the pipe constituting the gas flow path It was found that a small amount of impurities released from the etc. contribute to noise. That is, although these impurity components are in a minute amount, they are directly excited with high efficiency by plasma, and therefore, when the sample component to be detected is in a minute amount, it can be at a level that cannot be ignored compared to its ionization current. For this reason, the ionization current derived from such impurities becomes an offset current in the ionization current detection output, which destabilizes the output or causes noise. In order to reduce noise caused by such impurities, use a pipe material that emits less impurities, increases the purity of the plasma generating gas, supplies the plasma generating gas to the detector after passing through the gas purifier, Such measures can be considered. However, these measures have limitations and there are problems that analysis costs are high.

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、プラズマ生成用ガスに混入している或いはガス流路の配管等から放出される不純物に起因するノイズを低減させることにより、分析精度や分析感度を向上させることができる放電イオン化電流検出器を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to eliminate noise caused by impurities mixed in the plasma generating gas or released from the piping of the gas flow path. An object of the present invention is to provide a discharge ionization current detector capable of improving the analysis accuracy and the analysis sensitivity by reducing them.

上記課題を解決するために成された本発明は、放電により生起させたプラズマを利用して試料ガス中の試料成分をイオン化し検出する放電イオン化電流検出器であって、
a)プラズマ生成用ガスが流通するガス流路中に、周波数範囲が1[kHz]〜100[kHz]である交流電場による誘電体バリア放電を発生させ、該放電によりプラズマ生成用ガスからプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
b)前記プラズマ生成手段によるプラズマ生成領域よりも下流側の前記ガス流路中に試料ガスを導入する試料ガス導入流路と、
c)前記プラズマ生成手段によるプラズマ生成領域よりも下流側の前記ガス流路中にあって、前記プラズマの作用によってイオン化された前記試料ガス中の試料成分によるイオン電流を検出する電流検出手段と、
d)前記プラズマ生成手段によるプラズマ生成領域と前記電流検出手段によるイオン電流検出領域との間で、前記ガス流路に流通するプラズマ生成用ガスの一部を分岐して排出する分岐排気流路と、
を備えることを特徴としている。
The present invention made to solve the above problems is a discharge ionization current detector that ionizes and detects a sample component in a sample gas using plasma generated by discharge,
a) A dielectric barrier discharge is generated by an AC electric field having a frequency range of 1 [kHz] to 100 [kHz] in the gas flow path through which the plasma generating gas flows, and plasma is generated from the plasma generating gas by the discharge. Plasma generating means for generating;
b) a sample gas introduction flow path for introducing a sample gas into the gas flow path on the downstream side of the plasma generation region by the plasma generation means;
c) current detection means for detecting an ionic current due to a sample component in the sample gas in the gas flow path downstream of the plasma generation region by the plasma generation means and ionized by the action of the plasma;
d) a branch exhaust flow path for branching and discharging a part of the plasma generation gas flowing in the gas flow path between the plasma generation area by the plasma generation means and the ion current detection area by the current detection means; ,
It is characterized by having.

上記プラズマ生成用ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、窒素、ネオン、キセノンのいずれか1つ、又はそれらの混合ガスなどを用いることができる。   As the plasma generating gas, one of helium, argon, nitrogen, neon, xenon, or a mixed gas thereof can be used.

上記プラズマ生成手段は、少なくとも一方の表面が誘電体に被覆された対をなす放電用電極と、該放電電極に周波数範囲が1[kHz]〜100[kHz]である低周波交流電圧を印加する交流電源と、を含むものとすることができる。   The plasma generating means applies a pair of discharge electrodes having at least one surface covered with a dielectric, and a low frequency AC voltage having a frequency range of 1 [kHz] to 100 [kHz]. And an AC power source.

本発明に係る放電イオン化電流検出器では、プラズマ生成手段により誘電体バリア放電が発生すると、その近傍でプラズマ生成用ガスからプラズマが生成される。これは安定した大気圧マイクロプラズマである。ガス流路中のこのプラズマ生成領域を通過したプラズマ生成用ガスの一部は分岐排気流路に流れ込み、残りのプラズマ生成用ガスには試料ガス導入流路を通して試料ガスが混合されて電流検出手段によるイオン電流検出領域に向かう。したがって、プラズマ生成領域を通過するプラズマ生成用ガスの流量に比べて、イオン電流検出領域を通過するプラズマ生成用ガスの流量は少なくなる。   In the discharge ionization current detector according to the present invention, when the dielectric barrier discharge is generated by the plasma generating means, plasma is generated from the plasma generating gas in the vicinity thereof. This is a stable atmospheric pressure microplasma. Part of the plasma generation gas that has passed through this plasma generation region in the gas flow path flows into the branch exhaust flow path, and the remaining plasma generation gas is mixed with the sample gas through the sample gas introduction flow path, thereby detecting the current. Toward the ion current detection region. Therefore, the flow rate of the plasma generation gas passing through the ion current detection region is smaller than the flow rate of the plasma generation gas passing through the plasma generation region.

一般に、プラズマ励起による試料のイオン化は、プラズマからの励起光と、プラズマによって生成されたプラズマ生成用ガスの励起種の作用によるものであるとされている。したがって、十分なイオン化効率を得るためには、プラズマ生成領域を通過したプラズマ生成用ガスを全てイオン電流検出領域に流すのが最良の方法であると考えられてきた。しかしながら、本願発明者の検討によれば、低周波交流励起誘電体バリア放電の場合には、プラズマによって生成された励起種のイオン化への寄与はかなり小さく、イオン化の殆どはプラズマ発光によるものであることが判明した。換言すれば、低周波交流励起誘電体バリア放電において試料をイオン化するためには、プラズマからの励起光を無駄なくイオン電流検出領域に到達させさえすればよく、プラズマ生成用ガスの全てをイオン電流検出領域に通すことの必要性はあまりないことになる。   In general, ionization of a sample by plasma excitation is considered to be caused by the action of excitation light from the plasma and the excited species of the plasma generating gas generated by the plasma. Therefore, in order to obtain sufficient ionization efficiency, it has been considered that the best method is to flow all the plasma generation gas that has passed through the plasma generation region to the ion current detection region. However, according to the study of the present inventor, in the case of the low-frequency AC excited dielectric barrier discharge, the contribution of the excited species generated by the plasma to ionization is quite small, and most of the ionization is due to plasma emission. It has been found. In other words, in order to ionize the sample in the low-frequency AC-excited dielectric barrier discharge, it is only necessary to make the excitation light from the plasma reach the ion current detection region without waste, and all of the plasma generating gas is ionized. There is little need to pass through the detection area.

一方、プラズマ生成領域を通過した後にプラズマ生成用ガスの一部を排出してしまい、イオン電流検出領域を通過させるプラズマガス生成用ガスの流量を小さくすれば、次のような利点を享受できる。
(1)もともとプラズマ生成用ガスに含まれていた不純物やガス流路の配管内壁等(特に相対的に不純物が放出され易いプラズマ生成領域付近の部分)から放出された不純物やこれに由来するイオンの一部も、イオン電流検出領域に達する前にプラズマ生成用ガスとともに排出される。したがって、イオン電流検出領域に到達する、プラズマによって直接励起された不純物の量が減少するため、この不純物に起因するオフセット電流やノイズを減らすことができる。
On the other hand, if a part of the plasma generation gas is discharged after passing through the plasma generation region and the flow rate of the plasma gas generation gas passing through the ion current detection region is reduced, the following advantages can be obtained.
(1) Impurities originally contained in the gas for generating plasma, impurities released from the inner wall of the gas flow passage, etc. (especially in the vicinity of the plasma generating region where impurities are relatively easily released) and ions derived therefrom A part of is also discharged together with the plasma generating gas before reaching the ion current detection region. Therefore, since the amount of impurities that reach the ion current detection region and are directly excited by plasma is reduced, offset current and noise caused by the impurities can be reduced.

(2)試料ガスはイオン電流検出領域を通るプラズマ生成用ガスによって希釈されるので、このプラズマ生成用ガスの流量を減らすことは、試料成分の濃度が相対的に高くなることを意味し、イオン化電流信号の増加につながる。
(3)イオン電流検出領域を通るプラズマ生成用ガスの流量を減らしても、プラズマ生成領域を通るプラズマ生成用ガスの流量は変えずに済む。それ故に、ガス流路の配管内壁等から放出される不純物の希釈度は下がらず、(1)に示した不純物量の削減の効果を十分に発揮させることができる。
(2) Since the sample gas is diluted by the plasma generation gas passing through the ion current detection region, reducing the flow rate of the plasma generation gas means that the concentration of the sample component is relatively high, and ionization is performed. This leads to an increase in the current signal.
(3) Even if the flow rate of the plasma generating gas passing through the ion current detection region is reduced, it is not necessary to change the flow rate of the plasma generating gas passing through the plasma generating region. Therefore, the dilution degree of impurities released from the pipe inner wall of the gas flow path does not decrease, and the effect of reducing the amount of impurities shown in (1) can be sufficiently exerted.

即ち、本発明に係る放電イオン化電流検出器では、プラズマ生成用ガスがプラズマ生成領域を通過した後であってイオン電流検出領域に到達する前に、その一部を排出してしまうことにより、上述した利点を享受することができる。一方、プラズマ生成用ガスの一部を途中で排出してもプラズマ生成領域付近から発せられる励起光が弱まるわけではなく、上述のようにプラズマ生成用ガスの励起種が減少しても試料成分のイオン化には殆ど影響がない。したがって、イオン化効率は高い状態を維持できる。   That is, in the discharge ionization current detector according to the present invention, a part of the plasma generation gas is exhausted after passing through the plasma generation region and before reaching the ion current detection region. You can enjoy the benefits. On the other hand, even if a part of the plasma generating gas is discharged halfway, the excitation light emitted from the vicinity of the plasma generating region does not weaken, and even if the excited species of the plasma generating gas decreases as described above, There is almost no effect on ionization. Therefore, the ionization efficiency can be kept high.

なお、本発明に係る放電イオン化電流検出器において、プラズマ生成領域付近から発せられる励起光をイオン電流検出領域に無駄なく導入するために、プラズマ生成領域とイオン電流検出領域との間でガス流路が直線状である構成とするとよい。   In the discharge ionization current detector according to the present invention, a gas flow path is provided between the plasma generation region and the ion current detection region in order to introduce the excitation light emitted from the vicinity of the plasma generation region into the ion current detection region without waste. It is good to set it as the structure which is linear.

また、分岐排気流路を通したプラズマ生成用ガスの適切な分岐割合は、ガス流路内への試料ガスの導入方向や試料ガスの流量などにも依存するが、一例として、プラズマ生成領域を通過するプラズマ生成用ガスの流量の半分を分岐排気流路を通して排出するとよい。上述したようにプラズマ生成用ガスの励起種は試料成分のイオン化に殆ど寄与しないものの、一般に試料ガスの流量はプラズマ生成用ガスの流量に比べて格段に少ないため、分岐排気流路を通した分岐割合を大きくし過ぎると、イオン電流検出領域を通過するプラズマ生成用ガス流量が少なくなり過ぎて試料ガスの円滑な流通に支障をきたす。そこで、こうした状況を考慮すると、プラズマ生成領域を通過したプラズマ生成用ガスのうち、少なくとも1/10程度の量をイオン電流検出領域に流すように分岐割合を決めるとよい。   In addition, the appropriate branching ratio of the plasma generating gas through the branch exhaust channel depends on the direction of sample gas introduction into the gas channel and the flow rate of the sample gas. Half of the flow rate of the plasma generating gas passing therethrough may be discharged through the branch exhaust passage. As described above, although the excited species of the plasma generating gas hardly contributes to ionization of the sample components, the flow rate of the sample gas is generally much smaller than the flow rate of the plasma generating gas. If the ratio is increased too much, the flow rate of the plasma generating gas passing through the ion current detection region becomes too small, which hinders the smooth flow of the sample gas. In consideration of such a situation, it is preferable to determine the branching ratio so that at least about 1/10 of the plasma generating gas that has passed through the plasma generating region flows to the ion current detecting region.

本発明に係る放電イオン化電流検出器によれば、従来の良好なイオン化効率を損なうことなく、不純物に起因するノイズを低減することができる。それにより、検出対象である試料成分由来のイオン電流のSN比を改善することができ、ダイナミックレンジを拡大することが可能となる。   According to the discharge ionization current detector according to the present invention, noise caused by impurities can be reduced without impairing the conventional good ionization efficiency. Thereby, the SN ratio of the ion current derived from the sample component that is the detection target can be improved, and the dynamic range can be expanded.

本発明の一実施形態による放電イオン化電流検出器について、添付図面を参照して説明する。図1は本実施形態による放電イオン化電流検出器の構成図である。   A discharge ionization current detector according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a discharge ionization current detector according to the present embodiment.

この放電イオン化電流検出器は、その内部の上部がガス流路4となっている円筒管3に沿って、プラズマ生成部1とイオン電流検出部2とを備える。ここでは円筒管3は石英からなるが、セラミック、ガラス、ポリマーなど他の誘電体からなるものでもよい。円筒管3の上端開口はプラズマ生成用ガスをガス流路4内に導入するガス供給口5となっている。ここではプラズマ生成用ガスとしてヘリウム(He)を使用しているが、電離され易いガスであればよく、アルゴン、窒素、ネオン、キセノンなどのうちの1種又はそれらを2種以上混合したガスなどでもよい。   The discharge ionization current detector includes a plasma generation unit 1 and an ion current detection unit 2 along a cylindrical tube 3 in which an upper portion of the discharge ionization current detector is a gas flow path 4. Here, the cylindrical tube 3 is made of quartz, but may be made of another dielectric material such as ceramic, glass, polymer, or the like. The upper end opening of the cylindrical tube 3 serves as a gas supply port 5 for introducing a plasma generating gas into the gas flow path 4. Here, helium (He) is used as the plasma generating gas. However, any gas that can be easily ionized may be used, such as argon, nitrogen, neon, xenon, or a mixture of two or more thereof. But you can.

プラズマ生成部1は、円筒管3の外壁面に互いに所定距離離して配設された金属製のプラズマ生成用電極7、6、8と、励起用高圧電源9と、を含む。プラズマ生成用電極6〜8は例えば銅箔などの導電性テープを円筒管3の周囲に巻回することにより容易に設けることができる。   The plasma generation unit 1 includes metal plasma generation electrodes 7, 6, 8 and an excitation high-voltage power supply 9 that are disposed on the outer wall surface of the cylindrical tube 3 at a predetermined distance from each other. The plasma generating electrodes 6 to 8 can be easily provided by winding a conductive tape such as a copper foil around the cylindrical tube 3.

プラズマ生成用電極6〜8とガス流路4との間には誘電体である円筒管3の壁面が介在するから、この壁面が各プラズマ生成用電極6〜8の表面を被覆する誘電体被覆層となる。つまり、金属製のプラズマ生成用電極6〜8とそれぞれの表面を被覆する誘電体被覆層とがプラズマ生成用の放電用電極として機能する。ヘリウムの流れに沿った上下両側のプラズマ生成用電極7、8は接地され、中央のプラズマ生成用電極6に励起用高圧電源9が接続される。励起用高圧電源9は低周波の高圧交流電圧を発生するものであり、その周波数は1[kHz]〜100[kHz]の範囲、さらに好ましくは5[kHz]〜50[kHz]の範囲とするとよく、電圧振幅は1[kVp-p]〜10[kVp-p]程度の範囲とするとよい。また、この交流電圧の波形形状は、正弦波、矩形波、三角波、鋸歯状などのいずれでもよい。   Since the wall surface of the cylindrical tube 3 that is a dielectric is interposed between the plasma generation electrodes 6 to 8 and the gas flow path 4, this wall surface covers the surfaces of the plasma generation electrodes 6 to 8. Become a layer. That is, the metal plasma generation electrodes 6 to 8 and the dielectric coating layers covering the respective surfaces function as discharge electrodes for plasma generation. The plasma generating electrodes 7 and 8 on both the upper and lower sides along the flow of helium are grounded, and the excitation high voltage power source 9 is connected to the central plasma generating electrode 6. The excitation high-voltage power supply 9 generates a low-frequency high-voltage AC voltage, and its frequency is in the range of 1 [kHz] to 100 [kHz], more preferably in the range of 5 [kHz] to 50 [kHz]. The voltage amplitude is preferably in the range of about 1 [kVp-p] to 10 [kVp-p]. The waveform of the AC voltage may be any of a sine wave, a rectangular wave, a triangular wave, a sawtooth shape, and the like.

イオン電流検出部2は、円筒管3内に露出したイオン電流検出用電極13、14と、円筒管3の外側に設けられた検出回路部20と、を含む。イオン電流検出用電極13、14は白金などからなる同軸二重管であり、その外筒管がバイアス直流電圧印加用のイオン電流検出用電極13、内筒管が電荷収集用のイオン電流検出用電極14となっている。内筒管は酸化アルミニウムなどからなる絶縁管15の中に挿入されており、これにより両電極13、14の間の電気的絶縁性が保証される。内側のイオン電流検出用電極14は検出回路部20に含まれる電荷収集用の電流アンプ22に接続され、もう一方のイオン電流検出用電極13はバイアス直流電源21に接続されている。   The ion current detection unit 2 includes ion current detection electrodes 13 and 14 exposed in the cylindrical tube 3 and a detection circuit unit 20 provided outside the cylindrical tube 3. The ion current detection electrodes 13 and 14 are coaxial double tubes made of platinum or the like, and the outer tube is an ion current detection electrode 13 for applying a bias DC voltage, and the inner tube is an ion current detection for collecting a charge. Electrode 14 is formed. The inner tube is inserted into an insulating tube 15 made of aluminum oxide or the like, thereby ensuring electrical insulation between the electrodes 13 and 14. The inner ion current detection electrode 14 is connected to a charge collecting current amplifier 22 included in the detection circuit unit 20, and the other ion current detection electrode 13 is connected to a bias DC power source 21.

内筒管であるイオン電流検出用電極14の内側は試料ガス流路16となっており、その下端の試料ガス供給口17から導入された試料ガスは試料ガス流路16中を図1中に上向き矢印で示すように進む。円筒管3の上端のガス供給口5に供給されたヘリウムはガス流路4中を下向きに流れ、試料ガス流路16中を上昇してくる試料ガスと合流して、外筒管であるイオン電流検出用電極13と絶縁管15との間の間隙に形成される合流流路18を下向きに進んで、その下端のガス排出口19から吐き出される。   A sample gas passage 16 is provided inside the ion current detection electrode 14 which is an inner tube, and the sample gas introduced from the sample gas supply port 17 at the lower end of the sample gas passage 16 is shown in FIG. Proceed as indicated by the up arrow. The helium supplied to the gas supply port 5 at the upper end of the cylindrical tube 3 flows downward in the gas flow path 4 and merges with the sample gas rising in the sample gas flow path 16 to form an ion that is an outer cylindrical pipe. The gas travels downward in the merged flow path 18 formed in the gap between the current detection electrode 13 and the insulating tube 15 and is discharged from the gas discharge port 19 at the lower end thereof.

本実施形態の放電イオン化電流検出器における特徴的な構成として、円筒管3にあってプラズマ生成部1とイオン電流検出部2との間に分岐排気管10が接続されている。ガス流路4を下向きに流れるヘリウムは分岐接続部12付近で下向き、つまりイオン電流検出用電極13、14側と、横向き、つまり分岐排気管10とに分岐して流れる。ガス供給口5に流量Qtのヘリウムが供給されるとき、イオン電流検出用電極13、14側に流れるヘリウムの流量Qdと分岐排気管10側に流れるヘリウムの流量Qpとの割合は、分岐接続部12以降のそれぞれの流路抵抗の比で決まる。ここでは、両方の流路抵抗がほぼ等しくなるように流路のサイズ等を設計してあるため、Qd=Qp=Qt/2であるとみなすことができる。   As a characteristic configuration of the discharge ionization current detector of the present embodiment, a branch exhaust pipe 10 is connected between the plasma generation unit 1 and the ion current detection unit 2 in the cylindrical tube 3. The helium flowing downward in the gas flow path 4 flows downward in the vicinity of the branch connection portion 12, that is, branches to the side of the ion current detection electrodes 13 and 14 and laterally, that is, to the branch exhaust pipe 10. When helium is supplied to the gas supply port 5 at a flow rate Qt, the ratio between the flow rate Qd of helium flowing on the ion current detection electrodes 13 and 14 side and the flow rate Qp of helium flowing on the branch exhaust pipe 10 side is It is determined by the ratio of the respective channel resistances after 12. Here, since the channel size and the like are designed so that both channel resistances are substantially equal, it can be considered that Qd = Qp = Qt / 2.

次に、本実施形態の放電イオン化電流検出器における試料成分の検出動作を説明する。
上述したように、ガス供給口5にはプラズマ生成用ガスとしてのヘリウムが所定流量で供給され、試料ガス供給口17には分析対象の試料成分を含む試料ガスが所定流量で供給される。例えば、本検出器をガスクロマトグラフの検出器として用いる場合には、カラムで成分分離された試料ガスを試料ガス供給口17に導入すればよい。後述する実測例で明らかなように、通常、試料ガス流量はプラズマ生成用ガスの供給流量に比べて格段に少ない。
Next, the sample component detection operation in the discharge ionization current detector of the present embodiment will be described.
As described above, helium as a plasma generating gas is supplied to the gas supply port 5 at a predetermined flow rate, and the sample gas containing the sample component to be analyzed is supplied to the sample gas supply port 17 at a predetermined flow rate. For example, when this detector is used as a detector of a gas chromatograph, a sample gas separated by a column may be introduced into the sample gas supply port 17. As will be apparent from an actual measurement example to be described later, the sample gas flow rate is usually much smaller than the supply flow rate of the plasma generating gas.

ヘリウムはガス流路4を下向きに流れ、分岐接続部12付近で分岐されて一部(この例では約半分)が分岐排気路10を経て外部へと排出され、残りのヘリウムはさらに下向きに進む。上向きに流れる試料ガスの流量は小さいので、試料ガス流路16の上縁端付近で試料ガスはヘリウムと合流し、外側に拡がって合流流路18を下方に向かって流れ、最終的にガス排出口19から排出される。   Helium flows downward in the gas flow path 4, branches near the branch connection portion 12, and a part (about half in this example) is discharged to the outside through the branch exhaust path 10, and the remaining helium further proceeds downward. . Since the flow rate of the sample gas flowing upward is small, the sample gas merges with helium in the vicinity of the upper edge of the sample gas channel 16, spreads outward, flows downward in the merge channel 18, and finally exhausts the gas. It is discharged from the outlet 19.

上述したようにヘリウムがガス流路4内に流れている状態で、図示しない制御回路からの制御信号により励起用高圧電源9が駆動され、励起用高圧電源9は低周波の高圧交流電圧をプラズマ生成用電極6とプラズマ生成用電極7、8との間に印加する。これによってプラズマ生成用電極6とプラズマ生成用電極7、8との間で誘電体被覆層(円筒管3の壁面の一部)を通した誘電体バリア放電が起こる。この誘電体バリア放電によって、ガス流路4中を流れるヘリウムが電離されてプラズマが発生する。このプラズマは大気圧非平衡マイクロプラズマである。   As described above, the excitation high-voltage power supply 9 is driven by a control signal from a control circuit (not shown) in a state where helium flows in the gas flow path 4, and the excitation high-voltage power supply 9 generates a low-frequency high-voltage AC voltage as plasma. It is applied between the generation electrode 6 and the plasma generation electrodes 7 and 8. As a result, a dielectric barrier discharge is generated between the plasma generating electrode 6 and the plasma generating electrodes 7 and 8 through the dielectric coating layer (a part of the wall surface of the cylindrical tube 3). Due to this dielectric barrier discharge, helium flowing through the gas flow path 4 is ionized to generate plasma. This plasma is an atmospheric pressure nonequilibrium microplasma.

この放電イオン化電流検出器において、高電圧が印加されるプラズマ生成用電極6を二つの接地されたプラズマ生成用電極7、8で挟み込んだ構造としているのは、プラズマ生成用電極6付近で発生したプラズマが、上流側及び下流側に拡がるのをできるだけ抑え、2つのプラズマ生成用電極7、8の間にプラズマ生成領域を制限するためである(例えば、北野ほか、「低周波大気圧マイクロプラズマジェット」、応用物理Vol.77、 No.4、2008年、pp.383-389など参考)。   In this discharge ionization current detector, the structure in which the plasma generating electrode 6 to which a high voltage is applied is sandwiched between two grounded plasma generating electrodes 7 and 8 is generated in the vicinity of the plasma generating electrode 6. This is to suppress the plasma from spreading to the upstream side and the downstream side as much as possible, and to limit the plasma generation region between the two plasma generation electrodes 7 and 8 (for example, Kitano et al., “Low-frequency atmospheric pressure microplasma jet "Applied Physics Vol.77, No.4, 2008, pp.383-389 etc.)

金属であるプラズマ生成用電極6〜8はガス流路4内に露出していないので、この金属からの二次電子の放出はない。また、大気圧非平衡プラズマでは、プラズマの急激な加熱が進行する前に印加電圧による電力の供給が一旦遮断されるため、プラズマが高温になりにくい。しかも、ここでは電力の供給が低周波で行われるため、プラズマの温度が低く維持される。そのため、ガス流路4に面した管路内壁面などの温度上昇が抑えられ、管路内壁面などからの不純物の放出は抑制される。こうしたことから、上述したプラズマ生成領域に、安定したプラズマを形成することができる。   Since the plasma generating electrodes 6 to 8, which are metals, are not exposed in the gas flow path 4, there is no emission of secondary electrons from the metals. Further, in the atmospheric pressure non-equilibrium plasma, since the supply of electric power by the applied voltage is once interrupted before the rapid heating of the plasma proceeds, the plasma does not easily reach a high temperature. Moreover, since the power is supplied at a low frequency here, the plasma temperature is kept low. Therefore, the temperature rise of the pipe inner wall face facing the gas flow path 4 is suppressed, and the release of impurities from the pipe inner wall face is suppressed. Therefore, stable plasma can be formed in the plasma generation region described above.

上記のように生成されたプラズマにより励起光とヘリウム励起種とが発生する。ヘリウム励起種はヘリウムの流れに従って、その一部がヘリウムとともに分岐排気管10を経てガス排出口11から管外に排出される。この際に、もともとヘリウムに混入していた微量の不純物や円筒管3の内壁面等から放出された微量の不純物も、ガスの分割比とほぼ同じ割合で分割されて管外に排出されることになる。これにより、イオン電流検出電極13、14間のイオン電流検出領域に達する不純物の量を減らすことができる。   Excitation light and helium excited species are generated by the plasma generated as described above. A part of the helium-excited species is discharged from the gas outlet 11 through the branch exhaust pipe 10 along with the flow of helium. At this time, a small amount of impurities originally mixed in helium and a small amount of impurities released from the inner wall surface of the cylindrical tube 3 are also divided and discharged out of the tube at almost the same ratio as the gas division ratio. become. Thereby, the amount of impurities reaching the ion current detection region between the ion current detection electrodes 13 and 14 can be reduced.

一方、プラズマから発生した励起光はヘリウムの分岐の影響を受けずに直進するから、ほぼ全てがイオン電流検出領域まで到達する。そして、試料ガス中の試料成分分子(又は原子)をイオン化する。こうして生成された試料イオンは、イオン電流検出用電極13に印加されているバイアス直流電圧の作用により、イオン電流検出用電極14で電子を授受する。これにより、生成された試料イオンの量、つまりは試料成分の量に応じたイオン電流が電流アンプ22に入力され、電流アンプ22はこれを増幅して検出信号として出力する。このようにして、この放電イオン化電流検出器では、導入された試料ガスに含まれる試料成分の量(濃度)に応じた検出信号が出力される。   On the other hand, since the excitation light generated from the plasma travels straight without being affected by the helium branch, almost all reaches the ion current detection region. Then, sample component molecules (or atoms) in the sample gas are ionized. The sample ions generated in this way give and receive electrons at the ion current detection electrode 14 by the action of the bias DC voltage applied to the ion current detection electrode 13. As a result, the amount of sample ions generated, that is, an ion current corresponding to the amount of sample components is input to the current amplifier 22, and the current amplifier 22 amplifies this and outputs it as a detection signal. In this way, the discharge ionization current detector outputs a detection signal corresponding to the amount (concentration) of the sample component contained in the introduced sample gas.

試料成分分子はプラズマによる励起光やヘリウム励起種の作用でイオン化されるが、低周波励起誘電体バリア放電では、励起光によるイオン化が支配的である。したがって、一部のヘリウム励起種を分岐排気路10を通して排出してしまっても、試料成分分子のイオン化には殆ど影響がない。一方、分岐排気路10を通して半分程度のヘリウムが排出されることで、上述したようにもともとヘリウムに混入していた或いは円筒管3内壁等から放出された微量の不純物も半分程度に減少した状態でイオン電流検出領域に到達する。こうした不純物はプラズマにより直接的に励起され易く、それがイオン電流検出用電極13、14に達するとノイズとなるが、こうした不純物を減らすことでノイズを低減することができる。   Sample component molecules are ionized by the action of excitation light from plasma or helium-excited species, but ionization by excitation light is dominant in low-frequency excitation dielectric barrier discharge. Therefore, even if some helium excited species are discharged through the branch exhaust passage 10, there is almost no effect on the ionization of the sample component molecules. On the other hand, about half of the helium is discharged through the branch exhaust passage 10, so that the trace amount of impurities originally mixed in helium or released from the inner wall of the cylindrical tube 3 is reduced to about half as described above. The ion current detection region is reached. Such impurities are easily excited directly by the plasma, and noise is generated when the impurities reach the ion current detection electrodes 13 and 14, but noise can be reduced by reducing these impurities.

また、合流流路18に流れるヘリウムの流量が減ることは合流したガス中の試料成分の濃度が相対的に上がることになるから、試料成分由来のイオン化電流の増加につながる。それによって、検出信号のSN比を向上させることができる。また、同様の効果を得るにはガス供給口5に供給するヘリウムの流量自体を減らしてもよさようであるが、そうすると、もともとヘリウムに混入していた不純物の量は減るものの、円筒管3内壁などから放出される不純物の希釈度合いが下がり、不純物の影響が相対的に大きくなる。これに対し、本実施形態の放電イオン化電流検出器では、例えばイオン化電流検出領域に流れるヘリウムを半分に減らしながらプラズマ生成領域に流れるヘリウムの流量は従来と同じにすることができる。このため、プラズマ生成領域付近での不純物の希釈度を下げずに済み、プラズマ形成の安定化にも有利である。   In addition, a decrease in the flow rate of helium flowing through the merging flow path 18 increases the concentration of the sample component in the merged gas, which leads to an increase in the ionization current derived from the sample component. Thereby, the SN ratio of the detection signal can be improved. Further, in order to obtain the same effect, the flow rate of helium supplied to the gas supply port 5 may be reduced. However, in this case, although the amount of impurities originally mixed in helium is reduced, the inner wall of the cylindrical tube 3 is reduced. The degree of dilution of impurities released from, for example, decreases, and the influence of impurities becomes relatively large. On the other hand, in the discharge ionization current detector of the present embodiment, for example, the flow rate of helium flowing in the plasma generation region can be made the same as the conventional one while reducing the helium flowing in the ionization current detection region in half. For this reason, it is not necessary to reduce the dilution of impurities in the vicinity of the plasma generation region, which is advantageous for stabilization of plasma formation.

次に上記実施形態の放電イオン化電流検出器を用いた実測例について説明する。実験に用いた検出器の各部の寸法は、円筒管3は外径が3.9[mm]、内径が2.5[mm]であり、イオン電流検出用電極14となる内筒管の外径は0.7[mm]、イオン電流検出用電極13となる外筒管の外径は2.0[mm]、絶縁管15の外径は1.2[mm]、である。また、プラズマ生成条件及び測定条件は以下の通りとした。
・プラズマ励起周波数: 11[kHz]
・プラズマ励起電圧: 5.4[kVp-p]
・イオン電流検出用バイアス電圧: 100[V]
・試料ガス: メタン
・試料ガス流量: 1[ml/min]
実験では、試料ガスを上記流量一定に維持しつつヘリウムガス供給流量を変えた場合のイオン化電流を測定し、得られたイオン化電流からイオン化効率を計算した。また、試料ガス濃度がゼロ(ヘリウム100%)である場合のイオン化電流変動を測定し、ヘリウム流量との関係を調べた。上述したように、分岐接続点12からガス排出口11までの分岐排気路10の流路抵抗と分岐接続点12からガス排出口19までのガス流路4、合流流路18の流路抵抗とはほぼ同じであるので、ガス排出口11を開放した場合にはQd=Qp=Qt/2の関係になり、ガス排出口11を閉鎖した場合には、Qd=Qt (Qp=0)となる。
Next, an actual measurement example using the discharge ionization current detector of the above embodiment will be described. The dimensions of each part of the detector used in the experiment are as follows. The outer diameter of the cylindrical tube 3 is 3.9 [mm] and the inner diameter is 2.5 [mm]. The diameter is 0.7 [mm], the outer diameter of the outer tube serving as the ion current detection electrode 13 is 2.0 [mm], and the outer diameter of the insulating tube 15 is 1.2 [mm]. Plasma generation conditions and measurement conditions were as follows.
・ Plasma excitation frequency: 11 [kHz]
・ Plasma excitation voltage: 5.4 [kVp-p]
・ Ion current detection bias voltage: 100 [V]
・ Sample gas: Methane ・ Sample gas flow rate: 1 [ml / min]
In the experiment, the ionization current when the helium gas supply flow rate was changed while the sample gas was kept constant was measured, and the ionization efficiency was calculated from the obtained ionization current. Also, the ionization current fluctuation was measured when the sample gas concentration was zero (100% helium), and the relationship with the helium flow rate was examined. As described above, the flow path resistance of the branch exhaust passage 10 from the branch connection point 12 to the gas discharge port 11 and the flow path resistance of the gas flow path 4 and the merge flow path 18 from the branch connection point 12 to the gas discharge port 19 Therefore, when the gas discharge port 11 is opened, the relationship is Qd = Qp = Qt / 2, and when the gas discharge port 11 is closed, Qd = Qt (Qp = 0). .

図2は、ガス排出口11を開放した場合と閉鎖した場合のイオン化効率を、イオン電流検出領域に流れる(ガス排出口19から排出される)ガス流量Qdに対してプロットしたグラフである。図3は、イオン化電流ノイズを、同じくイオン電流検出領域に流れるガス流量Qdに対してプロットしたグラフである。図2のイオン化効率のグラフから明らかなように、ガス排出口11を開放した場合と閉鎖した場合とを比べると、同じガス流量Qdに対してはイオン化効率の有意差はない(誤差の範囲である)。前述した測定条件から、プラズマ生成領域を流れるガス流量Qtは、ガス排出口11を開放した場合に閉鎖した場合の2倍となる。   FIG. 2 is a graph in which the ionization efficiency when the gas discharge port 11 is opened and when the gas discharge port 11 is closed is plotted with respect to the gas flow rate Qd flowing in the ion current detection region (discharged from the gas discharge port 19). FIG. 3 is a graph in which the ionization current noise is plotted against the gas flow rate Qd flowing in the ion current detection region. As apparent from the graph of ionization efficiency in FIG. 2, when the gas outlet 11 is opened and closed, there is no significant difference in ionization efficiency for the same gas flow rate Qd (within the error range). is there). From the measurement conditions described above, the gas flow rate Qt flowing through the plasma generation region is twice that when the gas discharge port 11 is closed.

一方、図3のイオン化電流ノイズを見ると、特にガス流量Qdが少ない場合に、ガス排出口11を閉鎖するとノイズが顕著に増加することが分かる。換言すれば、分岐排気路10を通して半分程度のヘリウムを排出することにより、特にガス流量Qdが少ない場合でもノイズの増加を回避できることが分かる。これは、プラズマ生成領域を通過したヘリウムの一部を取り除いてイオン化電流検出領域に流すガス量を減らすことで、その中に含まれる不純物に起因するノイズを低減することができるためであると想定できる。このように、プラズマ生成領域を通過してからイオン電流検出領域に到達するまでにヘリウムの一部を取り除くことで、イオン化効率を維持したまま、ノイズを低減することができることが実験の上からも確認できた。   On the other hand, looking at the ionization current noise in FIG. 3, it can be seen that the noise increases remarkably when the gas outlet 11 is closed, particularly when the gas flow rate Qd is small. In other words, it can be seen that about half of the helium is discharged through the branch exhaust passage 10, so that an increase in noise can be avoided even when the gas flow rate Qd is small. This is because it is possible to reduce noise caused by impurities contained in the ionization current detection region by removing part of the helium that has passed through the plasma generation region and reducing the amount of gas flowing to the ionization current detection region. it can. From the experiment, it is possible to reduce noise while maintaining the ionization efficiency by removing a part of helium after passing through the plasma generation region and reaching the ion current detection region. It could be confirmed.

上記実施形態では、プラズマ生成領域を通過したヘリウムの半分程度の流量を分岐排気路10を通して排出し、残りの半分程度の流量をイオン電流検出領域に流すようにしていたが、ヘリウム、つまりプラズマ生成用ガスの分岐割合はこれに限るものではない。イオン電流検出領域に到達する不純物の量を減らすという観点では、分岐排気路10を通してより多量のヘリウムを排出することが好ましいと言えるが、その場合、イオン化電流検出領域に流れるヘリウムの流量が減るため、試料ガスが合流流路18に円滑に流れにくくなる。特に図1に示した構造の場合、試料ガス流路14の上端で試料ガスの流れとヘリウムの流れとが対向しているため、ヘリウムの流量が少な過ぎると、試料ガスの乱流が生じたり滞留し易くなる。その結果、イオン化電流検出信号が不安定になるという現象が起こることがある。実験上からは、プラズマ生成領域を通過したヘリウムのうち、数分の1〜1/10程度はイオン電流検出領域に流す必要があると考えられる。但し、これは試料ガスの導入の方向などによっても変わることが想定される。   In the above embodiment, about half of the flow rate of helium that has passed through the plasma generation region is discharged through the branch exhaust passage 10 and the remaining half of the flow rate is allowed to flow to the ion current detection region. The branching ratio of the working gas is not limited to this. From the viewpoint of reducing the amount of impurities reaching the ion current detection region, it can be said that it is preferable to discharge a larger amount of helium through the branch exhaust passage 10, but in this case, the flow rate of helium flowing through the ionization current detection region is reduced. , It becomes difficult for the sample gas to smoothly flow into the merge channel 18. In particular, in the case of the structure shown in FIG. 1, since the flow of the sample gas and the flow of helium are opposed to each other at the upper end of the sample gas flow path 14, if the flow rate of helium is too small, a turbulent flow of the sample gas may occur. It becomes easy to stay. As a result, a phenomenon that the ionization current detection signal becomes unstable may occur. From the experiment, it is considered that about 1 to 1/10 of the helium that has passed through the plasma generation region needs to flow to the ion current detection region. However, this is assumed to change depending on the direction of introduction of the sample gas.

また、上記実施例はいずれも本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。   Each of the above-described embodiments is an example of the present invention, and it will be understood that the present invention is encompassed by the scope of the claims of the present application even if appropriate changes, modifications, and additions are made within the scope of the present invention.

本発明の一実施形態による放電イオン化電流検出器の構成図。The block diagram of the discharge ionization current detector by one Embodiment of this invention. ガス排出口を開放した場合と閉鎖した場合のイオン化効率をイオン電流検出領域に流れるガス流量Qdに対してプロットしたグラフ。The graph which plotted the ionization efficiency at the time of opening and closing a gas exhaust port with respect to the gas flow rate Qd which flows into an ion current detection area | region. ガス排出口を開放した場合と閉鎖した場合のイオン化電流ノイズをイオン電流検出領域に流れるガス流量Qdに対してプロットしたグラフ。The graph which plotted the ionization current noise at the time of opening and closing a gas exhaust port with respect to the gas flow rate Qd which flows into an ion current detection area | region.

符号の説明Explanation of symbols

1…プラズマ生成部
2…イオン電流検出部
3…円筒管
4…ガス流路
5…ガス供給口
6、7、8…プラズマ生成用電極
9…励起用高圧電源
10…分岐排気路
11…ガス排出口
12…分岐接続部
13、14…イオン電流検出用電極
15…絶縁管
16…試料ガス流路
17…試料ガス供給口
18…合流流路
19…排出口
20…検出回路部
21…バイアス直流電源
22…電流アンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Plasma generation part 2 ... Ion current detection part 3 ... Cylindrical tube 4 ... Gas flow path 5 ... Gas supply port 6, 7, 8 ... Electrode 9 for plasma generation ... High voltage power supply 10 for excitation ... Branch exhaust path 11 ... Gas exhaust Outlet 12 ... Branch connection part 13, 14 ... Ion current detection electrode 15 ... Insulating tube 16 ... Sample gas flow path 17 ... Sample gas supply port 18 ... Merge flow path 19 ... Discharge port 20 ... Detection circuit part 21 ... Bias DC power supply 22 ... Current amplifier

Claims (3)

放電により生起させたプラズマを利用して試料ガス中の試料成分をイオン化し検出する放電イオン化電流検出器であって、
a)プラズマ生成用ガスが流通するガス流路中に、周波数範囲が1[kHz]〜100[kHz]である交流電場による誘電体バリア放電を発生させ、該放電によりプラズマ生成用ガスからプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
b)前記プラズマ生成手段によるプラズマ生成領域よりも下流側の前記ガス流路中に試料ガスを導入する試料ガス導入流路と、
c)前記プラズマ生成手段によるプラズマ生成領域よりも下流側の前記ガス流路中にあって、前記プラズマの作用によってイオン化された前記試料ガス中の試料成分によるイオン電流を検出する電流検出手段と、
d)前記プラズマ生成手段によるプラズマ生成領域と前記電流検出手段によるイオン電流検出領域との間で、前記ガス流路に流通するプラズマ生成用ガスの一部を分岐して排出する分岐排気流路と、
を備えることを特徴とする放電イオン化電流検出器。
A discharge ionization current detector for ionizing and detecting a sample component in a sample gas using plasma generated by discharge,
a) A dielectric barrier discharge is generated by an AC electric field having a frequency range of 1 [kHz] to 100 [kHz] in the gas flow path through which the plasma generating gas flows, and plasma is generated from the plasma generating gas by the discharge. Plasma generating means for generating;
b) a sample gas introduction flow path for introducing a sample gas into the gas flow path on the downstream side of the plasma generation region by the plasma generation means;
c) current detection means for detecting an ionic current due to a sample component in the sample gas in the gas flow path downstream of the plasma generation region by the plasma generation means and ionized by the action of the plasma;
d) a branch exhaust flow path for branching and discharging a part of the plasma generation gas flowing in the gas flow path between the plasma generation area by the plasma generation means and the ion current detection area by the current detection means; ,
A discharge ionization current detector.
請求項1に記載の放電イオン化電流検出器であって、
前記プラズマ生成領域と前記イオン電流検出領域との間で前記ガス流路は直線状であることを特徴とする放電イオン化電流検出器。
The discharge ionization current detector according to claim 1,
The discharge ionization current detector, wherein the gas flow path is linear between the plasma generation region and the ion current detection region.
請求項1又は2に記載の放電イオン化電流検出器であって、
前記プラズマ生成領域を通過するプラズマ生成用ガスの流量の半分を前記分岐排気流路を通して排出するようにしたことを特徴とする放電イオン化電流検出器。
The discharge ionization current detector according to claim 1 or 2,
A discharge ionization current detector characterized in that half of the flow rate of the plasma generation gas passing through the plasma generation region is discharged through the branch exhaust passage.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023218694A1 (en) * 2022-05-12 2023-11-16 株式会社島津製作所 Greenhouse gas measuring method and measuring device

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5470543B2 (en) * 2010-04-26 2014-04-16 株式会社島津製作所 Discharge ionization current detector
JP5470544B2 (en) * 2010-06-28 2014-04-16 株式会社島津製作所 Discharge ionization current detector
JP5445353B2 (en) * 2010-06-28 2014-03-19 株式会社島津製作所 Discharge ionization current detector
JP5605506B2 (en) * 2011-06-07 2014-10-15 株式会社島津製作所 Discharge ionization current detector
JP5614379B2 (en) * 2011-06-21 2014-10-29 株式会社島津製作所 Discharge ionization current detector and gas chromatograph apparatus
US8563924B2 (en) * 2011-06-28 2013-10-22 Agilent Technologies, Inc. Windowless ionization device
JP5704065B2 (en) * 2011-12-16 2015-04-22 株式会社島津製作所 Discharge ionization current detector
JP5910161B2 (en) * 2012-02-28 2016-04-27 株式会社島津製作所 Discharge ionization current detector and sample gas detection method
JP5871057B2 (en) * 2012-03-21 2016-03-01 株式会社島津製作所 Analytical apparatus with discharge ionization current detector
JP5853914B2 (en) * 2012-09-13 2016-02-09 株式会社島津製作所 Discharge ionization current detector and gas chromatograph
WO2014125630A1 (en) 2013-02-15 2014-08-21 株式会社島津製作所 Discharge ionization current detector
CN105074449B (en) * 2013-02-15 2017-08-08 株式会社岛津制作所 Discharge Ionization Current Detector and its method of adjustment
JP6036573B2 (en) * 2013-06-24 2016-11-30 株式会社島津製作所 Discharge ionization current detector and analyzer equipped with the same
JP6303610B2 (en) 2014-03-04 2018-04-04 株式会社島津製作所 Dielectric barrier discharge ionization detector and adjustment method thereof
JP6743599B2 (en) 2016-09-08 2020-08-19 株式会社島津製作所 Dielectric barrier discharge ionization detector
JP6747197B2 (en) 2016-09-08 2020-08-26 株式会社島津製作所 Dielectric barrier discharge ionization detector
JP6747198B2 (en) 2016-09-08 2020-08-26 株式会社島津製作所 Dielectric barrier discharge ionization detector
JP6775141B2 (en) 2016-09-08 2020-10-28 株式会社島津製作所 Dielectric barrier discharge ionization detector
JP6675709B2 (en) 2016-09-08 2020-04-01 株式会社島津製作所 Dielectric barrier discharge ionization detector
JP7318608B2 (en) 2020-07-31 2023-08-01 株式会社島津製作所 discharge ionization detector
JP7408097B2 (en) 2020-09-29 2024-01-05 株式会社島津製作所 Discharge ionization detector and gas chromatograph analyzer

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995018966A2 (en) * 1994-01-03 1995-07-13 Valco Instruments Co. Inc. Improved pulsed discharge systems
US5892364A (en) * 1997-09-11 1999-04-06 Monagle; Matthew Trace constituent detection in inert gases
JP4156602B2 (en) * 2005-02-18 2008-09-24 株式会社日立ハイテクサイエンスシステムズ Non-radiation electron capture detector

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023218694A1 (en) * 2022-05-12 2023-11-16 株式会社島津製作所 Greenhouse gas measuring method and measuring device

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