УФ-ЛАМПА ДЛЯ ФОТОИОНИЗАЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА Российский патент 1999 года по МПК H01J61/40 H01J61/56 

Изобретение относится к источникам вакуумного УФ-излучения, которые применяются в газоанализаторах, основанных на использовании УФ-излучения для ионизации молекул анализируемых веществ.

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.).

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.

Задача изобретения состоит в том, чтобы уменьшить загрязнение лампы.

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.

Отличием предлагаемой лампы является также то, что часть электрода, нанесенного в виде слоя металла на внутреннюю поверхность окна, расположена с внешней стороны колбы.

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.

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.

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.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен вариант выполнения предлагаемой УФ-лампы со слоями металлических электродов, перекрывающими всю площадь поверхности окна лампы.

На фиг. 2 изображен вариант выполнения лампы со слоями металлических электродов, имеющими отверстия для пропускания УФ-излучения.

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.

При использовании для возбуждения излучения разряда высокой частоты лампа помещена в индуктор высокочастотного генератора.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к источникам вакуумного УФ-излучения и может найти применение в газоанализаторах, основанных на фотоионизации веществ. Изобретение позволяет уменьшить загрязнение окон Уф-ламп. УФ-лампа для фотоионизационного детектора содержит 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. Окно снабжено электродами для формирования защитного электрического поля, выполненными в виде слоев металла, нанесенных на внутреннюю и внешнюю поверхности окна лампы, и источником постоянного напряжения. Электрод, нанесенный на внешнюю поверхность окна, соединен с отрицательным полюсом напряжения, а электрод, нанесенный на внутреннюю поверхность окна лампы, соединен с положительным полюсом источника напряжения. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. УФ-лампа для фотоионизационного детектора, содержащая герметичную колбу, выполненную из твердого материала не проницаемого для УФ-излучения и заполненную смесью инертных газов и/или водородом, приспособления для формирования электрического разряда внутри колбы лампы и окно для выхода УФ-излучения, герметично соединенное со стенками колбы, отличающаяся тем, что она снабжена электродами, 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, а электрод, нанесенный на внутреннюю поверхность окна, соединен с положительным полюсом источника напряжения. 2. УФ-лампа по п.1, отличающаяся тем, что часть электрода, нанесенного в виде слоя металла на внутреннюю поверхность окна, расположена с внешней стороны колбы. 3. УФ-лампа по п.1 или 2, отличающаяся тем, что электроды, нанесенные на внутреннюю и внешнюю поверхности окна, выполнены в виде слоев металла, толщина которых не превышает 200 А, перекрывают всю площадь поверхности окна. 4. УФ-лампа по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в слоях металла электродов, нанесенных на внутреннюю и внешнюю поверхности окна, выполнены отверстия, размещенные по обе стороны окна и имеющие общую ось, перпендикулярную поверхности окна.