SU972395A1 - Способ анализа примесей в газах - Google Patents

Description

(5) СПОСОБ АНАЛИЗА ПРИМЕСЕЙ В ГАЗАХ

1

Изобретение относитс  к газовой .хроматографии, в частности к иониза;ционн6му анализу примесей в газах, и , может найти применение в аналитическом приборостроении, при разработке приборов газового анализа, газоанализаторов и газовых хроматографов.

Известен способ анализа малых концентраций газов и паров, заключающийс  в ионизации анализируемого газа с помощью радиоактивного источника излучени  и измерени  ионизационного tOKa.

В качестве газа-носител  используютс  благородные газы Г1 .

Недостатки указанного способа - отсутствие селективности к веществам, обладающим положительным сродством к электрону, и невозможность анализа веществ , потенциал ионизации которых выше энергии возбуждени  инертного газа-носител .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ анализа примесей в

газах, заключающийс  в ионизации газа с помощью радиоактивного источника и измерени  величины ионизационного тока при наложении электрического пол  в присутствии благородного газа. Известный способ детектировани  предусматривает пространственное разделение зон возбуждени  метастабильных атомов благородного газа, например аргона , и ионизацию анализируемого газа

10 этими атомами. Это разделение осуществлено таким образом,ЧТО анализируемое вещество не проходит через зону, где происходит возбуждение инертного газа 2 J.

IS

Claims (2)

1. Недостатками известного способа  вл ютс  низка  чувствительность, обусловленна  малой концентрацией метастабильных атомов в зоне ионизации анализируемого вещества,-.и отсутствие селективности по отношению к электроноакцепторным веществам, обусловленное тем, что эффективность ионизации практически одинакова дли всех веществ. 337 потенциал иониза14ии которых ниже энер ( гии метастабильного состо ни  благородного газа. Цель изобретени  - повышение чувст вительности и селективности к электрноакцепторным примес м. Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу анализа примесей в газах, заключающемс  в ионизации газа с помощью радиоактивного источника измерений ,величины ионизационного, тока при наложении электрического пол  в присутствии благородного газа, благородный газ смешивают с анализируемым газом до осуществлени  операции ионизации анализируемого газа, иониза цию осуществл ют в отсутствии внешнего электрического пол , а скорость газового потока в зоне ионизации выбирают из услови  V --М1 o-ieoT- ; где и. - подвижность отрицательного иона анализируемого газа, № . i Со-константа, равна  8,840 эффективный радиус зоны иониг зации , -М; q - зар д, образующийс  в зоне ионизации. К, f - длина-зоны ионизации. На фиг. 1 представлена схема одного из возможных вариантов детектора дл  осуществлени  предлагаемого способа; на фиг. 2 - хроматограмма ана- 3 лиза примеси кислорода в чистом азотеI .Детектор дл  осуществлени  способа .содержит корпус 1 со штуцерами 2 и 3 дл  входа газа-носител  и анализируемого газа и дл  ввода газа-поддува соответственно трубчатый изо;1 тор 4, по внутренней поверхности которого расположен радиоактивный источник 5 ионизации , выполненный в виде фольги (например , тритиево-титановой), контакти рующий с соплом 6,  вл ющимс  одновременно потенциальным электродом, соединенным с источником 7 питани  и изолированным от корпуса 1 Q помощью трубчатого изол тора 4,. Дл  обеспечени  подачи напр жени  на сопло 6, расположенное внутри корпуса 1, применен изол тор 8. В верхней части корпуса 1 с помощью изол тора 9 установлен измерйтельный электрод 10, соединенный суси5 лителем 11. Трубчатый изол тор k, paдиоактивный;источник 5 и сопло 6 образуют зону I ионмзации, а простран4 ство между измерительным электродом 9 и соплом 6 - зона II регистрации. Детектор работает следующим образом . Газ-носитель, в качестве которого используют гелий, поступает через штуцер 2 в зону ионизации с оптимальной скоростью V, газ-поддув, в качестве которого также используют гелий,,со скоростью 4iтогда поступает через штуцер 3. Скорость газового потока Vo определ ют согласно вышеуказанному уравнению . Газ-носитель в трубчатом изол торе 4 в отсутствии электрического пол  под действием радиоактивного источника образует положительные ионы и электроны. Так как скорость этих зар дов вдоль газового потока за счет сил внутреннего трени  мала, а дл  электронов близка к нулю, то они успевают рекомбинировать, не попада  в зону II регистрации, таким образом ток измерительного электрода близок к нулю. При вводе с газом-носителем анализируемого газа в зону I ионизации вещества , обладающие положительным сродством к электрону, захватывают своЬ.т.ные электроны. В отсутствии электрического пол  веро тность такого процесса максимальна. Образованные отрицательные ионы анализируемого вещества при соответствующем выборе расхода газа-носител  за счет сил внутреннего трени  вынос тс  в зону It регистрации , где собираютс  электрическим полем . В зависимости от величины напр женности пол  в зоне II регистрации дётектор работает в двух режимах: полного сбора ионов, вынесенных в эту зону (напр женность пол  50-500 В/см) и газового усилени  (напр женность пол  1000-2100 В/см). В режиме полного сбора ионов напр женность пол  достаточна дл  того, чтобы без потерь собрать на измерительном электроде 9 все ионы, вынесенные в зону I I. регистрации. На измерительном электроде 9 по вл етс  TOKi поступающий на вход усилител  11. Величина тока пропорциональна концентрации анализируемого вещества. В режиме газового усилени  (напр женность пол  достаточна дл  вторичной ионизации) электроны, вынесенные в зону М регистрации, лавинообразно ионизируют газ-носитель, размножа  число зар дов в этой зоне. Величина тока (сигнала) в этом случае более чей в 100 раз превышает соответствую щую величину тока, возникающего при работе детектора в режиме полного сб ра ионов, однако пропорциональность сигнала концентрации анализируемого газа незначительна (в основном зави симость величины сигнала от концентрации носит нелинейный характер). Детектор испытываетс  в комплекте с серийным хроматографом ЛХМ-7А. Напр женность пол  в зоне I регистрации создают с помощью источника пита ни  БН ВЗ-09 и стабилизатора напр же ни  посто нного тока П 136. Величину ионизационного тока измер ют с помощью измерител  малых токов ИМТ-0,5 и регистрируют на самописце КСП- со шкалой 1 мВ. В качестве газа-носител  и газа-поддува используют гелий особой чистоты (ТУ ). Хрома тографическую колонку длиной 2 м и внутренним диаметром 3 мм заполн ют молекул рными ситами NaX зернением 0 ,25-0,5 мм. Прим е ip 1.( режим полного сбор ионов). Анализу подвергают воздух (кислород воздуха). Расход, см /мин; газа-носител  100 газа-поддува 50 Объем дозы вводимого воздуха, см Напр жение питани  детектора, В Напр женность пол  в зоне регистрации. В/см 170 Полученное пороговое значение чувствительности по кислороду 10 об. % . П р и м е р 2 (режим полного сбора ионов). Анализу подвергают смесь кислорода и азота (примесь кислорода 0,1 об. в азоте). Расход, смVмин: газа-носител  газа-поддува Объем дозы вводимого азота, см Напр жение питани  детектора, В50 Напр женность пол  в зоне регистрации В/см170 Шкала усилител  ИМТ-0.5, А100-10 1,6-10 50 Хроматограмма ахализэ примера 2 (фиг. 2) xapaKTepH3yet селективность предлагаемого способа. Чувствительность к кислороду в 100 раз превышает чувствительность к азоту. Таким образом, предлагаемый способ :по сравнению с известным за счет повы шени  чувствительности и селективности к электроноакцепторнь м примес м позвол ет раздельно анализировать примеси аргона, кислорода, например в гелии , более объективно оценивать качество газов. Предлагаемый способ анализа обес.печивает пр мое определение микроконцентраций кислорода в газах, в частности в гелии, и дает экономический эффект за счет исключени  необходимости использовани  дорогосто щей накопительной аппаратуры, так как способ обеспечивает пр мое определение указанных примесей. Большинство известных хроматографических приборов не позвол ют раздельно анализировать примеси аргона и кислорода, например в гелии. Применение предлагаемого способа позволит решить эту сложнейшую аналитическую .задачу, более объективно оценивать качество газов, например гели , и улучшить его сортность. Формула изобретени  Способ анализа примесей в газах, заключающийс  в ионизации газа с помощью радиоактивного источника, измерений величины ионизационного тока при наложении электрического пол  в присутствии благородного газа, отличающийс  тем, что, с цепью) повышени  чувствительности и селективности к электроноакцепторным примес м , например к кислороду, благородный газ смешивают с анализируемым до осуществлени  операции ионизации анализируемого газа, ионизацию осуществл ют в отсутствии внешнего электрического пол , а скорость газо вого потока в зоне ионизации выбирают из услови  V 0- Igor где /. - подвижность отрицательного иона анализируемого газа, Vs. с; €о- константа, равна  8,8-10 К/Нм ;г - эффективный радиус зоны ионизации , М; q - зар д, образующийс  в зоне ионизации, К; Е - длина зоны ионизации. Источники информации. прин тые во внимание при экспертизе 5 1.Патент Великобритании № 882977, кл. G 1 В, 1965.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 16036J, кл. G 01 N 31/08, 1962 (прототип ).

   /&Э поддув