RU2523765C1 - Photo-ionisation detector for gas analysers - Google Patents

Photo-ionisation detector for gas analysers Download PDF

Info

Publication number
RU2523765C1
RU2523765C1 RU2012156152/28A RU2012156152A RU2523765C1 RU 2523765 C1 RU2523765 C1 RU 2523765C1 RU 2012156152/28 A RU2012156152/28 A RU 2012156152/28A RU 2012156152 A RU2012156152 A RU 2012156152A RU 2523765 C1 RU2523765 C1 RU 2523765C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
detector
cylinder
upper electrode
electrometer
flow
Prior art date
Application number
RU2012156152/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012156152A (en
Inventor
Леонид Владимирович Илясов
Наталия Игоревна Евланова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет"
Priority to RU2012156152/28A priority Critical patent/RU2523765C1/en
Publication of RU2012156152A publication Critical patent/RU2012156152A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2523765C1 publication Critical patent/RU2523765C1/en

Links

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: proposed detector comprises UV lamp with flat outlet opening. Flow-through chamber is arranged above said opening and composed by two disc electrodes. These are arranged one above the other and made of metals with different work function and separated by ring-like fluoroplastic washer. Besides, it comprises electrometer whereto connected are electrodes and signal detector registrator connected to electrometer output. Lower electrode has central bore while upper electrode has analysed gas flow intake channel. In compliance with this invention, said detector incorporates extra flat heater arranged at upper electrode for heat contact therewith. Cylinder made of heat-insulating dielectric material is arranged between lower electrode and lamp flat outlet opening so that cylinder mirror axis is aligned with that of flow-through chamber. Said cylinder has central bore and analysed gas discharge flow communicated with said opening. Note here that upper electrode bottom surface is coated with palladium-bearing material.
EFFECT: higher precision.
2 cl, 1 dwg

Description

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

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

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

Наиболее близким по технической сущности является фотоионизационный детектор для газоаналитической аппаратуры (RU 115072, 20.04.2012, Илясов Л.В., Евланова Н.И. Фотоионизационный детектор для газоаналитической аппаратуры.), 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 разделенными кольцеобразной фторопластовой прокладкой, электрометр, к которому подключены электроды, и регистратор сигнала детектора, подключенный в выходу электрометра, причем в нижнем электроде выполнено центральное отверстие, в которое вмонтировано окно из прозрачного для ультрафиолетового излучения материала, а верхний электрод снабжен отверстиями для входа потока анализируемого газа.The closest in technical essence is a photoionization detector for gas analysis equipment (RU 115072, 04/20/2012, Ilyasov L.V., Evlanova N.I. Photoionization detector for gas analysis equipment.), Containing a UV lamp equipped with a flat exit window, over which a flow chamber is placed, formed by two disk electrodes located one above the other, made of metals of various electron work function and separated by an annular fluoroplastic gasket, electro emp to which the electrodes are connected, and the detector signal recorder connected to the output of the electrometer, wherein the lower electrode has a central opening into which is encased window of a transparent material to ultraviolet radiation, and the upper electrode is provided with openings for entry of the sample gas stream.

Недостатком данного детектора является относительно небольшая чувствительность к серосодержащим веществам.The disadvantage of this detector is its relatively low sensitivity to sulfur-containing substances.

Задачей данного изобретения является увеличение чувствительности к серосодержащим веществам.The objective of the invention is to increase sensitivity to sulfur-containing substances.

Технический результат - создание фотоионизационного детектора, обладающего повышенной чувствительностью к серосодержащим веществам.The technical result - the creation of a photoionization detector with increased sensitivity to sulfur-containing substances.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в фотоионизационный детектор для газоаналитической аппаратуры, содержащий лампу ультрафиолетового излучения с плоским выходным окном, над которым размещена проточная камера, образованная двумя дисковыми электродами, расположенными друг над другом, изготовленными из металлов с различной работой выхода электронов и разделенными кольцеобразной фторопластовой прокладкой, электрометр, к которому подключены электроды, и регистратор сигнала детектора, подключенный к выходу электрометра, причем нижний электрод выполнен с центральным отверстием, а верхний снабжен каналом для входа потока анализируемого газа, согласно изобретению детектор дополнительно содержит плоский нагреватель, размещенный на верхнем электроде с возможностью теплового контакта с ним, и цилиндр из теплоизоляционного диэлектрического материала, размещенный между нижним электродом и плоским выходным окном лампы ультрафиолетового излучения так, что его ось симметрии совпадает с осью симметрии проточной камеры, при этом цилиндр снабжен центральным отверстием и каналом для выхода потока анализируемого газа, соединенным с этим отверстием.The stated task and the indicated technical result are achieved by the fact that in the photoionization detector for gas analysis equipment, containing a UV lamp with a flat exit window, over which there is a flow chamber formed by two disk electrodes located one above the other, made of metals with different electron work function and separated by an annular fluoroplastic gasket, an electrometer to which the electrodes are connected, and a detector signal recorder connected which is connected to the output of the electrometer, the lower electrode being made with a central hole, and the upper one provided with a channel for inlet of the analyzed gas stream. According to the invention, the detector further comprises a flat heater placed on the upper electrode with the possibility of thermal contact with it, and a cylinder made of heat-insulating dielectric material placed between the lower electrode and the flat output window of the ultraviolet lamp so that its axis of symmetry coincides with the axis of symmetry of the flow chamber, while p is provided with a central opening and a channel for output of the sample gas stream is connected to this opening.

Такая конструкция детектора обеспечивает увеличение чувствительности детектора к серосодержащим веществам за счет того, что нижняя сторона верхнего электрода покрыта слоем палладийсодержащего материала и температура его проточной камеры может задаваться на уровне 300-400°C, в то время как температура лампы ультрафиолетового излучения может оставаться не превышающей допустимую по техническим условиям. Это обеспечивается тем, что между окном лампы ультрафиолетового излучения и нижним дисковым электродом размещается цилиндр из теплоизоляционного диэлектрического материала.This design of the detector provides an increase in the sensitivity of the detector to sulfur-containing substances due to the fact that the lower side of the upper electrode is covered with a layer of palladium-containing material and the temperature of its flow chamber can be set at 300-400 ° C, while the temperature of the UV lamp can remain no higher than permissible by technical conditions. This is ensured by the fact that a cylinder of heat-insulating dielectric material is placed between the window of the ultraviolet lamp and the lower disk electrode.

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.

Схема фотоионизационного детектора для газоаналитической аппаратуры показана на чертеже.A diagram of a photoionization detector for gas analysis equipment is shown in the drawing.

Фотоионизационный детектор содержит лампу 1 ультрафиолетового излучения с плоским выходным окном 2, над которым размещена проточная камера 3, образованная двумя дисковыми электродами 4 и 5, расположенными друг над другом, изготовленными из металлов с различной работой выхода электронов и разделенными кольцеобразной фторопластовой прокладкой 6, электрометр 7, к которому подключены электроды, и регистратор 8 сигнала детектора, подключенный к выходу электрометра. Нижний электрод 4 выполнен с центральным отверстием 9, а верхний электрод 5 снабжен каналом 10 для входа потока анализируемого газа. Детектор дополнительно содержит плоский нагреватель 11, размещенный на верхнем электроде 5 с возможностью теплового контакта с ним, и цилиндр 12 из теплоизоляционного диэлектрического материала, размещенный между нижним электродом 4 и плоским выходным окном 2 лампы 1 ультрафиолетового излучения так, что его ось симметрии 13 совпадает с осью симметрии проточной камеры 3, при этом цилиндр 12 снабжен центральным отверстием 14 и каналом 15 для выхода потока анализируемого газа, соединенным с этим отверстием 14. Нижняя сторона верхнего электрода 5 покрыта слоем 16 палладийсодержащего материала. Детектор снабжен фторопластовой изоляцией 17 и металлическим защитным экраном 18.The photoionization detector contains an ultraviolet lamp 1 with a flat exit window 2, above which a flow chamber 3 is formed, formed by two disk electrodes 4 and 5, located one above the other, made of metals with different electron work function and separated by an annular fluoroplastic gasket 6, electrometer 7 , to which the electrodes are connected, and a detector 8 of the detector signal connected to the output of the electrometer. The lower electrode 4 is made with a Central hole 9, and the upper electrode 5 is provided with a channel 10 for the entrance of the flow of the analyzed gas. The detector further comprises a flat heater 11 located on the upper electrode 5 with the possibility of thermal contact with it, and a cylinder 12 of insulating dielectric material, located between the lower electrode 4 and the flat output window 2 of the ultraviolet lamp 1 so that its axis of symmetry 13 coincides with the axis of symmetry of the flow chamber 3, while the cylinder 12 is provided with a Central hole 14 and a channel 15 for the exit of the flow of the analyzed gas connected to this hole 14. The lower side of the upper electrode 5 washed with a layer 16 of palladium-containing material. The detector is equipped with PTFE insulation 17 and a metal protective shield 18.

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

Анализируемый газ непрерывно прокачивается через входное отверстие 10 проточной камеры 3 фотоионизационного детектора. В пространстве камеры 3 между нижним дисковым электродом 4 и верхним дисковым электродом 5, покрытым слоем 16 из палладийсодержащего материала, анализируемый газ ионизируется лучом ультрафиолетового излучения лампы 1. Так как электроды 4 и 5 выполнены из различных металлов с отличающимися работами выхода электронов, то между ними возникает разность потенциалов и в проточной камере 3 возникает электрическое поле. Под действием этого поля ионы перемещаются в камере 3. Значение сигнала детектора измеряется и регистрируется с помощью электрометра 7 и регистратора 8. Получаемый сигнал пропорционален микроконцентрации определяемых компонентов анализируемого газа. Так как детектор дополнительно содержит цилиндр 12 из теплоизоляционного диэлектрического материала, то при температуре проточной камеры 3, равной 300-400°C, температура лампы 1 ультрафиолетового излучения не превышает допустимой по техническим условиям.The analyzed gas is continuously pumped through the inlet 10 of the flow chamber 3 of the photoionization detector. In the space of the chamber 3 between the lower disk electrode 4 and the upper disk electrode 5, covered with a layer 16 of palladium-containing material, the analyzed gas is ionized by the ultraviolet radiation of lamp 1. Since the electrodes 4 and 5 are made of different metals with different electron work functions, between them a potential difference occurs and an electric field arises in the flow chamber 3. Under the influence of this field, the ions move in the chamber 3. The value of the detector signal is measured and recorded using an electrometer 7 and a recorder 8. The resulting signal is proportional to the microconcentration of the determined components of the analyzed gas. Since the detector additionally contains a cylinder 12 of heat-insulating dielectric material, when the temperature of the flow chamber 3 is equal to 300-400 ° C, the temperature of the lamp 1 of ultraviolet radiation does not exceed the allowable technical specifications.

Экспериментальным путем установлено, что предлагаемый фотоионизационный детектор для газоаналитической аппаратуры, использующий в качестве электродов никель, электрохимически обработанный палладием, и алюминий, цилиндр из теплоизоляционного диэлектрического материала, ультрафиолетовую лампу с длиной волны, равной 170-200 нм, позволяет измерять микроконцентрации серосодержащих веществ порядка долей р.р.m.It was established experimentally that the proposed photoionization detector for gas analytical equipment, using nickel electrochemically treated with palladium and aluminum, a cylinder made of heat-insulating dielectric material, an ultraviolet lamp with a wavelength of 170-200 nm, allows microconcentrations of sulfur-containing substances to be measured in fractions r.r..m.

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

- простота конструкции;- simplicity of design;

- возможность использования в анализаторах микроконцентраций серосодержащих веществ.- the possibility of using microconcentrations of sulfur-containing substances in analyzers.

Предложенное устройство может быть реализовано на базе стандартных электронных устройств и ультрафиолетовых источников.The proposed device can be implemented on the basis of standard electronic devices and ultraviolet sources.

Детектор может найти применение для измерения микроконцентраций серосодержащих веществ в воздухе и в газовой хроматографии.The detector can find application for measuring microconcentrations of sulfur-containing substances in air and in gas chromatography.

Claims (2)

1. Фотоионизационный детектор для газоаналитической аппаратуры, содержащий лампу ультрафиолетового излучения с плоским выходным окном, над которым размещена проточная камера, образованная двумя дисковыми электродами, расположенными друг над другом, изготовленными из металлов с различной работой выхода электронов и разделенными кольцеобразной фторопластовой прокладкой, электрометр, к которому подключены электроды, и регистратор сигнала детектора, подключенный к выходу электрометра, причем нижний электрод выполнен с центральным отверстием, а верхний снабжен каналом для входа потока анализируемого газа, отличающийся тем, что детектор дополнительно содержит плоский нагреватель, размещенный на верхнем электроде с возможностью теплового контакта с ним, и цилиндр из теплоизоляционного диэлектрического материала, размещенный между нижним электродом и плоским выходным окном лампы ультрафиолетового излучения так, что его ось симметрии совпадает с осью симметрии проточной камеры, при этом цилиндр снабжен центральным отверстием и каналом для выхода потока анализируемого газа, соединенным с этим отверстием.1. A photoionization detector for gas analysis equipment, containing an ultraviolet lamp with a flat exit window, over which there is a flow chamber formed by two disk electrodes located one above the other, made of metals with different electron work function and separated by an annular fluoroplastic gasket, electrometer, to which the electrodes are connected, and a detector signal recorder connected to the output of the electrometer, the lower electrode being made with a central hole rstium, and the upper one is provided with a channel for the entrance of the analyzed gas stream, characterized in that the detector further comprises a flat heater placed on the upper electrode with the possibility of thermal contact with it, and a cylinder of heat-insulating dielectric material placed between the lower electrode and the flat exit window of the ultraviolet lamp radiation so that its axis of symmetry coincides with the axis of symmetry of the flow chamber, while the cylinder is equipped with a central hole and a channel for the flow of the analyzed about gas connected to this hole. 2. Фотоионизационный детектор по п.1, отличающийся тем, что нижняя сторона верхнего электрода покрыта слоем палладийсодержащего материала. 2. The photoionization detector according to claim 1, characterized in that the lower side of the upper electrode is coated with a layer of palladium-containing material.
RU2012156152/28A 2012-12-24 2012-12-24 Photo-ionisation detector for gas analysers RU2523765C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012156152/28A RU2523765C1 (en) 2012-12-24 2012-12-24 Photo-ionisation detector for gas analysers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012156152/28A RU2523765C1 (en) 2012-12-24 2012-12-24 Photo-ionisation detector for gas analysers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012156152A RU2012156152A (en) 2014-06-27
RU2523765C1 true RU2523765C1 (en) 2014-07-20

Family

ID=51216067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012156152/28A RU2523765C1 (en) 2012-12-24 2012-12-24 Photo-ionisation detector for gas analysers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2523765C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792724C2 (en) * 2018-10-03 2023-03-23 Те Риджентс Оф Те Юниверсити Оф Мичиган Integrated micro-photoionization detector with ultra-thin uv transmission window

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107342211A (en) * 2017-07-31 2017-11-10 合肥赛度电子科技有限公司 A kind of ionization device for gas detection

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4804846A (en) * 1987-12-04 1989-02-14 O. I. Corporation Photoionization detector for gas chromatography
RU2247975C1 (en) * 2004-03-18 2005-03-10 ООО Бюро аналитического приборостроения ХРОМДЕТ-ЭКОЛОГИЯ Photo-ionization detector for gas-analysis equipment
RU2256255C2 (en) * 2002-06-11 2005-07-10 Будович Виталий Львович Ultraviolet lamp and photoionization gas analyzer built around this lamp
RU94345U1 (en) * 2010-02-02 2010-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" GAS AND STEAM PHOTOIONIZATION DETECTOR
RU115072U1 (en) * 2011-12-16 2012-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" PHOTOIONIZATION DETECTOR FOR GAS ANALYTICAL EQUIPMENT

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4804846A (en) * 1987-12-04 1989-02-14 O. I. Corporation Photoionization detector for gas chromatography
RU2256255C2 (en) * 2002-06-11 2005-07-10 Будович Виталий Львович Ultraviolet lamp and photoionization gas analyzer built around this lamp
RU2247975C1 (en) * 2004-03-18 2005-03-10 ООО Бюро аналитического приборостроения ХРОМДЕТ-ЭКОЛОГИЯ Photo-ionization detector for gas-analysis equipment
RU94345U1 (en) * 2010-02-02 2010-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" GAS AND STEAM PHOTOIONIZATION DETECTOR
RU115072U1 (en) * 2011-12-16 2012-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" PHOTOIONIZATION DETECTOR FOR GAS ANALYTICAL EQUIPMENT

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792724C2 (en) * 2018-10-03 2023-03-23 Те Риджентс Оф Те Юниверсити Оф Мичиган Integrated micro-photoionization detector with ultra-thin uv transmission window
US12038408B2 (en) 2019-10-02 2024-07-16 The Regents Of The University Of Michigan Integrated micro-photoionization detector with an ultrathin ultraviolet transmission window

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012156152A (en) 2014-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Poole Ionization-based detectors for gas chromatography
Zhu et al. Flow-through microfluidic photoionization detectors for rapid and highly sensitive vapor detection
Dane et al. Selective ionization of melamine in powdered milk by using argon direct analysis in real time (DART) mass spectrometry
Haunschmidt et al. Determination of organic UV filters in water by stir bar sorptive extraction and direct analysis in real-time mass spectrometry
US8829913B2 (en) Discharge ionization current detector
US2959677A (en) Gas analysis
JP2008508511A (en) Ion mobility spectrometer with corona discharge ionization element
WO2021093278A1 (en) Light spectrum-mass spectrum combined apparatus and detection method
US5572137A (en) Portable device for detecting UV light ionizable gas or vapor
WO2014125610A1 (en) Discharge ionization current detector and method for adjusting same
CN102866224A (en) Gas chromatographic detection method for determining carbon-containing compound based on carbon atomic emission spectroscopy
Puanngam et al. A cold plasma dielectric barrier discharge atomic emission detector for atmospheric mercury
Yu et al. Iodine excitation in a dielectric barrier discharge micro-plasma and its determination by optical emission spectrometry
Iwai et al. Fundamental properties of a touchable high‐power pulsed microplasma jet and its application as a desorption/ionization source for ambient mass spectrometry
Moravský et al. Determination of nitrites and nitrates in plasma‐activated deionized water by microchip capillary electrophoresis
Lee et al. High-frequency gaseous and particulate chemical characterization using extractive electrospray ionization mass spectrometry (Dual-Phase-EESI-TOF)
CN114166927A (en) Mass spectrum device detection method for detecting multi-component sample
RU2523765C1 (en) Photo-ionisation detector for gas analysers
CN105319284B (en) A kind of method for combined use of gas-chromatography and ion mobility spectrometry
Sugiyama et al. Sensitive low‐pressure dielectric barrier discharge ion source
Darby et al. Cavity-enhanced absorption using an atomic line source: application to deep-UV measurements
RU2503083C1 (en) Differential ion mobility spectrometer
US10048222B2 (en) Miniaturized helium photoionization detector
Colón et al. Detectors in modern gas chromatography
Poole Conventional detectors for gas chromatography

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151225