RU115072U1

RU115072U1 - PHOTOIONIZATION DETECTOR FOR GAS ANALYTICAL EQUIPMENT

Info

Publication number: RU115072U1
Application number: RU2011151375/28U
Authority: RU
Inventors: Леонид Владимирович Илясов; Наталия Игоревна Евланова
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-04-20

Abstract

Фотоионизационный детектор для газоаналитической аппаратуры, содержащий лампу ультрафиолетового излучения, снабженную плоским выходным окном, над которым размещена проточная камера, образованная двумя дисковыми электродами, расположенными друг под другом, изготовленными из металлов различной работы выхода электронов и разделенные кольцеобразной фторопластовой прокладкой, электрометр, к которому подключены электроды, и регистратор сигнала детектора, подключенный в выходу электрометра, причем в нижнем электроде выполнено центральное отверстие, в которое вмонтировано окно из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, а верхний электрод снабжен отверстиями для входа и выхода потока анализируемого газа, отличающийся тем, что между выходным окном и нижним электродом дополнительно установлен диск из диэлектрического материала с центральным отверстием, диаметр которого меньше диаметра отверстия нижнего электрода, а верхний электрод дополнительно снабжен центральным отверстием, диаметр которого равен диаметру отверстия нижнего электрода, при этом внутренний диаметр кольцеобразной фторопластовой прокладки превышает диаметры отверстий электродов, а оси симметрии всех центральных отверстий электродов, фторопластовой прокладки и диска из диэлектрического материала совмещены. Photoionization detector for gas analytical equipment, containing an ultraviolet lamp equipped with a flat exit window, above which there is a flow chamber formed by two disk electrodes located one below the other, made of metals of different work functions of electrons and separated by an annular fluoroplastic gasket, an electrometer to which the electrodes, and a detector signal recorder connected to the output of the electrometer, moreover, a central hole is made in the lower electrode, into which a window made of material transparent to ultraviolet radiation is mounted, and the upper electrode is equipped with holes for the input and output of the analyzed gas flow, characterized in that between the output the window and the lower electrode additionally installed a disc made of dielectric material with a central hole, the diameter of which is less than the diameter of the hole of the lower electrode, and the upper electrode is additionally equipped with a central hole, dia eter of which is equal to the diameter of the hole of the lower electrode, while the inner diameter of the ring-shaped fluoroplastic spacer exceeds the diameters of the holes of the electrodes, and the symmetry axes of all central holes of the electrodes, the fluoroplastic spacer and the disk made of dielectric material are aligned.

Description

Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно, к средствам измерений концентраций компонентов при газовом анализе.The utility model relates to the field of analytical technology, namely, to means for measuring the concentrations of components in gas analysis.

Известен фотоионизационный детектор газов и паров (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-Заде А.Ю. Автоматические детекторы газов и жидкостей, М.: Энергоатомиздат, 1983 г., с.96), состоящий из ионизационной камеры, снабженной двумя электродами для создания коронного разряда, поляризующего электрода и коллекторного электрода, для измерения количества образовавшихся ионов. Также в камере находятся отверстия для ввода и вывода анализируемого газа. Принцип действия детектора состоит в том, что в потоке дополнительного газа, например, аргона, возбуждается коронный газовый разряд постоянного тока. В результате разряда образуются метастабильные атомы аргона, которые при высвечивании создают поток ионов, на пути которых помещают коллекторный электрод. Фотоионы либо непосредственно ионизируют молекулы компонентов смеси, либо ионизация происходит за счет передачи энергии фотонов через вновь образующие метастабильные атомы аргона. Ионный ток между поляризующим и коллекторным электродом, к которым приложена разность потенциалов равна 240 В, измеряется с помощью электрометра.Known photoionization detector of gases and vapors (Farzane N.G., Ilyasov L.V., Azim-Zade A.Yu. Automatic detectors of gases and liquids, M .: Energoatomizdat, 1983, p.96), consisting of an ionization chamber equipped with two electrodes to create a corona discharge, a polarizing electrode and a collector electrode, to measure the amount of ions formed. Also in the chamber are openings for the input and output of the analyzed gas. The principle of operation of the detector is that in the flow of additional gas, for example, argon, a corona direct current gas discharge is excited. As a result of the discharge, metastable argon atoms are formed, which when illuminated create a stream of ions, in the path of which a collector electrode is placed. Photoions either directly ionize the molecules of the components of the mixture, or ionization occurs due to the transfer of photon energy through the newly forming metastable argon atoms. The ion current between the polarizing and collector electrodes, to which the potential difference is applied is equal to 240 V, is measured using an electrometer.

Недостатком такого фотоионизационного детектора является высокий уровень шума сигнала, возникающий за счет того, что в камере детектора возбуждается коронный газовый разряд.The disadvantage of this photoionization detector is the high noise level of the signal, which arises due to the fact that a corona gas discharge is excited in the detector chamber.

Наиболее близким по технической сущности является фотоионизационный детектор газов и паров (RU, 94345, Кл. G01N 27/64, 2010), содержащий лампу ультрафиолетового излучения, снабженную плоским выходным окном, над которым размещена проточная камера, образованная двумя дисковыми электродами, расположенными друг под другом, изготовленными из металлов различной работы выхода электронов и разделенные кольцеобразной фторопластовой прокладкой, электрометр, к которому подключены электроды, и регистратор сигнала детектора, подключенный в выходу электрометра, причем в нижнем электроде выполнено центральное отверстие, в которое вмонтировано окно из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, а верхний электрод снабжен отверстиями для входа и выхода потока анализируемого газа.The closest in technical essence is a photoionization detector of gases and vapors (RU, 94345, Cl. G01N 27/64, 2010), containing an ultraviolet lamp, equipped with a flat exit window, above which there is a flow chamber formed by two disk electrodes located one below the other another, made of metals of various electron work function and separated by an annular fluoroplastic gasket, an electrometer to which electrodes are connected, and a detector signal recorder connected to the electron output tra, and in the lower electrode there is a central hole in which a window is made of a material transparent to ultraviolet radiation, and the upper electrode is equipped with holes for the inlet and outlet of the analyzed gas stream.

Недостатком данного детектора является высокий уровень начального его выходного сигнала, что требует использования дополнительных электрических устройств для компенсации этого начального уровня.The disadvantage of this detector is the high level of its initial output signal, which requires the use of additional electrical devices to compensate for this initial level.

Задачей полезной модели является обеспечение малого начального уровня выходного сигнала, позволяющего использование детектора в портативных газоанализаторах.The objective of the utility model is to provide a small initial level of the output signal that allows the use of the detector in portable gas analyzers.

Техническим результатом является упрощение конструкции.The technical result is to simplify the design.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в фотоионизационном детекторе для газоаналитической аппаратуры, содержащим лампу ультрафиолетового излучения, снабженную плоским выходным окном, над которым размещена проточная камера, образованная двумя дисковыми электродами, расположенными друг под другом, изготовленными из металлов различной работы выхода электронов и разделенные кольцеобразной фторопластовой прокладкой, электрометр, к которому подключены электроды, и регистратор сигнала детектора, подключенный в выходу электрометра, причем в нижнем электроде выполнено центральное отверстие, в которое вмонтировано окно из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, а верхний электрод снабжен отверстиями для входа и выхода потока анализируемого газа, согласно полезной модели между выходным окном и нижним электродом дополнительно установлен диск из диэлектрического материала с центральным отверстием, диаметр которого меньше диаметра отверстия нижнего электрода, а верхний электрод дополнительно снабжен центральным отверстием, диаметр которого равен диаметру отверстия нижнего электрода, при этом внутренний диаметр кольцеобразной фторопластовой прокладки превышает диаметры отверстий электродов, а оси симметрии всех центральных отверстий электродов, фторопластовой прокладки и диска из диэлектрического материала совмещены.The task and the specified technical result are achieved in that in a photoionization detector for gas analysis equipment containing an ultraviolet radiation lamp, equipped with a flat exit window, over which there is a flow chamber formed by two disk electrodes located one under the other, made of metals of different electron work function and separated by an annular fluoroplastic gasket, an electrometer to which electrodes are connected, and a detector signal recorder, under switched on at the outlet of the electrometer, with a central hole made in the lower electrode, in which a window is made of a material transparent to ultraviolet radiation, and the upper electrode is provided with openings for the inlet and outlet of the analyzed gas stream, according to a utility model, an additional disk is installed between the output window and the lower electrode dielectric material with a central hole, the diameter of which is smaller than the diameter of the hole of the lower electrode, and the upper electrode is additionally equipped with a central hole with a diameter equal to the diameter of the hole of the lower electrode, while the inner diameter of the annular fluoroplastic gasket exceeds the diameters of the holes of the electrodes, and the axis of symmetry of all the central holes of the electrodes, the fluoroplastic gasket, and the disk of dielectric material are combined.

Такая конструкция детектора обеспечивает низкий начальный уровень выходного сигнала за счет того, что как нижний, так и верхний электроды защищены от ультрафиолетового излучения, что практически исключает фотоэлектронную эмиссию из электродов, определяющую высокий уровень начального выходного сигнала. Причем нижний электрод защищен диском из диэлектрического материала, диаметр центрального отверстия которого меньше, чем диаметр центрального отверстия этого электрода, а исключение освещения ультрафиолетового излучения верхнего электрода достигается наличием в нем отверстия по диаметру равного центральному отверстию нижнего электрода.This design of the detector provides a low initial level of the output signal due to the fact that both the lower and upper electrodes are protected from ultraviolet radiation, which virtually eliminates photoelectron emission from the electrodes, which determines a high level of the initial output signal. Moreover, the lower electrode is protected by a disk of dielectric material, the diameter of the central hole of which is smaller than the diameter of the central hole of this electrode, and the exclusion of ultraviolet light from the upper electrode is achieved by having a hole in it equal in diameter to the central hole of the lower electrode.

По сравнению с прототипом, заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.Compared with the prototype, the claimed design has a distinctive feature in the totality of the elements and their relative position.

Схема фотоионизационнго детектора для газоаналитической аппаратуры показана на фиг.1.A diagram of a photoionization detector for gas analysis equipment is shown in FIG.

Фотоионизационный детектор содержит лампу ультрафиолетового излучения 1, снабженную плоским выходным окном 2, над которым размещена проточная камера, образованная двумя дисковыми электродами 3 и 4, расположенными друг под другом, изготовленными из металлов различной работы выхода электронов и разделенные кольцеобразной фторопластовой прокладкой 5, электрометр 6, к которому подключены электроды, и регистратор 7 сигнала детектора, подключенный в выходу электрометра. В нижнем электроде выполнено центральное отверстие 8, в которое вмонтировано окно из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, а верхний электрод снабжен отверстиями для входа 9 и выхода 10 потока анализируемого газа. Между выходным окном и нижним электродом дополнительно установлен диск 11 из диэлектрического материала с центральным отверстием 12, а верхний электрод дополнительно снабжен центральным отверстием 13. Детектор снабжен фторопластовым изолятором 14 и металлическим защитным корпус - экраном 15. К лампе ультрафиолетового излучения подводится напряжение от источника питания 16.The photoionization detector contains an ultraviolet lamp 1, equipped with a flat exit window 2, above which a flow chamber is formed, formed by two disk electrodes 3 and 4, located one below the other, made of metals of different electron work function and separated by an annular fluoroplastic gasket 5, electrometer 6, to which the electrodes are connected, and a detector signal recorder 7 connected to the output of the electrometer. A central hole 8 is made in the lower electrode, into which a window of a material transparent to ultraviolet radiation is mounted, and the upper electrode is provided with holes for the input 9 and output 10 of the analyzed gas stream. A disk 11 made of dielectric material with a central hole 12 is additionally installed between the output window and the lower electrode, and the upper electrode is additionally equipped with a central hole 13. The detector is equipped with a fluoroplastic insulator 14 and a metal protective housing - screen 15. The voltage from the power supply 16 is supplied to the ultraviolet lamp .

Работа фотоионизационного детектора осуществляется следующим образом.The operation of the photoionization detector is as follows.

Анализируемый газ непрерывно прокачивается через входное отверстие 9 и выходное отверстие 10 проточной камеры фотоионизационного детектора. В пространстве камеры между электродом 3 и электродом 4 анализируемый газ ионизируется тонким лучом ультрафиолетового излучения лампы 1, диаметр которого определяется диаметром отверстия 12. Так как электроды 3 и 4 выполнены из различных металлов с отличающимися работами выхода, то между ними возникает разность потенциалов и в проточной камере возникает электрическое поле. Под действием этого поля ионы перемещаются в камере. Значение сигнала детектора измеряется и регистрируется с помощью электрометрического усилителя 6 и регистратора 7. Получаемый сигнал пропорционален концентрации определяемых компонентов анализируемого газа. Так как ультрафиолетовое излучение поступает в камеру в виде тонкого луча и не попадает на поверхности электродов 3 и 4, то в камере практически отсутствует электронная эмиссия, определяющая высокий начальный уровень выходного сигнала.The analyzed gas is continuously pumped through the inlet 9 and the outlet 10 of the flow chamber of the photoionization detector. In the chamber space between the electrode 3 and electrode 4, the analyzed gas is ionized by a thin ray of ultraviolet radiation from lamp 1, the diameter of which is determined by the diameter of the hole 12. Since the electrodes 3 and 4 are made of different metals with different work functions, a potential difference arises between them in the flow an electric field arises in the chamber. Under the influence of this field, ions move in the chamber. The value of the detector signal is measured and recorded using an electrometric amplifier 6 and a recorder 7. The resulting signal is proportional to the concentration of the determined components of the analyzed gas. Since ultraviolet radiation enters the chamber in the form of a thin beam and does not fall on the surface of electrodes 3 and 4, there is practically no electron emission in the chamber, which determines a high initial level of the output signal.

Экспериментальным путем установлено, что предлагаемый фотоионизационный детектор для газоаналитической аппаратуры при использовании в качестве электродов никель и алюминий, фторопластовую прокладку 200 мкм, ультрафиолетовую лампу с длиной волны равную 180 нм позволяет получить для ряда углеводородов, например пропана, пропилена, гексана, гептана чувствительность в 8-10 раз большую, чем чувствительность пламенно-ионизационного детектора, при использовании газа-носителя азота или гелия.It has been experimentally established that the proposed photoionization detector for gas analytical equipment using nickel and aluminum as electrodes, a 200-micron fluoroplastic gasket, and an ultraviolet lamp with a wavelength of 180 nm makes it possible to obtain a sensitivity of 8 for a number of hydrocarbons, for example propane, propylene, hexane, heptane -10 times greater than the sensitivity of a flame ionization detector when using a carrier gas of nitrogen or helium.

Преимуществом предлагаемого технического решения является:The advantage of the proposed technical solution is:

- простота конструкции- simplicity of design

- возможность использования в портативных газовых хроматографических анализаторах и анализаторах концентрации отдельных углеводородов.- the possibility of using the concentration of individual hydrocarbons in portable gas chromatographic analyzers and analyzers.

Детектор может найти применение для измерения концентраций компонентов в газовой хроматографии, а также в качестве автоматического анализатора состава бинарных и псевдобинарных газовых средThe detector can be used for measuring component concentrations in gas chromatography, as well as an automatic analyzer of the composition of binary and pseudobinary gas media

Claims

A photoionization detector for gas analysis equipment, containing an ultraviolet lamp, equipped with a flat exit window, over which there is a flow chamber formed by two disk electrodes located one below the other, made of metals with different electron work function and separated by an annular fluoroplastic gasket, an electrometer to which are connected electrodes, and a detector signal recorder connected to the output of the electrometer, and the central electrode is made in the lower electrode a hole in which a window is made of a material that is transparent to ultraviolet radiation, and the upper electrode is equipped with holes for the inlet and outlet of the analyzed gas stream, characterized in that between the output window and the lower electrode there is additionally a disk of dielectric material with a central hole, the diameter of which is smaller the diameter of the hole of the lower electrode, and the upper electrode is additionally provided with a central hole, the diameter of which is equal to the diameter of the hole of the lower electrode, while The initial diameter of the annular fluoroplastic gasket exceeds the diameters of the holes of the electrodes, and the axis of symmetry of all the central holes of the electrodes, the fluoroplastic gasket, and the disk of dielectric material are combined.