RU2620198C1 - Piezo-desorber for gas analysis devices - Google Patents
Piezo-desorber for gas analysis devices Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620198C1 RU2620198C1 RU2016104684A RU2016104684A RU2620198C1 RU 2620198 C1 RU2620198 C1 RU 2620198C1 RU 2016104684 A RU2016104684 A RU 2016104684A RU 2016104684 A RU2016104684 A RU 2016104684A RU 2620198 C1 RU2620198 C1 RU 2620198C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoceramic plate
- desorber
- piezo
- chamber
- sorbent
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/04—Preparation or injection of sample to be analysed
- G01N30/24—Automatic injection systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к приборам газового анализа, предназначенным для обнаружения микроконцентраций веществ, и может быть использовано совместно с детекторами паров взрывчатых веществ в воздухе.The invention relates to the field of analytical instrumentation, in particular to gas analysis devices designed to detect microconcentrations of substances, and can be used in conjunction with detectors of explosive vapor in the air.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Эффективным приемом повышения обнаружительной способности приборов газового анализа является предварительное концентрирование целевого вещества на каком либо сорбенте с последующей активируемой десорбцией этого вещества и доставкой его в газовой пробе в прибор газового анализа. Скорость десорбции определяет пиковую концентрацию целевого вещества, подаваемого в газоанализатор. Чем выше скорость десорбции, тем больше пиковая концентрация целевого вещества и ниже порог его обнаружения. В качестве прибора газового анализа может служить, например, спектрометр ионной подвижности (дрейф-спектрометр).An effective method of increasing the detection ability of gas analysis instruments is to pre-concentrate the target substance on any sorbent, followed by activated desorption of this substance and delivering it in a gas sample to the gas analysis device. The desorption rate determines the peak concentration of the target substance supplied to the gas analyzer. The higher the desorption rate, the greater the peak concentration of the target substance and the lower its detection threshold. As a gas analysis device, for example, an ion mobility spectrometer (drift spectrometer) can serve.
Чаще всего в качестве фактора, активирующего десорбцию, используется термический или лучевой нагрев.Most often, thermal or radiation heating is used as a factor activating desorption.
Известно устройство для контроля следов взрывчатых веществ на документах - паспортах, билетах и т.п. (патент RU 2293303, опубл. 10.02.2007), основанное на принципе термодесорбции. Устройство стационарно встроено в досмотровое оборудование, имеет камеру достаточно большого объема, в которую помещаются контролируемые документы, где и происходит их обдув. Недостатком устройства является низкая пороговая чувствительность из-за большого объема камеры и низкой скорости термодесорбции из-за ограничения температуры нагрева.A device for controlling traces of explosives on documents - passports, tickets, etc. (patent RU 2293303, publ. 10.02.2007), based on the principle of thermal desorption. The device is permanently integrated into the inspection equipment, has a camera of a sufficiently large volume, into which controlled documents are placed, where they are blown. The disadvantage of this device is the low threshold sensitivity due to the large volume of the chamber and the low rate of thermal desorption due to the limitation of the heating temperature.
Известен термодесорбер (патент WO 2014/045057, опубл. 27.03.2014), содержащий специальный стержень со сменным тампоном для сбора следов целевого вещества и последующей термодесорбцией целевого вещества с тампона и подачей его в прибор газового анализа. Устройство имеет ограничение в эффективности вследствие низкой скорости термодесорбции, так же как и предыдущее устройство.Known thermal desorber (patent WO 2014/045057, publ. 03/27/2014) containing a special rod with a removable swab to collect traces of the target substance and subsequent thermal desorption of the target substance from the tampon and feeding it into the gas analysis device. The device has a limitation in efficiency due to the low rate of thermal desorption, as well as the previous device.
Известно устройство (патент US 8569691, опубл. 29.10.2013) предконцентрации целевого вещества для повышения обнаружительной способности прибора газового анализа, представляющее собой трубку с сорбентом, имеющую выход в рабочую камеру дрейф-спектрометра, выход перекрывается электромагнитным клапаном. Устройство работает в двух режимах. В режиме сорбирования через трубку с закрытым клапаном прокачивается исследуемый газ (воздух) со следами целевого вещества, которое концентрируется на сорбенте. В режиме десорбции сорбент в трубке термически нагревается с большой скоростью и проба с повышенной концентрацией целевого вещества поступает через открытый клапан в рабочую камеру спектрометра. Эффективность способа, как и вышеуказанных, ограничена скоростью повышения температуры сорбента.A device is known (patent US 8569691, publ. 10.29.2013) for preconcentration of the target substance to increase the detection ability of the gas analysis device, which is a tube with a sorbent having an exit to the working chamber of the drift spectrometer, the output is blocked by an electromagnetic valve. The device operates in two modes. In the sorption mode, the test gas (air) is pumped through a tube with a closed valve with traces of the target substance, which is concentrated on the sorbent. In the desorption mode, the sorbent in the tube is thermally heated at a high speed and the sample with an increased concentration of the target substance enters through the open valve into the working chamber of the spectrometer. The effectiveness of the method, as above, is limited by the rate of increase in the temperature of the sorbent.
В патенте US 7884320, опубл. 08.02.2011, предложена конструкция спектрометра ионной подвижности, включающая коллектор целевого вещества, который представляет собой трубку с сорбентом для целевого вещества, через который прокачивается исследуемый воздух. Отличительной особенностью устройства является то, что сорбция осуществляется при пониженной температуре, а термодесорбция при нагреве. Охлаждение и нагрев осуществляются переключением полярности напряжения на элементе Пельтье, используемом для охлаждения и нагрева. Использование элементов Пельтье повышает как эффективность сорбции за счет охлаждения, так и десорбции за счет быстрого нагрева, что повышает эффективность дермодесорбера. Недостатком способа является высокое энергопотребление.In patent US 7884320, publ. 02/08/2011, the design of the ion mobility spectrometer is proposed, including the target substance collector, which is a tube with a sorbent for the target substance, through which the test air is pumped. A distinctive feature of the device is that sorption is carried out at a low temperature, and thermal desorption during heating. Cooling and heating are carried out by switching the polarity of the voltage on the Peltier element used for cooling and heating. The use of Peltier elements increases both the efficiency of sorption due to cooling, and desorption due to rapid heating, which increases the efficiency of the dermodesorber. The disadvantage of this method is the high power consumption.
Известен также способ повышения обнаружительной способности спектрометров ионной подвижности, основанный на помещении исследуемого объекта в герметичную камеру с повышенным давлением с последующим резким сбросом давления, стимулирующим десорбцию целевого вещества с поверхности исследуемого объекта (патент US 7204125, опубл. 17.04.2007). Недостатком способа является громоздкость конструкции, сложность технической реализации и малая эффективность.There is also a method of increasing the detection ability of ion mobility spectrometers, based on placing the test object in a sealed chamber with high pressure, followed by a sharp release of pressure, stimulating the desorption of the target substance from the surface of the test object (US patent 7204125, published on 04.17.2007). The disadvantage of this method is the bulkiness of the design, the complexity of the technical implementation and low efficiency.
Еще одним физическим фактором, кроме повышения температуры и понижения давления, способным стимулировать десорбцию, является воздействие ультразвука.Another physical factor, in addition to increasing temperature and lowering pressure, which can stimulate desorption, is the effect of ultrasound.
Известен способ (патент US 8153964, опубл. 10.04.2012), в котором используется воздействие ультразвука на исследуемую жидкость с растворенным целевым веществом (аналитом). Ультразвуковое воздействие приводит к усиленному образованию пара, содержащего аналит, который через капилляр втягивается в вакуумируемую рабочую камеру прибора (например, квадрупольного масс-спектрометра). Ограничением метода является его применимость только к жидким средам.A known method (patent US 8153964, publ. 10.04.2012), which uses the action of ultrasound on the test fluid with a dissolved target substance (analyte). Ultrasonic exposure leads to increased formation of steam containing analyte, which is drawn through the capillary into the evacuated working chamber of the device (for example, a quadrupole mass spectrometer). A limitation of the method is its applicability only to liquid media.
Известен способ (патент US 8161797, опубл. 24.04.2012) отбора пробы опасных химических веществ (в частности, взрывчатых) с низкой летучестью с твердых труднодоступных поверхностей (например, щели в кафельном полу, углы между стеной и полом и т.п.) с использованием ультразвука. Ультразвуковые колебания создаются генератором на основе пьезоэлектрической керамики и передаются на тонкий титановый стержень (сонотрон), который воздействует на поверхность исследуемого объекта, стимулируя десорбцию целевого вещества с поверхности, которое потоком воздуха втягивается в прибор газового анализа. Устройство обеспечивает десорбцию целевого вещества с поверхности, но не обеспечивает предконцентрацию.A known method (patent US 8161797, publ. 24.04.2012) sampling hazardous chemicals (in particular explosive) with low volatility from hard to reach surfaces (for example, gaps in the tiled floor, the corners between the wall and the floor, etc.) using ultrasound. Ultrasonic vibrations are created by a generator based on piezoelectric ceramics and transmitted to a thin titanium rod (sonotron), which acts on the surface of the object under study, stimulating the desorption of the target substance from the surface, which is drawn into the gas analysis device by a stream of air. The device provides the desorption of the target substance from the surface, but does not provide pre-concentration.
Наиболее близким по техническому решению является десорбер для спектрометров ионной подвижности (патент RU 2305282, опубл. 05.08.2005), в который помещают бумажную салфетку или металлическую сетку с адсорбированными на ней следами целевого вещества (взрывчатка, наркотики и др.), предварительно собранными при протирании поверхностей подозрительных предметов, а затем нагревают с помощью электрической лампы для термической десорбции целевого вещества и переносят его ко входу в прибор обдувающим воздушным потоком. Эффективность способа, реализованного в этом устройстве, ограничена скоростью термостимулированной десорбции, определяемой скоростью нагрева салфетки.The closest in technical solution is a stripper for ion mobility spectrometers (patent RU 2305282, published 05.08.2005), in which a paper towel or metal mesh with traces of the target substance adsorbed on it (explosives, drugs, etc.) pre-assembled during wiping the surfaces of suspicious objects, and then heated with an electric lamp for thermal desorption of the target substance and transfer it to the device entrance by blowing air flow. The effectiveness of the method implemented in this device is limited by the rate of thermostimulated desorption, determined by the heating rate of the wipes.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технической задачей настоящего изобретения является повышение обнаружительной способности приборов газового анализа за счет предварительного концентрирования целевого вещества на каком-либо сорбенте с последующей активируемой одновременной эффективной пьезо- и термодесорбцией этого вещества и доставкой его в газовой пробе в прибор газового анализа.An object of the present invention is to increase the detection ability of gas analysis instruments by preconcentrating the target substance on some sorbent, followed by the simultaneous effective effective piezoelectric and thermal desorption of this substance and its delivery in a gas sample to a gas analysis apparatus.
Отличие предлагаемого изобретения от прототипа, представленного в патенте RU 2305282, заключается в том, что следы целевого вещества с малой летучестью собирают с исследуемой поверхности на какой-либо сорбент, например салфетку, и помещают салфетку в камеру на поверхность пьезоэлектрической пластины, которую используют для генерации ультразвуковых колебаний. В процессе генерации ультразвуковых колебаний происходит быстрый нагрев пьезокерамической пластины, обусловленный выделением тепла за счет механических и электрических потерь в ней. При этом нагрев салфетки, расположенной на поверхности пьзокерамической пластины, происходит существенно быстрее, чем при нагреве электрической лампой, как в прототипе. Одновременное воздействие на салфетку этих двух факторов вызывает повышенную десорбцию целевого вещества. Десорбированное целевое вещество потоком воздуха направляется в рабочую камеру прибора газового анализа, например, дрейф-спектрометра.The difference of the present invention from the prototype presented in patent RU 2305282 is that traces of the target substance with low volatility are collected from the test surface on some sorbent, such as a tissue, and a tissue is placed in the chamber on the surface of the piezoelectric plate, which is used to generate ultrasonic vibrations. In the process of generating ultrasonic vibrations, the piezoceramic plate is rapidly heated due to heat generation due to mechanical and electrical losses in it. In this case, the heating of the napkin located on the surface of the piezoceramic plate occurs much faster than when heated by an electric lamp, as in the prototype. The simultaneous effect on the napkin of these two factors causes increased desorption of the target substance. The desorbed target substance is directed by a stream of air into the working chamber of a gas analysis device, for example, a drift spectrometer.
Положительный эффект состоит в увеличении скорости десорбции целевого вещества с сорбента (салфетки) под воздействием совокупности двух факторов, ультразвука и быстрого нагрева, по сравнению с десорбцией, вызываемой только нагревом.The positive effect is to increase the desorption rate of the target substance from the sorbent (wipes) under the influence of a combination of two factors, ultrasound and rapid heating, compared with desorption caused only by heating.
Краткое описание чертежаBrief Description of the Drawing
Фиг. 1. Конструкция пьезодесорбера для приборов газового анализа: 1 - камера; 2 - крышка камеры; 3 - пьезокерамическая пластина; 4 - диэлектрическая обойма; 5 - стойка пьезоэлемента; 6 - диэлектрическая заглушка; 7 - крышка отсека генератора, возбуждающего колебания пьезокерамической пластины; 8 - корпус десорбера; 9 - накидная гайка; 10 - фланец; 11 - уплотнительная втулка; 12 - контактная стойка; 13 - контакты.FIG. 1. The design of the piezoelectric stripper for gas analysis instruments: 1 - chamber; 2 - camera cover; 3 - piezoceramic plate; 4 - dielectric clip; 5 - a rack of a piezoelectric element; 6 - dielectric plug; 7 - the cover of the compartment of the generator, exciting oscillations of the piezoceramic plate; 8 - stripper body; 9 - a union nut; 10 - flange; 11 - a sealing sleeve; 12 - contact rack; 13 - contacts.
Вариант осуществления изобретенияAn embodiment of the invention
Пьезодесорбер состоит из камеры 1 с крышкой 2. Внутри камеры 1 расположена пьезокерамическая пластина 3, припаянная к стойке 5, через которую осуществляется электрический контакт к нижней стороне пьезокерамической пластины. Контакт к верхней стороне пластины осуществляется с помощью гибкого проводника (не показан). Стойка пьезоэлемента 5 запрессована в диэлектрической обойме 4 и зафиксирована в ней с помощью диэлектрической заглушки 6. Весь пьезокерамический узел крепится к дну камеры 2 с помощью винтов (не показаны). Камера в сборе крепится к корпусу пьезодесорбера 8, внутри которого располагается плата генератора, возбуждающего колебания пьезокерамической пластины, закрываемая крышкой 7. К корпусу 8 крепится также узел фиксации пьезодесорбера на входной части газоанализатора. Этот узел состоит из фланца 10, накидной гайки 9 и уплотнительной втулки 11, исключающей разбавление пробы за счет подсоса воздуха снаружи газоанализатора. На корпусе 8 располагается диэлектрическая контактная стойка 12 с двумя блоками контактов 13.The piezoelectric stripper consists of a
Пьезодесорбер работает следующим образом. Целевые вещества с малой летучестью в следовых количествах собирают с исследуемой поверхности на сорбент. Сорбент помещают в камеру 1 на поверхность пьезокерамической пластины 3, используемой для генерации ультразвуковых колебаний. При генерации ультразвуковых колебаний происходит выделение тепла за счет механических и электрических потерь в ней, приводящего к нагреву пьзокерамической пластины 3 и расположенного на ней сорбента. Одновременное воздействие на сорбент совокупности ультразвуковых колебаний и высокой температуры вызывает повышенную десорбцию целевого вещества. Потоком воздуха, засасываемого через щель 14 в корпусе камеры 1, десорбированное целевое вещество направляется в рабочую камеру газового анализатора, например дрейф-спектрометра.Piezo desorber works as follows. Trace substances with low volatility in trace amounts are collected from the test surface on a sorbent. The sorbent is placed in the
Положительный эффект состоит в повышении скорости десорбции целевого вещества с сорбента под воздействием совокупности двух факторов, ультразвука и быстрого нагрева, по сравнению с десорбцией, вызываемой только нагревом.The positive effect is to increase the desorption rate of the target substance from the sorbent under the influence of a combination of two factors, ultrasound and rapid heating, compared with desorption caused only by heating.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104684A RU2620198C1 (en) | 2016-02-11 | 2016-02-11 | Piezo-desorber for gas analysis devices |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016104684A RU2620198C1 (en) | 2016-02-11 | 2016-02-11 | Piezo-desorber for gas analysis devices |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2620198C1 true RU2620198C1 (en) | 2017-05-23 |
Family
ID=58882509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016104684A RU2620198C1 (en) | 2016-02-11 | 2016-02-11 | Piezo-desorber for gas analysis devices |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2620198C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111855583A (en) * | 2020-07-17 | 2020-10-30 | 中国科学院电工研究所 | Photoacoustic spectrum detection device for detecting sulfur hexafluoride decomposed gas of electrical equipment |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2084882C1 (en) * | 1994-02-08 | 1997-07-20 | Государственное малое предприятие научно-производственный центр "Спурт" | Adsorption gas detector |
RU5031U1 (en) * | 1996-09-19 | 1997-09-16 | Закрытое акционерное общество "Экология и аналитика" | ODOR DETECTOR |
RU51220U1 (en) * | 2005-08-05 | 2006-01-27 | Закрытое Акционерное Общество "Сибел" | MOBILITY ION SEPARATION DESORBER FOR DETECTOR |
US8904850B1 (en) * | 2010-10-07 | 2014-12-09 | Sandia Corporation | Materials, methods and devices to detect and quantify water vapor concentrations in an atmosphere |
-
2016
- 2016-02-11 RU RU2016104684A patent/RU2620198C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2084882C1 (en) * | 1994-02-08 | 1997-07-20 | Государственное малое предприятие научно-производственный центр "Спурт" | Adsorption gas detector |
RU5031U1 (en) * | 1996-09-19 | 1997-09-16 | Закрытое акционерное общество "Экология и аналитика" | ODOR DETECTOR |
RU51220U1 (en) * | 2005-08-05 | 2006-01-27 | Закрытое Акционерное Общество "Сибел" | MOBILITY ION SEPARATION DESORBER FOR DETECTOR |
US8904850B1 (en) * | 2010-10-07 | 2014-12-09 | Sandia Corporation | Materials, methods and devices to detect and quantify water vapor concentrations in an atmosphere |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111855583A (en) * | 2020-07-17 | 2020-10-30 | 中国科学院电工研究所 | Photoacoustic spectrum detection device for detecting sulfur hexafluoride decomposed gas of electrical equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104237178B (en) | The method and apparatus of trace metal element in direct-current discharge vaporization auxiliary laser induced breakdown spectroscopy detection water body | |
US10067108B2 (en) | Device for detecting volatile organic compounds | |
JP5596402B2 (en) | Analysis device, ionization device, and analysis method | |
JP5764433B2 (en) | Mass spectrometer and mass spectrometry method | |
CN108417473B (en) | Concentric APCI surface ionization ion source and ion guide and methods of use thereof | |
WO2019201064A1 (en) | Ionization device, mass spectrometer, ion mobility spectrometer, and ionization method | |
RU2620198C1 (en) | Piezo-desorber for gas analysis devices | |
RU2663278C2 (en) | Method and portable ion mobility spectrometer for detection of aerosol | |
CN108760868B (en) | Device for providing a sample to a sample detector and system for detecting a sample | |
JP2015534059A (en) | Cleaning the corona discharge ion source | |
JP2020173192A (en) | Mass spectrometer, sampling probe, and analysis method | |
US10665446B2 (en) | Surface layer disruption and ionization utilizing an extreme ultraviolet radiation source | |
CN106645367A (en) | Online detector combining ultrasonic atomization and ion mobility spectrometry and application | |
US10629421B2 (en) | Ionization mass spectrometry method and mass spectrometry device using same | |
CN203367224U (en) | Normal pressure direct ionization mass spectrum device of concealed ion source | |
EP2492678A1 (en) | Sampling device for ion mobility spectrometer, method of using same and ion mobility spectrometer comprising sampling device | |
WO2008153199A1 (en) | Ionization analysis method and device | |
US20190318921A1 (en) | Method and system of atmospheric pressure megavolt electrostatic field ionization desorption (apme-fid) | |
Jingjing et al. | Development of an ion mobility spectrometer with a paper spray ionization source | |
WO2014045061A1 (en) | Contamination reduction apparatus | |
He et al. | Application of SAW gas chromatography in the early screening of lung cancer | |
WO2014069530A1 (en) | Element analysis device | |
RU2346354C1 (en) | Device for production and analysis of analyte ions | |
Samotaev et al. | System for synchronous detection trace of explosives and drags substances on human fingers | |
RU2398309C1 (en) | Drift tube structure for ion mobility spectrometre |