RU2141657C1

RU2141657C1 - Electron capture detector

Info

Publication number: RU2141657C1
Application number: RU97109703/25A
Authority: RU
Inventors: Герд Арнольд (DE); Герд Арнольд; В.Л.(RU) Будович; В.Л. Будович; А.А.(RU) Михайлов; А.А. Михайлов
Original assignee: ЗАО Бюро аналитического приборостроения "Хромдет-экология"
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1999-11-20

Abstract

FIELD: gas analyzing technology. SUBSTANCE: detector has two chambers separated by electron-penetrable partition. One of chambers houses non-radioactive electron source. Collector electrode is mounted in other chamber with analyzed gas inlet and outlet pipes connected to it. Separating partition is made of solid layer of material penetrable for electrons and non-penetrable for gas. Chamber holding non-radioactive electron source is evacuated. Electron source is connected to accelerating voltage supply. EFFECT: eliminated contact between analyzed gas and effective surface of electron source. 7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области газовой хроматографии и может быть использовано для контроля содержания, например, галогенсодержащих соединений в воздухе на уровне предельно допустимых концентраций (ПДК). The invention relates to the field of gas chromatography and can be used to control the content, for example, of halogen-containing compounds in air at the level of maximum permissible concentrations (MPC).

Известен электронозахватный детектор (ЭЗД) для газовой хроматографии, имеющей ионизационную камеру, где имеются радиоактивный ионизационный источник в виде фольги из радиоактивного ⁶³Ni, коллекторный электрод и каналы для подвода и отвода анализируемого газа (см. , например, патент США N 4063156).Known electron capture detector (ECD) for gas chromatography having an ionization chamber, where there is a radioactive ionization source in the form of a foil of radioactive ⁶³ Ni, a collector electrode and channels for supplying and removing the analyzed gas (see, for example, US patent N 4063156).

Недостатком подобного детектора с радиоактивным ионизационным источником является то, что существует опасность радиоактивного заражения. Поэтому делались попытки создать ЭЗД с нерадиоактивным источником ионизации (см. патент США N 3149279, СССР а.с. N 375548 и т.д.)
Ближайший из предложенных ЭЗД, в котором решается упомянутая проблема, состоит из двух разделенных проницаемой для электронов перегородкой камер, нерадиоактивного источника излучения с термоэмиттером электронов в одной камере и коллекторным электродом в другой и каналами для подачи и отвода анализируемого газа, соединенными со второй камерой (см. заявку ЕР 0015495 Al, G 01 N 27/61).The disadvantage of such a detector with a radioactive ionization source is that there is a danger of radioactive contamination. Therefore, attempts were made to create an EDD with a non-radioactive ionization source (see US Patent N 3149279, USSR AS No. 375548, etc.)
The closest of the proposed EZDs, in which the aforementioned problem is solved, consists of two chambers separated by an electron-permeable baffle, a non-radioactive radiation source with a thermal emitter of electrons in one chamber and a collector electrode in the other, and channels for supplying and discharging the analyzed gas connected to the second chamber (see application EP 0015495 Al, G 01 N 27/61).

В известном детекторе (взятом в качестве прототипа) проницаемая для электронов перегородка изготовлена в виде перфорированной пластины, через отверстия в которой поток газа переносит электроны из первой камеры во вторую. In the known detector (taken as a prototype), the electron-permeable baffle is made in the form of a perforated plate, through holes in which a gas stream transfers electrons from the first chamber to the second.

Недостаток этого детектора состоит в том, что невозможно полностью исключить контакт анализируемого газа с термоэмиттером. Подобный контакт может возникнуть из-за прерывания газового потока, поступающего в камеру с источником электронов. Проникновение молекул газа через перфорированную перегородку может произойти вследствие увеличения давления в камере, куда подается газ, например, когда хроматографические колонки работают в режиме программируемого потока газа. Более того, в случае использования капиллярных хроматографических колонок обычно стараются свести к минимуму объем камеры, куда подается анализируемый газ из хроматографической колонки. В результате этого уменьшается расстояние до ионизационного источника, что в свою очередь делает возможным проникновение молекул газа из-за диффузии против газового потока в ту часть камеры, где собран источник электронов. Все это может привести к загрязнению рабочей поверхности источника электронов молекулами анализируемого газа. В результате изменится фоновый ток. А это увеличит нестабильность измерений и ошибки в определении уровней концентрации. The disadvantage of this detector is that it is impossible to completely exclude the contact of the analyzed gas with the thermal emitter. Such contact may occur due to interruption of the gas stream entering the chamber with an electron source. The penetration of gas molecules through a perforated baffle may occur due to an increase in pressure in the chamber where the gas is supplied, for example, when chromatographic columns operate in a programmed gas flow mode. Moreover, in the case of using capillary chromatographic columns, they usually try to minimize the volume of the chamber where the analyzed gas is supplied from the chromatographic column. As a result of this, the distance to the ionization source decreases, which in turn makes it possible for gas molecules to penetrate due to diffusion against the gas flow into that part of the chamber where the electron source is collected. All this can lead to contamination of the working surface of the electron source by the molecules of the analyzed gas. As a result, the background current will change. And this will increase the instability of measurements and errors in determining concentration levels.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции ЭЗД с нерадиоактивным источником электронов, которая бы полностью исключала контакт анализируемого газа с рабочей поверхностью источника электронов. The objective of the present invention is to develop a design of an EDD with a non-radioactive electron source, which would completely exclude contact of the analyzed gas with the working surface of the electron source.

Задача решается тем, что предложен электронозахватный детектор, содержащий две камеры, разделенные проницаемой для электронов перегородкой, нерадиоактивный источник электронов, установленный в одной из камер, коллекторный электрод, установленный в другой камере, с которой соединены патрубки для подвода и отвода газа, в котором согласно изобретению перегородка, разделяющая камеры, выполнена из сплошного материала, проницаемого для электронов и непроницаемого для газа, причем внутренний объем камеры, в которой установлен нерадиоактивный источник электронов, вакуумирован, и источник электронов подключен к источнику ускоряющего напряжения. The problem is solved by the fact that an electron-capture detector is proposed comprising two chambers separated by an electron-permeable baffle, a non-radioactive electron source installed in one of the chambers, a collector electrode installed in another chamber, to which there are connected pipes for supplying and discharging gas, in which According to the invention, the partition wall separating the chambers is made of a continuous material that is permeable to electrons and impermeable to gas, the inner volume of the chamber in which is non-radioactive th electron source, evacuated, and an electron source is connected to the source of the accelerating voltage.

Другим отличием детектора является то, что в него введен модулятор напряжения, установленный между нерадиоактивным источником электронов и перегородкой. При этом модулятор напряжения может быть выполнен в виде металлической сетки, соединенной с отрицательным полюсом источника ускоряющего напряжения. Another difference of the detector is that a voltage modulator is inserted in it, installed between a non-radioactive electron source and a partition. In this case, the voltage modulator can be made in the form of a metal grid connected to the negative pole of the accelerating voltage source.

В числе отличий следует отметить то, что проницаемая для электронов и непроницаемая для газа перегородка выполнена из слюды. При этом перегородка может быть покрыта слоем электропроводного материала, который заземлен. Among the differences, it should be noted that the permeable to electrons and impermeable to gas partition is made of mica. In this case, the partition can be covered with a layer of electrically conductive material that is grounded.

Еще одним отличием детектора является то, что нерадиоактивный источник электронов выполнен в виде термоэмиттера, а детектор снабжен источником УФ-излучения, установленным снаружи корпуса камеры, в которой установлен источник электронов, причем корпус камеры или его часть, расположенная между источником УФ- излучения и фотоэмиттером, выполнен из материала прозрачного для УФ-излучения. Another difference of the detector is that the non-radioactive electron source is made in the form of a thermal emitter, and the detector is equipped with a UV radiation source mounted outside the camera body, in which the electron source is installed, the camera body or its part located between the UV radiation source and the photoemitter , made of a material transparent to UV radiation.

В предпочтительном варианте выполнения детектора нерадиоактивный источник электронов выполнен в виде термоэмиттера и соединен с источником напряжения накала. In a preferred embodiment of the detector, the non-radioactive source of electrons is made in the form of a thermal emitter and is connected to a source of glow voltage.

Благодаря отмеченным выше особенностям выполнения в предлагаемом ЭЗД полностью исключается контакт анализируемого газа с источником электронов. Due to the performance features noted above, the proposed EZD completely excludes the contact of the analyzed gas with the electron source.

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

На фиг. 1 представлено продольное сечение детектора с фотоэмиттером в качестве источника электронов. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a detector with a photoemitter as an electron source.

На фиг. 2 показан вариант выполнения детектора с термоэмиттером в качестве источника электронов. In FIG. 2 shows an embodiment of a detector with a thermal emitter as an electron source.

Предлагаемый ЭЗД 1 состоит из двух камер 2 и 3, разделенных перегородкой 4, выполненной из материала, проницаемого для электронов и непроницаемого для газа, например, из слюды или гетероциклического полиамида. Корпус детектора 1 выполнен из стекла и имеет в средней части кольцеобразный выступ 5, к которому крепится перегородка 4. Установленный в камере 2 нерадиоактивный источник электронов может быть выполнен в виде фотоэмиттера 6, соединенного с источником 7 ускоряющего напряжения. При этом детектор 1 снабжен источником 8 УФ-излучения, который установлен снаружи корпуса детектора 1 и облучает поверхность фотоэмиттера 6. Внутренний объем камеры 2 вакуумирован. К кольцеобразному выступу 5 прикреплена круглая сетка 9, малопоглощающая и слабо рассеивающая электроны, выполненная, например, из меди. Эта сетка 9 служит опорой для перегородки 4 и исключает прогибание перегородки под действием перепада давлений между объемами камер 2 и 3. Сетка 9 соединена с положительным полюсом источника 7 ускоряющего напряжения. Фотоэмиттер 6 может быть изготовлен в виде тонкой золотой пластины, из которой УФ-излучение от источника 8 выбивает электроны. The proposed EZD 1 consists of two chambers 2 and 3, separated by a partition 4 made of a material that is permeable to electrons and impermeable to gas, for example, from mica or heterocyclic polyamide. The housing of the detector 1 is made of glass and has in the middle part an annular protrusion 5 to which a partition 4 is attached. A non-radioactive electron source installed in the chamber 2 can be made in the form of a photoemitter 6 connected to an accelerating voltage source 7. In this case, the detector 1 is equipped with a UV radiation source 8, which is installed outside the detector 1 housing and irradiates the surface of the photo emitter 6. The internal volume of the chamber 2 is evacuated. A round grid 9 is attached to the annular protrusion 5, which is low-absorbing and weakly scattering electrons, made, for example, of copper. This grid 9 serves as a support for the partition 4 and eliminates the deflection of the partition due to the pressure difference between the volumes of the chambers 2 and 3. The grid 9 is connected to the positive pole of the accelerating voltage source 7. Photoemitter 6 can be made in the form of a thin gold plate, from which UV radiation from source 8 knocks electrons.

В камере 3 установлены поляризующий электрод 10 и коллекторный электрод 11, которые подсоединены соответственно к источнику 12 поляризующего напряжения и к электрометру 13. Камера 3 снабжена патрубками 14 и 15 для подвода и вывода анализируемого газа соответственно. A polarizing electrode 10 and a collector electrode 11 are installed in the chamber 3, which are connected respectively to the polarizing voltage source 12 and to the electrometer 13. The chamber 3 is equipped with nozzles 14 and 15 for supplying and outputting the analyzed gas, respectively.

Описанный вариант выполнения детектора работает следующим образом. The described embodiment of the detector operates as follows.

Вследствие фотоэффекта фотоэмиттер 6 под действием УФ-излучения от источника 8 испускает электроны, которые движутся к сетке 9 под действием разницы потенциалов между фотоэмиттером 6 и сеткой 9, создаваемой источником 7 ускоряющего напряжения (18 - 25 кВ). Под действием ускоряющего напряжения электроны приобретают достаточную энергию, чтобы пройти через слой материала перегородки 4 и попасть в объем камеры 3. Анализируемый газ подается в камеру 3 через патрубок 14. Если в анализируемом газе имеются молекулы вещества с положительным сродством к электрону (захватывающие электроны), то ток, снимаемый с коллекторного электрода 11 и усиливаемый электрометром 13, меняется пропорционально концентрации этих молекул. Due to the photoelectric effect, the photo emitter 6 emits electrons under the influence of UV radiation from the source 8, which move to the grid 9 under the influence of the potential difference between the photo emitter 6 and the grid 9 created by the accelerating voltage source 7 (18 - 25 kV). Under the action of an accelerating voltage, the electrons acquire sufficient energy to pass through the layer of material of the partition 4 and enter the chamber 3. The analyzed gas is supplied to the chamber 3 through the nozzle 14. If the analyzed gas contains molecules of a substance with a positive electron affinity (capture electrons), then the current taken from the collector electrode 11 and amplified by the electrometer 13 varies in proportion to the concentration of these molecules.

Представленный на фиг. 2 вариант выполнения детектора отличается от описанного выше тем, что нерадиоактивный источник электронов выполнен в виде термоэмиттера 16 (спираль нагрева), подключенного к источнику 7 ускоряющего напряжения и в цепь источника 17 напряжения накала. Камера 2 выполнена в виде стеклянного цилиндра 18, торцевой конец которого подсоединен с помощью вакуумного соединения к кольцеобразному металлическому фланцу 19. В камере 2 между термоэмиттером 16 и перегородкой 4 из материала, проницаемого для электронов и непроницаемого для газа (например, слюды), установлен модулятор 20 напряжения, подключенный к источнику 7 ускоряющего напряжения через дополнительный источник 21 постоянного напряжения. Перегородка 4 покрыта слоем 22 электропроводного материала, например, алюминия, который заземлен через металлический фланец 19. Цилиндрический корпус 23 камеры 3 выполнен из электроизоляционного материала, например, из керамики и герметично подсоединен своим торцом к кольцеобразному металлическому фланцу 24. Между фланцами 19 и 24 помещено кольцо 25 из уплотняющего материала, например, из резины, и фланцы 19 и 24 плотно прижаты друг к другу с помощью крепежных элементов (на фиг. не показаны) для достижения герметичного уплотнения в зонах их контакта. Торцевая часть 10 камеры 3 выполнена из металла и герметично соединена с корпусом 23 и с цилиндрическим поляризующим электродом 14. Коллекторный электрод 11 размещен на внутренней поверхности корпуса 23 камеры 3. Поляризующий электрод 14 через торцевую часть 10 камеры 3 и коллекторный электрод 14 соединены с источником 12 поляризующего напряжения и электрометром 13 соответственно. Выходная часть 26 капиллярной хроматографической колонки проходит через тройник 28 и внутренний канал поляризующего электрода 14. Патрубок 27 для подвода инертного газа или азота выполнен в виде металлического цилиндра и расположен перпендикулярно выходной части 26 капиллярной колонки. Presented in FIG. 2, the detector embodiment differs from the one described above in that the non-radioactive electron source is made in the form of a thermal emitter 16 (heating coil) connected to an accelerating voltage source 7 and to a circuit of a voltage source 17. The chamber 2 is made in the form of a glass cylinder 18, the end end of which is connected by means of a vacuum connection to an annular metal flange 19. In the chamber 2, a modulator is installed between the thermal emitter 16 and the partition 4 of a material that is permeable to electrons and impermeable to gas (for example, mica) (for example, mica) 20 voltage, connected to the source 7 of the accelerating voltage through an additional source 21 of a constant voltage. The partition 4 is covered with a layer 22 of electrically conductive material, for example, aluminum, which is grounded through a metal flange 19. The cylindrical body 23 of the chamber 3 is made of an insulating material, for example, ceramic, and is tightly connected with its end to an annular metal flange 24. Between the flanges 19 and 24 is placed a ring 25 of sealing material, for example, of rubber, and flanges 19 and 24 are tightly pressed against each other by means of fasteners (not shown in FIG.) to achieve a tight seal in their contact areas . The end part 10 of the chamber 3 is made of metal and hermetically connected to the housing 23 and to the cylindrical polarizing electrode 14. The collector electrode 11 is placed on the inner surface of the housing 23 of the chamber 3. The polarizing electrode 14 is connected to the source 12 through the end part 10 of the chamber 3 and the collector electrode 14 polarizing voltage and electrometer 13, respectively. The output part 26 of the capillary chromatographic column passes through a tee 28 and the internal channel of the polarizing electrode 14. The pipe 27 for supplying an inert gas or nitrogen is made in the form of a metal cylinder and is perpendicular to the output part 26 of the capillary column.

Работа описанного варианта выполнения детектора (фиг. 2) характеризуется тем, что испускаемое с поверхности термоэмиттера 16 электроны (эта поверхность нагревается от источника 17 напряжения накала) ускоряются в поле между модулятором 20 и термоэмиттером 16, которое создается источником 7 ускоряющего напряжения и дополнительным источником 21 постоянного напряжения, до энергий, достаточных для проникновения через материал перегородки 4 и попадания во внутренний объем камеры 3. Из выходной части 26 капиллярной колонки в объем камеры 3 поступают разделенные анализируемые вещества вместе с потоком элюента, которые выносятся в зону проникновения электронов, благодаря поддуву инертного газа или азота, производимому через патрубок 27. В этой зоне происходят процессы ионизации и прилипания, в результате чего ток, измеряемой электрометром 13 изменяется в зависимости от концентрации анализируемых веществ. The operation of the described embodiment of the detector (Fig. 2) is characterized in that the electrons emitted from the surface of the thermal emitter 16 (this surface is heated from the source 17 of the glow voltage) are accelerated in the field between the modulator 20 and the thermal emitter 16, which is created by the accelerating voltage source 7 and the additional source 21 DC voltage, up to energies sufficient for penetration through the material of the partition 4 and into the internal volume of the chamber 3. From the output part 26 of the capillary column, the volume of the chamber 3 enters Separated analytes together with the flow of eluent, which are transported into the electron penetration zone, due to the inert gas or nitrogen blowing produced through the nozzle 27. In this zone, ionization and sticking processes occur, as a result of which the current measured by the electrometer 13 changes depending on the concentration of the analyzed substances.

Claims

1. An electron-capture detector containing two chambers separated by an electron-permeable baffle, a non-radioactive electron source installed in one of the chambers, a collector electrode installed in another chamber, to which pipes for supplying and outputting the analyzed gas are connected, characterized in that the baffle, the separating chamber is made of a continuous layer of material that is permeable to electrons and impermeable to gas, the inner volume of the chamber in which a non-radioactive source of electron Evacuated electron source and connected to the source of the accelerating voltage.

2. The detector according to claim 1, characterized in that a voltage modulator is inserted in it, mounted between a non-radioactive source of electrons and a partition.

3. The detector according to claim 2, characterized in that the voltage modulator is made in the form of a metal grid connected to the negative pole of the accelerating voltage source.

4. The detector according to claims 1 to 3, characterized in that the septum, which is permeable to electrons and impermeable to gas, is made of mica.

5. The detector according to claims 1 to 4, characterized in that the partition of the material is permeable to electrons and not permeable to gas, covered with a layer of electrically conductive material that is grounded.

6. The detector according to claims 1 to 5, characterized in that the non-radioactive electron source is made in the form of a photoemitter, and the detector is equipped with an ultraviolet radiation source mounted outside the camera body, in which the electron source is installed, the camera body or part of it made of material, transparent to UV radiation.

7. The detector according to claims 1 to 5, characterized in that the non-radioactive source of electrons is made in the form of a thermal emitter and connected to a source of incandescent voltage.