RU2105299C1 - Method of analysis of microimpurities in atmospheric air - Google Patents

Method of analysis of microimpurities in atmospheric air Download PDF

Info

Publication number
RU2105299C1
RU2105299C1 RU95116966A RU95116966A RU2105299C1 RU 2105299 C1 RU2105299 C1 RU 2105299C1 RU 95116966 A RU95116966 A RU 95116966A RU 95116966 A RU95116966 A RU 95116966A RU 2105299 C1 RU2105299 C1 RU 2105299C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alternating
periodic
ions
electric field
asymmetric
Prior art date
Application number
RU95116966A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95116966A (en
Inventor
Владилен Федорович Минин
Игорь Владиленович Минин
Олег Владиленович Минин
Original Assignee
Владилен Федорович Минин
Игорь Владиленович Минин
Олег Владиленович Минин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владилен Федорович Минин, Игорь Владиленович Минин, Олег Владиленович Минин filed Critical Владилен Федорович Минин
Priority to RU95116966A priority Critical patent/RU2105299C1/en
Publication of RU95116966A publication Critical patent/RU95116966A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2105299C1 publication Critical patent/RU2105299C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: analytical chemistry. SUBSTANCE: method of analysis of microimpurities in atmospheric air includes ionization of analyzed gas, separation of formed ions in periodic, variable electric field asymmetric in polarity, selection and registration of ions. Value of intensity of electric field is chosen within range from 0.8 kV/mm up to value of intensity corresponding to break-down of analyzed gas. EFFECT: increased reliability of method. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к способам анализа примесей в газе, основанным на ионной подвижности. Конкретно, предлагаемый способ может быть использован для создания на его основе портативных оперативных средств обнаружения взрывчатых веществ, наркотиков, канцерогенных веществ по их газовыделениям. The invention relates to the field of analytical chemistry, in particular to methods for analyzing impurities in a gas based on ionic mobility. Specifically, the proposed method can be used to create, on its basis, portable operational means for detecting explosives, drugs, carcinogens by their gas emissions.

Известен способ анализа примесей в газах, включающий ионизацию анализируемого потока газа, разделение полученных ионов системой перекрещивающихся и перпендикулярных друг другу электрических полей и поля скоростей газового потока и регистрацию ионов, (см, АС СССР N 528503, кл. N 31/08). A known method for the analysis of impurities in gases, including ionization of the analyzed gas flow, separation of the ions obtained by a system of intersecting and perpendicular electric fields and gas flow velocity fields and registration of ions, (see, USSR AS N 528503, class N 31/08).

Разделение ионов в известном способе основано на различии в подвижности ионов разных сортов при их движении под действием электрического поля и поля скоростей газового потока, ион с меньшей подвижностью увлекается газовым потоком и с большей вероятностью преодолевает воздействие перпендикулярного вектору скорости газового потока. The separation of ions in the known method is based on the difference in the mobility of ions of different grades when they move under the influence of an electric field and a velocity field of a gas stream, an ion with less mobility is carried away by the gas stream and more likely to overcome the effect of the gas stream velocity perpendicular to the vector.

Недостатком известного способа является низкая селективность разделения, обусловленная пороговым характером отсечки ионов по их подвижности. Это приводит к тому, что наряду с целевыми ионами, обладающими определенной подвижностью, регистрируются ионы с близкой и более низкой подвижностью. The disadvantage of this method is the low selectivity of separation, due to the threshold nature of the cutoff of ions by their mobility. This leads to the fact that, along with target ions with a certain mobility, ions with a similar and lower mobility are recorded.

Наиболее близким к предлагаемому является способ анализа микропримесей в газах, включающий ионизацию исследуемого газа, разделение образовавшихся ионов в переменном, периодическом, несимметричном по полярности поле, отборе и регистрации ионов (см. АС СССР N 966583, кл. G 01 N 27/62). Closest to the proposed method is the analysis of trace gases in gases, including ionization of the test gas, separation of the formed ions in an alternating, periodic, asymmetric in polarity field, selection and registration of ions (see AS USSR N 966583, class G 01 N 27/62) .

Селективность известного способа основана на воздействии на ионы переменным, периодическим, несимметричным по полярности электрическим полем. The selectivity of the known method is based on the effect on the ions of an alternating, periodic, asymmetric in polarity electric field.

Недостатком данного способа является его относительно низкая селективность анализа. The disadvantage of this method is its relatively low analysis selectivity.

Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка, а именно повышение селективности анализа. The aim of the present invention is to eliminate this drawback, namely increasing the selectivity of the analysis.

Указанная цель в способе анализа микропримесей в атмосферном воздухе, включающем ионизацию исследуемого газа, разделении образовавшихся ионов в переменном, периодическом, несимметричном по полярности электрическом поле, отборе и регистрации ионов, достигается тем, что амплитуду напряженности переменного, периодического, несимметричного по полярности электрического поля E выбирают в диапазоне от 0,8 кВ/мм до значения поля, соответствующего электрическому пробою исследуемого газа. The specified goal in the method of analysis of microimpurities in atmospheric air, including ionization of the test gas, separation of the formed ions in an alternating, periodic, asymmetric in polarity electric field, selection and registration of ions, is achieved by the fact that the amplitude of the alternating, periodic, asymmetrical in polarity of the electric field E choose in the range from 0.8 kV / mm to the field value corresponding to the electrical breakdown of the test gas.

Разделение ионов в переменном, периодическом, несимметричном по полярности электрическом поле высокой напряженности в указанном диапазоне позволяет существенно повысить селективность анализа микропримесей в атмосферном воздухе. The separation of ions in an alternating, periodic, asymmetric in polarity, high-intensity electric field in the specified range can significantly increase the selectivity of the analysis of trace elements in atmospheric air.

Для упрощения реализации способа переменное, периодическое, несимметричное по полярности электрическое поле создается суперпозицией периодического переменного и постоянного электрических полей. To simplify the implementation of the method, an alternating, periodic, asymmetric in polarity electric field is created by a superposition of periodic alternating and constant electric fields.

Для упрощения реализации способа, разделение ионов производят в скрещенных переменном, периодическом и постоянных электрических полях. To simplify the implementation of the method, the separation of ions is carried out in crossed alternating, periodic and constant electric fields.

Заявляемый способ позволяет значительно повысить селективность способа, основанного на разделении ионов по подвижности, и не имеет аналогов в технике газового анализа, что подтверждает "изобретательский уровень" заявляемого способа. The inventive method can significantly increase the selectivity of the method, based on the separation of ions by mobility, and has no analogues in the technique of gas analysis, which confirms the "inventive step" of the proposed method.

В атмосфере воздуха с присутствием молекул воды и других полярных молекул, вокруг ионов исследуемого газа образуется за конечное время молекулярная "шуба" - ионный кластер из этой среды, изменяющая подвижность ионов. При воздействии на ионизированный газ, например на ионы в атмосферном воздухе, находящемся при нормальных условиях (давлении и влажности), переменным электрическим полем, движение положительных и отрицательных ионов происходит в двух противоположных направлениях. Во время этого движения нарушается шаровая симметрия полярных молекул, таких как вода, т.к. в силу вязких сил, возникающих при движении иона, покрытого молекулярной "шубой" атмосфера, окружающая ион, деформируется и срывается. In an atmosphere of air with the presence of water molecules and other polar molecules, a molecular “fur coat” is formed around the ions of the test gas in a finite time — an ionic cluster from this medium that changes the mobility of the ions. When exposed to an ionized gas, for example, ions in atmospheric air, which is under normal conditions (pressure and humidity), by an alternating electric field, the movement of positive and negative ions occurs in two opposite directions. During this movement, the spherical symmetry of polar molecules such as water is broken. due to the viscous forces arising from the motion of an ion coated with a molecular "coat", the atmosphere surrounding the ion is deformed and breaks down.

Для устранения этой молекулярной "шубы" необходимы значительные усилия со стороны переменного электрического поля, воздействующего на ионы. При этом условии ионы движутся в плотной среде настолько быстро, что на его пути существенно уменьшается образование ионной атмосферы и, вследствие этого, не проявляются дополнительные электрические тормозящие силы, а освобожденный от экранировки ион проявляет свои специфические свойства, которые и лежат в основе газового анализа при разделении ионов по подвижностям при нормальных условиях. To eliminate this molecular "coat" significant efforts are required on the part of an alternating electric field acting on ions. Under this condition, ions move in a dense medium so fast that the formation of an ionic atmosphere substantially decreases on its path and, as a result, additional electrical inhibitory forces do not appear, and the ion freed from screening exhibits its specific properties, which underlie gas analysis in separation of ions by mobility under normal conditions.

Таким образом, для того, чтобы освободить ион от экранирующего налипания полярных молекул, и проводить анализ микропримесей в газе при нормальных условиях, необходимо воздействовать на ионы переменным, периодическим, несимметричным по полярности электрическим полем высокой напряженности. Thus, in order to free the ion from the shielding sticking of polar molecules and to analyze microimpurities in a gas under normal conditions, it is necessary to influence the ions with an alternating, periodic, asymmetric in polarity high-intensity electric field.

Верхняя границы амплитуды напряженности переменного, периодического, несимметричного по полярности электрического поля ограничивается электрическим пробоем в воздухе и зависит от многих параметров (формы электродов, частоты электрического поля, давления газа, содержания примесей в газе и т.д.). Для сухого воздуха она не превышает величины 3 кВ/мм. Так, например, экспериментально изучался пробой в сухом воздухе между плоскопараллельными электродами, на которые подавалось переменное напряжение от 50 Гц до 300 МГц, измерения проводились при давлении воздуха от 50 до 1000 мм рт.ст. (см. Дж. Мик, Дж. Крэгс Электрический пробой в газах. - М.: Иностранная литература, 1960, 605 с.). Было установлено, что при использовании переменного электрического поля величина напряженности электрического поля, при котором возникает пробой, имеет сложную зависимость, уменьшается с ростом частоты поля. The upper boundary of the amplitude amplitude of an alternating, periodic, asymmetric in polarity electric field is limited by electric breakdown in air and depends on many parameters (shape of electrodes, frequency of electric field, gas pressure, impurity content in gas, etc.). For dry air, it does not exceed 3 kV / mm. For example, a breakdown in dry air between plane-parallel electrodes, to which an alternating voltage from 50 Hz to 300 MHz was applied, was experimentally studied, measurements were carried out at an air pressure of 50 to 1000 mm Hg. (see J. Mick, J. Kregs Electric breakdown in gases. - M .: Foreign literature, 1960, 605 p.). It was found that when using an alternating electric field, the magnitude of the electric field at which breakdown occurs has a complex dependence that decreases with increasing field frequency.

Нижняя граница амплитуды напряженности переменного, периодического, несимметричного по полярности электрического поля ограничена селективностью способа. The lower limit of the amplitude of the intensity of an alternating, periodic, asymmetric in polarity electric field is limited by the selectivity of the method.

На фиг. 1 приведены ионограммы осушенного атмосферного воздуха при наличии в нем паров 2,4,6-тринитротолуола (ТНТ) с концентрацией 10**(-13) г/см3. Ионограмма а - записана при E = 0,8 кВ/мм, б - при E = 1 кВ/мм, в - при E = 1,2 кВ/мм, г - при E = 1,4 кВ/мм. Из фиг. 1 следует, что с ростом амплитуды переменного, периодического, несимметричного по полярности электрического поля возрастает селективность анализа. Если для случая а пары ТНТ (на фиг. 1 отмечены звездочкой) разрешаются плохо на фоне атмосферного воздуха, то для случаев в, г - разрешение способа достаточно высокое.In FIG. Figure 1 shows the ionograms of dried atmospheric air in the presence of vapors of 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) with a concentration of 10 ** (- 13) g / cm 3 . The a - ionogram is recorded at E = 0.8 kV / mm, b - at E = 1 kV / mm, c - at E = 1.2 kV / mm, d - at E = 1.4 kV / mm. From FIG. 1 it follows that with increasing amplitude of the alternating, periodic, asymmetric in polarity of the electric field selectivity of the analysis increases. If, for case a, TNT pairs (marked with an asterisk in Fig. 1) resolve poorly against atmospheric air, then for cases c and d the resolution of the method is quite high.

Очень близким по положению к отклику на пары ТНТ является отклик на пары иода (J). На фиг. 2 показано, как изменяются ионограммы воздуха с примесью паров иода и ТНТ при изменении амплитуды переменного, периодического, несимметричного по полярности электрического поля от 1,8 кВ/мм (ионограмма а), до 2,0 кВ/мм (ионограмма д) через 0,05 кВ/мм. Если при E = 1,8 кВ/мм отклики сливаются, то уже при E = 2 кВ/мм пики хорошо разрешаются. Very close in position to the response to TNT pairs is the response to iodine (J) pairs. In FIG. Figure 2 shows how air ionograms with an admixture of iodine and TNT vapor change when the amplitude of an alternating, periodic, asymmetric in polarity electric field changes from 1.8 kV / mm (ionogram a) to 2.0 kV / mm (ionogram d) through 0 , 05 kV / mm. If the responses merge at E = 1.8 kV / mm, then peaks are well resolved even at E = 2 kV / mm.

Таким образом, селективность анализа увеличивается с ростом амплитуды переменного, периодического, несимметричного по полярности электрического поля. Нижний предел амплитуды напряженности переменного, периодического, несимметричного по полярности электрического поля ограничен величиной 0,8 кВ/мм, менее которой улучшение разрешения селективности способа не наступает по сравнению с известным способом. Верхний предел амплитуды переменного, периодического, несимметричного по напряженности электрического поля ограничен электрическим пробоем исследуемого газа. Thus, the selectivity of the analysis increases with increasing amplitude of an alternating, periodic, asymmetric in polarity electric field. The lower limit of the amplitude amplitude of an alternating, periodic, asymmetric in polarity electric field is limited to 0.8 kV / mm, less than which the improvement in the resolution of the selectivity of the method does not occur in comparison with the known method. The upper limit of the amplitude of an alternating, periodic, asymmetric in electric field strength is limited by the electrical breakdown of the test gas.

На фиг. 3 представлена блок схема устройства, реализующего предлагаемый способ анализа микропримесей в атмосферном воздухе. In FIG. 3 presents a block diagram of a device that implements the proposed method for the analysis of trace elements in atmospheric air.

Устройство (фиг. 3), реализующее способ, включает в себя проточный канал 1, содержащий последовательно расположенные камеру ионизации 2, разделяющие ионы устройство 3, выполненное, например, в виде двух параллельных электродов 4 и двух параллельных электродов 5, расположенных перпендикулярно электродам 4, и систему регистрации 6. Электроды 4, 5 образуют дрейфовый промежуток. В принципе электроды 4 и 5 могут быть совмещены друг с другом. Устройство также содержит источник переменного, периодического, асимметричного по полярности напряжения 9, подсоединенного к электродам 4, образованного параллельно соединенного источника переменного, периодического напряжения 6 и источника постоянного напряжения 7. Источник постоянного компенсирующего напряжения 8, одновременно подсоединен к электродам 5 и системе регистрации 6. The device (Fig. 3) that implements the method includes a flow channel 1, containing sequentially arranged ionization chamber 2, ion-separating device 3, made, for example, in the form of two parallel electrodes 4 and two parallel electrodes 5 located perpendicular to the electrodes 4, and registration system 6. Electrodes 4, 5 form a drift gap. In principle, the electrodes 4 and 5 can be combined with each other. The device also contains a source of alternating, periodic, asymmetric in polarity voltage 9, connected to the electrodes 4, formed in parallel connected source of alternating, periodic voltage 6 and a constant voltage source 7. A source of constant compensating voltage 8, is simultaneously connected to the electrodes 5 and the registration system 6.

Анализ проводится следующим образом. Анализируемая смесь микропримесей проходит через ионизатор 2, где ионизируется и после разделения в дрейфовом промежутке попадает в систему регистрации. Изменяя величину компенсирующего напряжения от источника 8, приложенного одновременно к параллельным электродам 5 и системе регистрации 6, последовательно изменяют условия отбора ионов в дрейфовом промежутке и одновременно измеряют ток неотклонившихся при этих условиях ионов, регистрируя весь спектр образующихся из смеси микропримесей ионов в виде ионограмм или зависимости тока ионов от величины компенсирующего напряжения. Величина амплитуды переменного, периодического, несимметричного по полярности электрического поля выбирается в диапазоне от 0,8 до 3 кВ/мм. The analysis is carried out as follows. The analyzed mixture of microimpurities passes through the ionizer 2, where it is ionized and after separation in the drift gap enters the registration system. By changing the value of the compensating voltage from the source 8, applied simultaneously to the parallel electrodes 5 and the recording system 6, the conditions for the selection of ions in the drift gap are successively changed and at the same time the current of ions that have not deviated under these conditions is measured, recording the entire spectrum of the ions formed from the mixture in the form of ionograms or dependencies ion current from the value of the compensating voltage. The magnitude of the amplitude of an alternating, periodic, asymmetric in polarity electric field is selected in the range from 0.8 to 3 kV / mm.

Выполнение источника переменного, периодического, несимметричного по полярности напряжения в виде двух включенных параллельно источников переменного, периодического напряжения и постоянного напряжения позволяет наиболее просто реализовать устройство 9, выбирая различные соотношения амплитуд переменного, периодического напряжения и постоянного напряжения менять степень асимметрии переменного, периодического, несимметричного по полярности напряжения, наиболее просто и оперативно изменять частоту периодического напряжения. The implementation of the source of alternating, periodic, asymmetrical in polarity voltage in the form of two parallel-connected sources of alternating, periodic voltage and constant voltage allows you to most easily implement the device 9, choosing different ratios of amplitudes of alternating, periodic voltage and constant voltage to change the degree of asymmetry of alternating, periodic, asymmetric in voltage polarity, the most simple and quick change the frequency of the periodic voltage.

Для упрощения реализации разделения ионов производят в скрещенных переменном, периодическом, симметричном по полярности электрическом поле и постоянных электрических полях. To simplify the implementation of the separation of ions produced in crossed alternating, periodic, symmetrical in polarity electric field and constant electric fields.

Разработанный макет устройства полностью подтвердил преимущество предлагаемого способа. Таким образом, заявляемый способ, позволяет создать газоанализаторы с высокой разрешающей способностью. The developed device layout fully confirmed the advantage of the proposed method. Thus, the inventive method, allows you to create gas analyzers with high resolution.

Claims (3)

1. Способ анализа микропримесей веществ в атмосферном воздухе, включающий ионизацию исследуемого газа, разделение образовавшихся ионов в переменном, периодическом, несимметричном по полярности электрическом поле, отборе и регистрации ионов, отличающийся тем, что амплитуду напряженности переменного, периодического, несимметричного по полярности электрического поля E выбирают в диапазоне от 0,8 кВ/мм до значения поля, соответствующего электрическому пробою исследуемого газа. 1. The method of analysis of microimpurities of substances in atmospheric air, including ionization of the test gas, separation of the formed ions in an alternating, periodic, asymmetric in polarity electric field, selection and registration of ions, characterized in that the amplitude of the alternating, periodic, asymmetric in polarity of the electric field E choose in the range from 0.8 kV / mm to the field value corresponding to the electrical breakdown of the test gas. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что переменное, периодическое, несимметричное по полярности электрическое поле создается суперпозицией периодического, переменного и постоянного электрических полей. 2. The method according to claim 1, characterized in that the alternating, periodic, asymmetric in polarity electric field is created by a superposition of periodic, alternating and constant electric fields. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение ионов производят в скрещенных переменном, периодическом, симметричном и постоянном электрических полях. 3. The method according to claim 1, characterized in that the separation of ions is carried out in crossed alternating, periodic, symmetric and constant electric fields.
RU95116966A 1995-10-03 1995-10-03 Method of analysis of microimpurities in atmospheric air RU2105299C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95116966A RU2105299C1 (en) 1995-10-03 1995-10-03 Method of analysis of microimpurities in atmospheric air

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95116966A RU2105299C1 (en) 1995-10-03 1995-10-03 Method of analysis of microimpurities in atmospheric air

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95116966A RU95116966A (en) 1997-10-10
RU2105299C1 true RU2105299C1 (en) 1998-02-20

Family

ID=20172573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95116966A RU2105299C1 (en) 1995-10-03 1995-10-03 Method of analysis of microimpurities in atmospheric air

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2105299C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451930C1 (en) * 2011-02-21 2012-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" Method of separating and detecting ions in gas

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451930C1 (en) * 2011-02-21 2012-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" Method of separating and detecting ions in gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7977627B2 (en) Ion selection apparatus and method
SU966583A1 (en) Method of analysis of impurities in gases
Guevremont et al. Atmospheric pressure ion focusing in a high-field asymmetric waveform ion mobility spectrometer
CA2148166C (en) Ion mobility spectrometer
US7030372B2 (en) Micromachined field asymmetric ion mobility filter and detection system
RU2011981C1 (en) Method for assessing impurity content of gas flow
US7777180B2 (en) Ion mobility spectrometry method and apparatus
US20050151072A1 (en) Segmented side-to-side faims
KR20100103624A (en) Method and device for detection and identification of gases
JP5738997B2 (en) Method and apparatus for gas detection and identification using an ion mobility spectrometer
JP7014436B2 (en) Use of ionizers for ionizing gaseous substances, devices and methods, and devices and methods for analyzing gaseous ionized substances.
US11024497B2 (en) Chemically modified ion mobility separation apparatus and method
CA2521099A1 (en) Cross-flow ion mobility analyzer
JP6650940B2 (en) Process and system for facilitating chemical identification at a detector
US8299428B2 (en) Detectors and ion sources
CA2663975A1 (en) Faims apparatus comprising source of dry gas
RU2105299C1 (en) Method of analysis of microimpurities in atmospheric air
WO2013176580A1 (en) Differential ion mobility spectrometer
FI96903B (en) Method for determining the content of foreign matter in gas and apparatus therefor
RU2277238C2 (en) Method of measurement of concentration of impurities in nitrogen, hydrogen and oxygen by means of ion mobility spectrometry
EP0552206B1 (en) Method for detection of alien matter contents in gases
RU2354963C1 (en) Method of detecting organic molecules
ATE101921T1 (en) DISCHARGE IONIZATION SOURCE FOR ANALYZING THE ATMOSPHERE.
RU2178929C2 (en) Spectrometer of non-linearity of drift of ions
RU2105298C1 (en) Method of analysis of microimpurities of substances in air