RU2129319C1

RU2129319C1 - Ultraviolet lamp for photoionization detector

Info

Publication number: RU2129319C1
Application number: RU97107969/09A
Authority: RU
Inventors: Виталий Львович Будович; Людмила Петровна Шишацка; Людмила Петровна Шишацкая
Original assignee: Виталий Львович Будович; Людмила Петровна Шишацкая
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 1999-04-20

Abstract

FIELD: vacuum ultraviolet radiation sources; gas analyzers depending for their operation on photoionization of materials. SUBSTANCE: lamp has sealed bulb made of solid ultraviolet-proof material and filled with mixture of inert gases and/or hydrogen, electrodes mounted inside bulb for generating electric discharge, and window made of ultraviolet-proof material which is mounted on bulb end and hermetically sealed at joint. Window is provided with electrodes for generating protective electric field made in the form of metal layers applied to inner and outer surfaces of lamp window and also with DC voltage supply. Electrode applied to outer surface of window is connected to negative pole and that applied to inner surface, to positive pole of voltage supply. EFFECT: reduced contamination of lamp window. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к источникам вакуумного УФ-излучения, которые применяются в газоанализаторах, основанных на использовании УФ-излучения для ионизации молекул анализируемых веществ. The invention relates to sources of vacuum UV radiation, which are used in gas analyzers based on the use of UV radiation for ionization of molecules of analytes.

Известны УФ-лампы для фотоионизационных детекторов, содержащие герметичную колбу из твердого материала, не проницаемого для УФ-излучения, заполненную смесью инертных газов и/или водородом, электроды для формирования электрического разряда, установленные в колбе, и окно из проницаемого для УФ-излучения материала, установленное на торце колбы и герметично соединенное с ее стенками (см. , например, патент Германии N 4320607, H 01 J 47/02, 1990 г.). Known UV lamps for photoionization detectors, containing a sealed flask of solid material that is not permeable to UV radiation, filled with a mixture of inert gases and / or hydrogen, electrodes for forming an electric discharge, installed in the flask, and a window made of a material permeable to UV radiation mounted on the end of the flask and hermetically connected to its walls (see, for example, German patent N 4320607, H 01 J 47/02, 1990).

Недостатком известной лампы является загрязнение ее выходного окна в течение работы. Это происходит вследствие того, что в материале окна под действием излучения с энергией порядка 10 эВ происходит образование электронно-дырочных пар, в результате разделения которых на внешней поверхности окна появляется отрицательный заряд. Этот заряд притягивает к себе положительные ионы, образующиеся под воздействием излучения, испускаемого лампой. Для восстановления характеристик лампы ее окно приходится периодически протирать, что связано с неудобствами и усложняет эксплуатацию фотоионизационных детекторов. A disadvantage of the known lamp is the contamination of its exit window during operation. This is due to the fact that the formation of electron-hole pairs occurs in the window material under the influence of radiation with an energy of the order of 10 eV, as a result of which a negative charge appears on the outer surface of the window. This charge attracts positive ions generated by the radiation emitted by the lamp. To restore the characteristics of the lamp, it is necessary to wipe the window periodically, which is due to inconvenience and complicates the operation of photoionization detectors.

Задача изобретения состоит в том, чтобы уменьшить загрязнение лампы. The objective of the invention is to reduce lamp pollution.

Указанная задача решается тем, что предложена УФ-лампа для фотоионизационного детектора, содержащая герметичную колбу из твердого материала, не проницаемого для УФ-излучения, заполненную смесью инертных газов и/или водородом, электроды для формирования электрического разряда, установленные в колбе, и окно из проницаемого для УФ-излучения материала, установленное на торце колбы и герметично соединенное с ее стенками, которая согласно изобретению снабжена электродами для формирования защитного электрического поля, выполненными в виде слоев металла, нанесенных на внутреннюю и внешнюю поверхности окна лампы, и источником постоянного напряжения, причем электрод, нанесенный на внешнюю поверхность окна, соединен с отрицательным полюсом источника напряжения, электрод, нанесенный на внутреннюю поверхность окна лампы, соединен с положительным полюсом источника напряжения. This problem is solved by the fact that the proposed UV lamp for a photoionization detector, containing a sealed flask of solid material that is not permeable to UV radiation, filled with a mixture of inert gases and / or hydrogen, electrodes for forming an electric discharge, installed in the bulb, and a window from permeable to UV radiation of the material mounted on the end of the bulb and hermetically connected to its walls, which according to the invention is equipped with electrodes for forming a protective electric field, made in the form of metal deposits deposited on the inner and outer surfaces of the lamp window, and a constant voltage source, the electrode deposited on the outer surface of the window connected to the negative pole of the voltage source, the electrode deposited on the inner surface of the lamp window, connected to the positive pole of the voltage source.

Отличием предлагаемой лампы является также то, что часть электрода, нанесенного в виде слоя металла на внутреннюю поверхность окна, расположена с внешней стороны колбы. The difference of the proposed lamp is also that part of the electrode deposited in the form of a metal layer on the inner surface of the window is located on the outside of the bulb.

В одном из возможных вариантов выполнения предлагаемой лампы электроды, нанесенные на внутреннюю и внешнюю поверхности окна, выполнены в виде слоев алюминия, толщина которых не превышает 200 ангстрем, и покрывают всю площадь поверхности окна. In one of the possible embodiments of the proposed lamp, the electrodes deposited on the inner and outer surface of the window are made in the form of aluminum layers, the thickness of which does not exceed 200 angstroms, and cover the entire surface area of the window.

В другом возможном варианте выполнения предлагаемой лампы в слоях металла электродов, нанесенных на внутреннюю и внешнюю поверхности окна, выполнены отверстия, расположенные по обе стороны окна и имеющие общую ось, перпендикулярную поверхности окна. In another possible embodiment, the proposed lamp in the metal layers of the electrodes deposited on the inner and outer surface of the window, made holes located on both sides of the window and having a common axis perpendicular to the surface of the window.

Технический результат изобретения состоит в том, что благодаря наличию электродов, нанесенных на внутреннюю и внешнюю поверхности окна, вблизи окна с его внешней стороны формируется электрическое поле, отталкивающее положительные ионы анализируемых веществ и тем самым препятствующее их налипанию на поверхности окна, то есть его загрязнению. The technical result of the invention is that due to the presence of electrodes deposited on the inner and outer surfaces of the window, an electric field is formed near the window from its outside, repelling the positive ions of the analytes and thereby preventing them from sticking to the surface of the window, i.e. its pollution.

Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображен вариант выполнения предлагаемой УФ-лампы со слоями металлических электродов, перекрывающими всю площадь поверхности окна лампы. In FIG. 1 shows an embodiment of the proposed UV lamp with layers of metal electrodes covering the entire surface area of the lamp window.

На фиг. 2 изображен вариант выполнения лампы со слоями металлических электродов, имеющими отверстия для пропускания УФ-излучения. In FIG. 2 shows an embodiment of a lamp with layers of metal electrodes having openings for transmitting UV radiation.

Лампа содержит герметичную колбу 1 из твердого материала, не проницаемого для УФ-излучения, с герметично соединенным с ней окном 2 для вывода излучения. Внутренний объем колбы 1 заполнен инертным газом (ксенон, криптон) или их смесью с гелием и/или водородом. Внутри колбы установлены анод 3 и катод 4, формирующие разрядный канал, ограниченный стеклянным капилляром 5, и соединенные с помощью выводов 6 и 7, герметично впаянных в колбу 1, с источником питания (не показан). На внешней и внутренней поверхностях окна 2 нанесены электроды, выполненные в виде внешнего 8 и внутреннего 9 слоев металла, например алюминия, толщину которого выбирают такой, чтобы слои 8 и 9 металла пропускали вакуумное УФ-излучение. Для алюминия толщина слоев не должна превышать 20 нм. Внутренний слой 9 представляет собой металлическую пленку, частично расположенную внутри колбы. Периферийная часть 10 слоя 9 находится с внешней стороны колбы 1 и соединена с положительным полюсом источника питания 11, а внешний слой 8 соединен с отрицательным полюсом источника питания 11 и заземлен. The lamp contains a sealed flask 1 of a solid material that is not permeable to UV radiation, with a window 2 sealed to it to output radiation. The inner volume of flask 1 is filled with an inert gas (xenon, krypton) or a mixture of them with helium and / or hydrogen. Anode 3 and cathode 4 are installed inside the flask, forming a discharge channel bounded by a glass capillary 5 and connected via leads 6 and 7, hermetically soldered to the flask 1, with a power source (not shown). On the external and internal surfaces of the window 2, electrodes are applied, made in the form of external 8 and internal 9 layers of metal, for example aluminum, the thickness of which is chosen so that the layers 8 and 9 of the metal transmit vacuum UV radiation. For aluminum, the thickness of the layers should not exceed 20 nm. The inner layer 9 is a metal film partially located inside the bulb. The peripheral part 10 of the layer 9 is located on the outside of the bulb 1 and is connected to the positive pole of the power source 11, and the outer layer 8 is connected to the negative pole of the power source 11 and is grounded.

При использовании для возбуждения излучения разряда высокой частоты лампа помещена в индуктор высокочастотного генератора. When used to excite radiation from a high-frequency discharge, the lamp is placed in the inductor of a high-frequency generator.

При подаче напряжения на катод 3 и анод 4 между ними возбуждается разряд, ограниченный капилляром 5. При использовании для возбуждения разряда высокой частоты (на фиг. не показан) через индуктор, окружающий колбу 1, пропускают ток от высокочастотного генератора, в результате чего внутри индуктора генерируется высокочастотное магнитное поле, направленное вдоль оси индуктора. Под действием этого поля внутри колбы 1 индуцируется кольцевое электрическое поле, возбуждающее и поддерживающее электрический разряд. УФ-излучение, возбуждаемое разрядом, проходит через внутренний слой 9 металла, окно 2, внешний слой 8 металла и выводится из лампы, попадая в дальнейшем в рабочий объем фотоионизационного детектора. При этом на поверхности лампы появляется отрицательный заряд. Плотность заряда составляет ≈ 10^-10 - 10^-11 Кл/см². Металлические слои 8 и 9 образуют обкладки конденсатора, внутри которого находится диэлектрик (окно 2). При подключении металлических слоев 8 и 9 к источнику питания 11 между ними возникает электрическое поле. Если внешний слой 8 соединить с отрицательным полюсом источника питания 11 и заземлить, а внутренний слой 9 соединить с положительным полюсом источника питания, то формируется защитное электрическое поле, направленное вдоль внешней нормали от окна лампы. Величина этого поля зависит от разности потенциалов между металлическими слоями 8 и 9. Для того, чтобы скомпенсировать влияние отрицательного заряда с плотностью ≈ 10^-10 - 10^-9 Кл/см² при толщине окна 2 из MgF₂, необходимо приложить разность потенциалов величиной 200 - 300 В.When voltage is applied to the cathode 3 and anode 4, a discharge is excited between them, limited by capillary 5. When using a high frequency discharge to excite a discharge (not shown in Fig.), A current from a high-frequency generator is passed through an inductor surrounding flask 1, as a result of which inside the inductor a high-frequency magnetic field is generated, directed along the axis of the inductor. Under the action of this field, a circular electric field is induced inside the flask 1, which excites and supports the electric discharge. UV radiation excited by the discharge passes through the inner metal layer 9, window 2, the outer metal layer 8 and is removed from the lamp, subsequently falling into the working volume of the photoionization detector. In this case, a negative charge appears on the surface of the lamp. The charge density is ≈ 10 ^-10 - 10 ^-11 C / cm ² . The metal layers 8 and 9 form the capacitor plates, inside of which there is a dielectric (window 2). When connecting the metal layers 8 and 9 to the power source 11, an electric field arises between them. If the outer layer 8 is connected to the negative pole of the power source 11 and grounded, and the inner layer 9 is connected to the positive pole of the power source, a protective electric field is formed, directed along the outer normal from the lamp window. The magnitude of this field depends on the potential difference between the metal layers 8 and 9. In order to compensate for the negative charge with a density of ≈ 10 ^-10 - 10 ^-9 C / cm ² with a window thickness of 2 made of MgF ₂ , it is necessary to apply a potential difference of 200 - 300 V.

Поле, создаваемое слоями 8 и 9, направлено встречно по отношению к полю, создаваемому отрицательным зарядом, имеющимся на поверхности диэлектрика, и больше его по абсолютной величине. Результирующее поле направлено по нормали от окна лампы и отталкивает положительно заряженные частицы от поверхности окна, препятствуя их сорбции. В результате поверхность окна 2 остается чистой, поток излучения не меняется во времени, что обеспечивает стабильность излучения лампы и соответственно фотоионизационного детектора. Внешний заземленный слой металла 8 также экранирует рабочий объем фотоионизационного детектора, что улучшает его стабильность. The field created by the layers 8 and 9 is directed counter to the field created by the negative charge on the surface of the dielectric, and is larger in absolute value. The resulting field is directed normal to the lamp window and repels positively charged particles from the window surface, preventing their sorption. As a result, the surface of the window 2 remains clean, the radiation flux does not change in time, which ensures the stability of the radiation of the lamp and, accordingly, of the photoionization detector. The external grounded metal layer 8 also shields the working volume of the photoionization detector, which improves its stability.

Изображенный на фиг. 2 вариант выполнения УФ-лампы отличается от описанного выше тем, что в слоях 8 и 9 металлических электродов выполнены отверстия 12 и 13 соответственно, расположенные по обе стороны окна 2 и имеющие общую ось, перпендикулярную поверхности окна 2 и совпадающую с осью разрядного промежутка, формируемого электродами 4 и 5. Depicted in FIG. 2, the embodiment of the UV lamp differs from that described above in that in the layers 8 and 9 of the metal electrodes, holes 12 and 13 are made, respectively, located on both sides of the window 2 and having a common axis perpendicular to the surface of the window 2 and coinciding with the axis of the discharge gap formed electrodes 4 and 5.

Этот вариант выполнения используется тогда, когда материал слоев 8 и 9 металлических электродов не пропускает УФ-излучение, вывод которого из УФ-лампы осуществляется через окно 2 и отверстия 12 и 13 в слоях 8 и 9 металлических электродов, УФ-излучение, проходящее через отверстия 12 и 13, выводится во внутренний объем фотоионизационного детектора. В этом случае слои 8 и 9 металлических электродов также служат для создания электрического поля, компенсирующего отрицательный заряд, возникающий на поверхности окна 2, и отталкивающего положительные ионы веществ, находящихся во внутреннем объеме фотоионизационного детектора. This embodiment is used when the material of layers 8 and 9 of the metal electrodes does not transmit UV radiation, the output of which from the UV lamp is through window 2 and holes 12 and 13 in the layers 8 and 9 of metal electrodes, UV radiation passing through the holes 12 and 13, is displayed in the internal volume of the photoionization detector. In this case, the layers 8 and 9 of the metal electrodes also serve to create an electric field that compensates for the negative charge that appears on the surface of the window 2 and repels the positive ions of substances in the internal volume of the photoionization detector.

Claims

1. UV lamp for a photoionization detector, containing a sealed flask made of a solid material impervious to UV radiation and filled with a mixture of inert gases and / or hydrogen, devices for generating an electric discharge inside the lamp bulb and a window for the exit of UV radiation, hermetically sealed connected to the walls of the bulb, characterized in that it is equipped with electrodes made in the form of metal layers deposited on the inner and outer surfaces of the lamp window, and a constant voltage source, the electrode being worn on the outer surface of the window is connected to the negative pole of the voltage source and the electrode deposited on the inner surface of the window is connected to the positive pole of the voltage source.

2. The UV lamp according to claim 1, characterized in that a portion of the electrode deposited in the form of a metal layer on the inner surface of the window is located on the outside of the bulb.

3. The UV lamp according to claim 1 or 2, characterized in that the electrodes deposited on the inner and outer surface of the window are made in the form of metal layers, the thickness of which does not exceed 200 A, cover the entire surface area of the window.

4. The UV lamp according to claim 1 or 2, characterized in that in the metal layers of the electrodes deposited on the inner and outer surface of the window, holes are made, placed on both sides of the window and having a common axis perpendicular to the surface of the window.