RU165088U1

RU165088U1 - PHOTOIONIZATION GAS DETECTOR

Info

Publication number: RU165088U1
Application number: RU2016113229/28U
Authority: RU
Inventors: Леонид Владимирович Илясов; Наталья Игоревна Иванова
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2016-10-10

Abstract

Фотоионизационный детектор газов, содержащий лампу ультрафиолетового излучения, снабженную плоским выходным окном, на котором расположены друг над другом первая проточная камера, кварцевая пластина и вторая проточная камера, причем эти камеры снабжены входными и выходными штуцерами, а каждая из них образована двумя дисковыми электродами с центральными отверстиями одинакового диаметра, расположенными друг над другом и выполненными из металлов с различными работами выхода электронов, при этом между электродами расположены фторопластовые прокладки с центральными отверстиями, диаметры которых превышают диаметры отверстий электродов, а оси симметрии отверстий электродов, фторопластовых прокладок и лампы ультрафиолетового излучения совмещены, отличающийся тем, что детектор дополнительно содержит хроматографическую колонку с известными значениями относительных времен удерживания веществ, размещенную в термостате, причем входной штуцер первой проточной камеры подключен к выходу хроматографа, а между ее выходным штуцером и входным штуцером второй камеры включена хроматографическая колонка с известными значениями относительных времен удерживания веществ, при этом электроды первой и второй камер с помощью проводников подключены к двуштырьевым штекерам, имеющим высокоомную изоляцию и выполненным с возможностью подключения к электрометрам.A photoionization gas detector comprising an ultraviolet lamp equipped with a flat exit window on which a first flow chamber, a quartz plate and a second flow chamber are arranged one above the other, these chambers having inlet and outlet fittings, and each of them is formed by two disk electrodes with central holes of the same diameter, located one above the other and made of metals with different electron work functions, with fluoroplastic located between the electrodes gaskets with central holes whose diameters exceed the diameters of the holes of the electrodes, and the axis of symmetry of the holes of the electrodes, fluoroplastic gaskets and ultraviolet lamps are combined, characterized in that the detector further comprises a chromatographic column with known values of the relative retention times of substances placed in the thermostat, and the input the fitting of the first flow chamber is connected to the output of the chromatograph, and x is connected between its output fitting and the input fitting of the second chamber omatograficheskaya column with the values of relative retention times of the substances, the electrodes of the first and second chambers via conductors connected to dvushtyrevym plugs having a high-impedance isolation and adapted to connect to an electrometer.

Description

Полезная модель относится к аналитической технике, а именно к средствам обнаружения отдельных компонентов газовых смесей и измерению их концентрации.The utility model relates to analytical technique, namely to means for detecting individual components of gas mixtures and measuring their concentration.

Известен фотоионизационный генераторный детектор (RU №115072, кл. G01N 27/64, 2012), содержащий лампу ультрафиолетового излучения, снабженную плоским выходным окном, над которым размещена проточная камера, образованная двумя дисковыми электродами, расположенными друг над другом, изготовленными из металлов различной работы выхода электронов и разделенные кольцеобразной фторопластовой прокладкой, а также электрометр, к которому подключены электроды, и регистратор сигнала детектора, подключенный в выходу электрометра. В нижнем электроде выполнено центральное отверстие, в которое вмонтировано окно из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала. Верхний электрод снабжен отверстиями для входа и выхода потока анализируемого газа.Known photoionization generator detector (RU No. 115072, class G01N 27/64, 2012), containing a UV lamp, equipped with a flat exit window, over which is placed a flow chamber formed by two disk electrodes located one above the other, made of metals of different work electron output and separated by an annular fluoroplastic gasket, as well as an electrometer to which electrodes are connected, and a detector signal recorder connected to the output of the electrometer. A central hole is made in the lower electrode, into which a window is made of a material transparent to ultraviolet radiation. The upper electrode is provided with openings for the inlet and outlet of the analyzed gas stream.

В этом детекторе анализируемый газ непрерывно прокачивается через входное и выходное отверстие проточной камеры фотоионизационного генераторного детектора. В пространстве камеры между электродами анализируемый газ ионизируется тонким лучом ультрафиолетового излучения лампы. Так как электроды 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 электрометра и регистратора. Получаемый сигнал пропорционален концентрации определяемых компонентов в анализируемом газе.In this detector, the analyzed gas is continuously pumped through the inlet and outlet of the flow chamber of the photoionization generator detector. In the chamber space between the electrodes, the analyzed gas is ionized by a thin beam of ultraviolet radiation from the lamp. Since the electrodes are made of various metals with different work functions, a potential difference arises between them and an electric field arises in the flow chamber. Under the influence of this field, ions move in the chamber. The value of the detector signal is measured and recorded using an electrometer and a recorder. The received signal is proportional to the concentration of the detected components in the analyzed gas.

Недостатком такого фотоионизационного генераторного детектора являются его узкие функциональные возможности, которые ограничиваются измерением концентрации веществ в потоке газа-носителя.The disadvantage of such a photoionization generator detector is its narrow functionality, which is limited to measuring the concentration of substances in the carrier gas stream.

Наиболее близким по технической сущности является фотоионизационный генераторный детектор (RU №122179, кл. G01N 27/64, 2012), содержащий лампу ультрафиолетового излучения, снабженную плоским выходным окном, на котором расположены друг над другом первая проточная камера, кварцевая пластина и вторая проточная камера. Камеры снабжены входными и выходными штуцерами, а каждая из них образована двумя дисковыми электродами с центральными отверстиями одинакового диаметра, расположенными друг над другом и выполненными из металлов с различными работами выхода электронов. Между электродами расположены фторопластовые прокладки с центральными отверстиями, диаметры которых превышают диаметры отверстий электродов, а оси симметрии отверстий электродов, фторопластовых прокладок и лампы ультрафиолетового излучения совмещены.The closest in technical essence is a photoionization generator detector (RU No. 122179, class G01N 27/64, 2012), containing an ultraviolet lamp equipped with a flat exit window, on which are located one above the other the flow chamber, a quartz plate and the second flow chamber . The chambers are equipped with inlet and outlet fittings, and each of them is formed by two disk electrodes with central holes of the same diameter, located one above the other and made of metals with different electron work functions. Between the electrodes there are fluoroplastic gaskets with central holes, the diameters of which exceed the diameters of the holes of the electrodes, and the axis of symmetry of the holes of the electrodes, fluoroplastic gaskets and the ultraviolet lamp are combined.

В этом детекторе имеются две идентичные по характеристикам камеры, которые просвечиваются одной ультрафиолетовой лампой. В каждой камере имеет место процесс ионизации газа и сбор ионов под действием контактной разности потенциалов, как и в описанном выше фотоионизационном генераторном детекторе. В то же время наличие двух идентичных камер позволяет реализовать дифференциальный метод измерения, что увеличивает стабильность нулевого сигнала детектора.In this detector, there are two cameras with identical characteristics, which are illuminated by a single ultraviolet lamp. In each chamber, there is a process of gas ionization and ion collection under the action of the contact potential difference, as in the photoionization generator detector described above. At the same time, the presence of two identical cameras makes it possible to implement a differential measurement method, which increases the stability of the zero detector signal.

Недостатком такого фотоионизационного генераторного детектора являет узкие функциональные возможности, которые ограничиваются только измерением концентрации отдельных компонентов, то есть возможность осуществления только количественного анализа.The disadvantage of this photoionization generator detector is its narrow functionality, which is limited only by measuring the concentration of individual components, that is, the possibility of only quantitative analysis.

Задачей данной полезной модели является создание фотоионизационного генераторного детектора, способного, наряду с измерением концентрации веществ, осуществлять их идентификацию, то есть выполнять качественный анализ.The objective of this utility model is to create a photoionization generator detector, capable, along with measuring the concentration of substances, to identify them, that is, to perform a qualitative analysis.

Технический результат - расширение функциональных возможностей фотоионизационного генераторного детектора.The technical result is an extension of the functionality of a photoionization generator detector.

Технический результат достигается тем, что фотоионизационный детектор газов содержит лампу ультрафиолетового излучения, снабженную плоским выходным окном, на котором расположены друг над другом первая проточная камера, кварцевая пластина и вторая проточная камера, причем эти камеры снабжены входными и выходными штуцерами, а каждая из них образована двумя дисковыми электродами с центральными отверстиями одинакового диаметра, расположенными друг над другом и выполненными из металлов с различными работами выхода электронов, при этом между электродами расположены фторопластовые прокладки с центральными отверстиями, диаметры которых превышают диаметры отверстий электродов, а оси симметрии отверстий электродов, фторопластовых прокладок и лампы ультрафиолетового излучения совмещены. Согласно полезной модели детектор дополнительно содержит хроматографическую колонку с известными значениями относительных времен удерживания веществ, размещенную в термостате, причем входной штуцер первой проточной камеры подключен к выходу хроматографа, а между ее выходным штуцером и входным штуцером второй камеры включена хроматографическая колонка с известными значениями относительных времен удерживания веществ, при этом электроды первой и второй камер с помощью проводников подключены к двуштырьевым штекерам, имеющим высокоомную изоляцию и выполненным с возможностью подключения к электрометрам.The technical result is achieved by the fact that the photoionization gas detector contains an ultraviolet lamp equipped with a flat exit window, on which the first flow chamber, a quartz plate and the second flow chamber are located one above the other, and these chambers are equipped with inlet and outlet fittings, and each of them is formed two disk electrodes with central holes of the same diameter, located one above the other and made of metals with different electron work functions, while electrodes disposed forward PTFE gasket with a central opening whose diameter exceeds the diameter of the holes of the electrodes, and the axis of symmetry of the electrodes holes fluoroplastic gaskets and ultraviolet lamps combined. According to a utility model, the detector further comprises a chromatographic column with known values of the relative retention times of substances placed in a thermostat, the input fitting of the first flow chamber connected to the output of the chromatograph, and a chromatographic column with known values of relative retention times included between its output fitting and the input fitting of the second chamber substances, while the electrodes of the first and second chambers are connected using conductors to two-pin plugs having a high insulation and made with the ability to connect to electrometers.

Такая конструкция детектора обеспечивает измерение времени удерживания веществ, поступающих из хроматографической колонки в специальную хроматографическую колонку с известными значениями относительных времен удерживания веществ, путем измерения интервалов времени между импульсными сигналами, возникающими за счет ионизации веществ в первой и второй камерах фотоионизационного генераторного детектора, и сравнение этих времен удерживания с известными значениями времен удерживания на названной хроматографической колонке. Это позволяет осуществлять идентификацию компонентов, поступающего в детектор их хроматографа после разделения.This design of the detector provides the measurement of the retention time of substances coming from the chromatographic column to a special chromatographic column with known values of the relative retention times of substances by measuring the time intervals between pulsed signals arising from the ionization of substances in the first and second chambers of the photoionization generator detector, and comparing these retention times with known retention times on said chromatographic column. This allows the identification of components entering the detector of their chromatograph after separation.

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

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема фотоионизационного генераторного детектора газов; на фиг. 2 - хроматограммы, поясняющие работу детектора.The utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a diagram of a photoionization generator gas detector; in FIG. 2 - chromatograms explaining the operation of the detector.

Фотоионизационный генераторный детектор содержит лампу 1 ультрафиолетового излучения, снабженную плоским выходным окном 2, на котором расположены друг над другом первая проточная камера 3, кварцевая пластина 4 и вторая проточная камера 5. Камеры 3 и 5 снабжены входными 6, 7 и выходными 8, 9 штуцерами. Каждая камера 3 и 5 образована двумя дисковыми электродами 10, 11 и 12, 13 с центральными отверстиями 14, 15 и 16, 17 одинакового диаметра, расположенными друг над другом и выполненными из металлов с различными работами выхода электронов. Между электродами 10, 11 и 12, 13 расположены фторопластовые прокладки 18 и 19 с центральными отверстия 20 и 21, диаметры которых превышают диаметры отверстий электродов 10, 11 и 12, 13, а оси симметрии 22 отверстий 20 и 21 электродов 10, 11 и 12, 13, фторопластовых прокладок 18 и 19 и лампы 1 ультрафиолетового излучения совмещены.The photoionization generator detector contains an ultraviolet lamp 1, equipped with a flat exit window 2, on which the first flow chamber 3, the quartz plate 4 and the second flow chamber 5 are located one above the other. The chambers 3 and 5 are equipped with input 6, 7 and output 8, 9 fittings . Each chamber 3 and 5 is formed by two disk electrodes 10, 11 and 12, 13 with central holes 14, 15 and 16, 17 of the same diameter, located one above the other and made of metals with different electron work functions. Between the electrodes 10, 11 and 12, 13 there are fluoroplastic gaskets 18 and 19 with central holes 20 and 21, the diameters of which exceed the diameters of the holes of the electrodes 10, 11 and 12, 13, and the axis of symmetry of 22 holes 20 and 21 of the electrodes 10, 11 and 12 , 13, the fluoroplastic gaskets 18 and 19 and the UV lamp 1 are aligned.

Детектор дополнительно содержит хроматографическую колонку 23 с известными значениями относительных времен удерживания, веществ, размещенную в термостате 24, причем входной штуцер 6 проточной камеры 3 подключен к хроматографу 25, на котором осуществляется хроматографический анализ, а между ее выходным штуцером 8 и входным штуцером 7 второй камеры 5 включена хроматографическая колонка 23 с известными значения времен удерживания веществ. Электроды 10 и 11 первой проточной камеры 3 и электроды 12 и 13 второй проточной камеры 5 подключены проводниками 26, 27 и 28, 29 к двуштырьевым штекерам 30 и 31, имеющим высокоомную изоляцию 32 и 33. Штекеры 30 и 31 выполнены с возможностью подключения к электрометрам 34 и 35. Проводники 26 и 27 присоединены к штырям 36 и 37, а проводники 28 и 29 - к штырям 38 и 39. Для обработки аналоговых сигналов электрометров 34 и 35 используют два аналого-цифровых преобразователя 40 и 41, подключенные к выходам электрометров 34 и 35, а выходы этих аналого-цифровых преобразователей 40 и 41 подключены к компьютеру 42. Для питания лампы 1 ультрафиолетового излучения служит стабилизированный источник питания 43, а камеры 3 и 5 детектора, и лампа 1 ультрафиолетового излучения размещены в общем корпусе 44, служащий одновременно экраном.The detector further comprises a chromatographic column 23 with known values of the relative retention times of substances placed in the thermostat 24, and the input fitting 6 of the flow chamber 3 is connected to a chromatograph 25, on which chromatographic analysis is carried out, and between its output fitting 8 and the input fitting 7 of the second chamber 5 includes a chromatographic column 23 with known retention times. The electrodes 10 and 11 of the first flow chamber 3 and the electrodes 12 and 13 of the second flow chamber 5 are connected by conductors 26, 27 and 28, 29 to the two-pin plugs 30 and 31 having high resistance insulation 32 and 33. The plugs 30 and 31 are configured to be connected to electrometers 34 and 35. Conductors 26 and 27 are connected to pins 36 and 37, and conductors 28 and 29 are connected to pins 38 and 39. To process the analog signals of electrometers 34 and 35, two analog-to-digital converters 40 and 41 are used, connected to the outputs of the electrometers 34 and 35, and the outputs of these analog-to-digital converters 40 and 41 sub are connected to the computer 42. A stabilized power source 43 is used to power the ultraviolet lamp 1, and the detector chambers 3 and 5 and the ultraviolet lamp 1 are located in a common housing 44, which serves as a screen at the same time.

Работа фотоионизационного генераторного детектора осуществляется следующим образом. Из хроматографа 25 поток газа-носителя с разделенными компонентами анализируемой смеси направляется во входной штуцер 6 камеры 3 фотоионизационного генераторного детектора. При поступлении с потоком газа-носителя компонента А в камеру 3 под действием ультрафиолетового излучения, поступающего от лампы 1, происходит ионизация молекул газа. Под действием контактной разности потенциалов, возникающей за счет различия в работах выхода электронов электродов 10 и 11, изготовленных из различных металлов, происходит сбор ионов, и между электродами 10 и 11 протекает ионный ток. Это вызывает во внешней цепи электродов 10 и 11 протекание электронного тока, который измеряется электрометром 34, подключенный с помощью проводников 26 и 27 через двуштырьевой штекер 30 к электродам 10 и 11. Сигнал электрометра 34 преобразуется с помощью аналого-цифрового преобразователя 40 и вводится в компьютер 42. За время протекания компонентов через первую камеру 3 на хроматограмме (фиг. 2а) регистрируется сигнал, принадлежащий к компоненту А. Аналогично осуществляется детектирование компонентов В, С и т.д. Поток газов из выходного штуцера 8 первой камеры 3 направляется в хроматографическую колонку 23 с известными временами удерживания веществ, температура которой поддерживается постоянной с помощью термостата 24. В колонке 23 каждый из компонентов А, В, С и т.д. при постоянном расходе газа-носителя прибывает строго определенное время, которое индивидуально для каждого вещества и определяется его временем удерживания. С выхода колонки 23 поток газа-носителя через штуцер 7 поступает во вторую камеру 5 детектора, в которой происходит процесс ионизации и сбор ионов, как и впервой камере 3. Причем ионизация молекул газов, вытекающих из колонки 23, осуществляется потоком ультрафиолетового излучения, поступающим через кварцевое окно 2. Из второй камеры 5 детектора поток газов через штуцер 9 сбрасывается в атмосферу. Процессы протекания потока газа-носителя с компонентом через вторую камеру 5 осуществляется измерением ионного тока между электродами 12 и 13 с помощью электрометра 35, выходной сигнал которого через аналого-цифровой преобразователь 41 вводится в компьютер 42. Полученная при этом хроматограмма (фиг. 2б), несколько сдвинута во времени, относительно хроматограммы (фиг. 2а), полученной с помощью первой камеры 3 детектора. При этом для каждого из компонентов А, В, С и т.д. значения временных сдвигов индивидуально, то есть интервалы τ_А, τ_В, τ_С и т.д. различны для каждого компонента. Этими интервалами определяется времена удерживания веществ на хроматографической колонке 23. По значениям интервалов τ_А, τ_В, τ_С и т.д. отдельных компонентов вычисляются относительные времена удерживания (Богословский Ю.Н., Анваер Б.И. и др. Хроматографические постоянные в газовой хроматографии: Углеводороды и кислородсодержащие соединения. Справочник. М. Изд-во стандартов 1978, 191 с), по которым осуществляется идентификация веществ. Относительные значения времен удерживания используются для увеличения точности идентификации, так как они в меньшей степени зависят от возможных нестабильностей поддержания рабочих параметров в колонке 23.The operation of the photoionization generator detector is as follows. From the chromatograph 25, the carrier gas stream with the separated components of the analyzed mixture is directed to the inlet fitting 6 of the chamber 3 of the photoionization generator detector. When component A enters the chamber 3 with the carrier gas stream under the action of ultraviolet radiation from lamp 1, ionization of gas molecules occurs. Under the action of the contact potential difference arising due to the difference in the work function of the electrons of the electrodes 10 and 11 made of various metals, ions are collected, and an ion current flows between the electrodes 10 and 11. This causes the electronic current to flow in the external circuit of the electrodes 10 and 11, which is measured by the electrometer 34, connected via conductors 26 and 27 through the two-pin plug 30 to the electrodes 10 and 11. The signal of the electrometer 34 is converted using an analog-to-digital converter 40 and input into a computer 42. During the flow of the components through the first chamber 3 in the chromatogram (Fig. 2a), a signal belonging to component A is recorded. The detection of components B, C, etc. is carried out in the same way. The gas flow from the outlet fitting 8 of the first chamber 3 is directed to a chromatographic column 23 with known retention times of substances, the temperature of which is kept constant by thermostat 24. In column 23, each of components A, B, C, etc. with a constant flow of carrier gas, a strictly defined time arrives, which is individual for each substance and is determined by its retention time. From the output of column 23, the carrier gas stream through the nozzle 7 enters the second detector chamber 5, in which the ionization and ion collection process takes place, as in the first chamber 3. Moreover, the ionization of gas molecules flowing from column 23 is carried out by the ultraviolet radiation flowing through quartz window 2. From the second chamber 5 of the detector, the gas flow through the nozzle 9 is discharged into the atmosphere. The processes of the flow of carrier gas with the component through the second chamber 5 is carried out by measuring the ion current between the electrodes 12 and 13 using an electrometer 35, the output signal of which is input through an analog-to-digital converter 41 to the computer 42. The resulting chromatogram (Fig. 2b), somewhat shifted in time relative to the chromatogram (Fig. 2A) obtained using the first detector chamber 3. Moreover, for each of the components A, B, C, etc. the values of time shifts individually, i.e., the intervals τ _A , τ _B , τ _C , etc. different for each component. These intervals determine the retention times of substances on the chromatographic column 23. By the values of the intervals τ _A , τ _B , τ _C , etc. of the individual components, the relative retention times are calculated (Bogoslovsky Yu.N., Anvaer B.I. et al. Chromatographic constants in gas chromatography: Hydrocarbons and oxygen-containing compounds. Handbook. M. Publishing House of Standards 1978, 191 s), which identify substances. The relative values of the retention times are used to increase the accuracy of identification, since they are less dependent on possible instabilities of maintaining the operating parameters in column 23.

Преимуществами технического решения являются:The advantages of a technical solution are:

- простота конструкции;- simplicity of design;

- возможность двукратного измерения концентрации компонентов при хроматографическом анализе, что обеспечивает большую точность измерений;- the ability to double measure the concentration of components during chromatographic analysis, which provides greater measurement accuracy;

- возможность осуществления идентификации компонентов, то есть для качественного анализа.- the possibility of identifying components, that is, for qualitative analysis.

Детектор может найти применение для измерения концентраций и автоматической идентификации компонентов в газовой хроматографии.The detector can be used to measure concentrations and automatically identify components in gas chromatography.

Claims

A photoionization gas detector comprising an ultraviolet lamp equipped with a flat exit window on which a first flow chamber, a quartz plate and a second flow chamber are arranged one above the other, these chambers having inlet and outlet fittings, and each of them is formed by two disk electrodes with central holes of the same diameter, located one above the other and made of metals with different electron work functions, with fluoroplastic located between the electrodes gaskets with central holes whose diameters exceed the diameters of the holes of the electrodes, and the axis of symmetry of the holes of the electrodes, fluoroplastic gaskets and ultraviolet lamps are combined, characterized in that the detector further comprises a chromatographic column with known values of the relative retention times of substances placed in the thermostat, and the input the fitting of the first flow chamber is connected to the output of the chromatograph, and x is connected between its output fitting and the input fitting of the second chamber omatograficheskaya column with the values of relative retention times of the substances, the electrodes of the first and second chambers via conductors connected to dvushtyrevym plugs having a high-impedance isolation and adapted to connect to an electrometer.