ИОНИЗАЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР Российский патент 2002 года по МПК G01N27/62 G01N30/70 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может найти применение в конструкции электронозахватного детектора, используемого преимущественно в газовой хроматографии для контроля содержания галогеносодержащих соединений в воздухе на уровне предельно допустимых концентраций (ПДК).

Известен ионизационный детектор, содержащий две камеры, разделенных проницаемой для газа перегородкой (сеткой), в одной из которых установлен нерадиоактивный источник электронов (термоэмиттер), а в другой камере установлены коллекторный и поляризующий электроды, и она снабжена патрубками для подвода и вывода анализируемого газа. Электроны из первой камеры переносятся во вторую с помощью дополнительного потока инертного газа (см. заявку ЕР 0015495 А1 G 01 N 27/61).

Недостатком известного детектора является то, что в нем не исключается контакт молекул анализируемого газа с поверхностью термоэмиттера. Это приводит к повышению уровня фонового тока, увеличивает нестабильность измерений и порождает ошибки в определении концентраций анализируемых веществ.

Наиболее близким к предлагаемому детектору является ионизационный детектор, содержащий две камеры, одна из которых вакуумирована, и в ней установлен нерадиоактивный источник электронов, соединенный с источником напряжения, а во второй камере установлены коллекторный и поляризующий электроды, и она снабжена патрубками для подвода и вывода газа, и окно, прозрачное для ионизирующего излучения (см. патент РФ 2141657 С1, G 01 N 30/70, 1999). Окном, прозрачным для ионизирующего излучения, в известном детекторе служит не проницаемая для газа перегородка, разделяющая камеры детектора.

Известный детектор по своим функциональным возможностям удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к ионизационным детекторам с нерадиоактивным источником ионизации. Однако он недостаточно технологичен в изготовлении, что повышает затраты, связанные с его производством.

Задача изобретения состояла в повышении технологичности изготовления детектора за счет упрощения сборки элементов детектора при обеспечении надежной их герметизации.

Указанная задача решается тем, что предложен ионизационный детектор, содержащий две камеры, одна из которых вакуумирована, и в ней установлен нерадиоактивный источник электронов, соединенный с источником высокого напряжения, а во второй камере установлены коллекторный и поляризующий электроды, и она снабжена патрубками для подвода и вывода анализируемого газа, и окно, прозрачное для ионизирующего излучения, в котором согласно изобретению камеры выполнены в виде отдельных герметичных камер, каждая из которых имеет окно, причем окно первой камеры служит для вывода ионизирующего излучения, а окно второй камеры служит для ввода ионизирующего излучения, и камеры размещены так, что окно для вывода излучения первой камеры установлено напротив окна для ввода излучения второй камеры, и они совместно образуют окно, прозрачное для ионизирующего излучения с энергией 1-100 кэВ.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения окно для вывода излучения из первой камеры и окно для ввода излучения во вторую камеру выполнены из слюды, и их суммарная толщина выбрана в пределах от 3 до 1000 мкм.

При этом между окнами первой и второй камер допускается наличие воздушного зазора, толщина которого не должна превышать 100 мм.

Еще одним отличием предлагаемого детектора является то, что окно для вывода излучения из первой камеры с наружной стороны покрыто слоем алюминия, толщина которого не превышает 100 мкм.

В другом варианте осуществления изобретения окно для вывода излучения из первой камеры и окно для вода излучения во вторую камеру выполнены из бериллия, и их суммарная толщина выбрана в интервале от 10 до 1000 мкм.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен предлагаемый детектор перед окончательной сборкой.

На фиг.2 изображен фрагмент детектора с расположенными друг против друга окнами камер.

Детектор содержит две камеры 1 и 2, выполненные в виде отдельных герметичных камер. Камера 1 имеет стеклянный цилиндрический корпус 3, в торцевой стенке 4 которого выполнено центральное отверстие 5, герметично перекрытое круглой пластиной 6, выполненной из материала прозрачного для ионизирующего излучения (потока электронов), выводимого из камеры 1 в направлении к камере 2. В качестве материала пластины 6 могут быть использованы слюда или бериллий. Пластина 6 служит в качестве окна для вывода ионизирующего излучения из камеры 1. С наружной стороны камеры 1 пластина 6 и стенка 4 покрыты тонким слоем 7 (~ 0,1 мкм) металла, например алюминия, в том случае, если пластина выполнена из диэлектрика. Камера 1 вакуумирована, и в ней установлен нерадиоактивный источник 8 электронов, выполненный, например, в виде термоэмиттера (спирали нагрева), включенного в цепь источника 10 напряжения накала и соединенного с источником 9 ускоряющего напряжения. В камере 1 между источником 8 электронов и окном 6 для вывода ионизирующего напряжения установлен электрод - модулятор 11 излучения, соединенный с источником 9 ускоряющего напряжения через дополнительный источник 12 постоянного напряжения. Камера 2 имеет цилиндрический корпус 13, выполненный из электроизоляционного материала, например из керамики. Торцевая стенка 14 камеры 2 имеет центральное отверстие 15, герметично перекрытое круглой пластиной 16, выполненной из материала, прозрачного для ионизирующего излучения, например из слюды или бериллия. Пластина 16 служит окном для ввода ионизирующего излучения в камеру 2. Камера 2 имеет коллекторный электрод 17 и поляризующий электрод 18. Коллекторный электрод 17 выполнен в виде металлического кольца, размещенного на внутренней поверхности корпуса 13 камеры 2, и соединен с электрометрическим усилителем 19. Поляризующий электрод 18 выполнен в виде металлического цилиндра, герметично соединенного с торцом цилиндрического корпуса 13 камеры 2, и соединен с источником 20 поляризующего напряжения. Камера 2 снабжена патрубками 21 и 22, предназначенными для подвода и вывода анализируемого газа, например, из хроматографической колонки газового хроматографа (не показаны).

Камеры 1 и 2 изготавливаются и герметизируются отдельно и при сборке детектора в единую конструкцию прижимаются своими окнами 6 и 16 так, что эти окна образуют единое окно, прозрачное для ионизирующего излучения с энергией в диапазоне 1-100 кэВ. Прижатие камер 1 и 2 друг к другу осуществляется крепежными винтами (на фиг.1 не показаны). При этом между окнами 6 и 16 может образоваться воздушный зазор 23 (фиг.2) вследствие втягивания окна 6 в сторону вакуумированной камеры 1. Такой зазор может быть необходим в силу технологических требований. В любом случае его толщина не должна превышать 100 мм. Суммарная толщина окон 6 и 16 выбирается в пределах от 3 до 1000 мкм. Цилиндрический корпус 3 камеры 1 соединен с торцевой его стенкой 4 с помощью вакуумного соединения 24, например, из стеклоэмали.

Керамический цилиндрический корпус 13 камеры 2 соединен с торцевой его стенкой 14 с помощью высокотемпературного соединения 25.

Предлагаемый детектор работает следующим образом. Испускаемые поверхностью источника 8 электронов (термоэмиттера) электроны (нагрев обеспечивается источником 10 напряжения накала) ускоряются в электрическом поле между фокусирующим электродом 11 и источником 8 электронов, которое создается источником 9 ускоряющего напряжения и дополнительным источником 12 постоянного напряжения, до значений энергий от 1 до 100 кэВ. При этой энергии, в зависимости от суммарной толщины окон 6 и 16, большая или меньшая часть электронов проходит через окна 6 и 16 во внутренний объем камеры 2, где осуществляется ионизация молекул анализируемого газа, вводимого в камеру по патрубку 21. Столкновения электронов с атомами, из которых состоит материал окон 6 и 16, порождают в материале окон тормозное рентгеновское излучение, проникающее через окна 6 и 16 во внутренний объем камеры 2 и приводящее к дополнительной ионизации молекул анализируемого газа. Таким образом, ионизация молекул анализируемого газа в объеме камеры 2, примыкающем к окну 16, осуществляется как за счет потока электронов, имеющих достаточную энергию для проникновения через окна 6 и 16 в камеру 2, так и за счет тормозного рентгеновского излучения, возникающего в материале окон 6 и 16 в процессе замедления электронов. В объеме камеры 2, прилегающем к окну 16 и охватываемом кольцевым коллекторным электродом 17, происходят процессы ионизации молекул анализируемого газа и "прилипания" к ним электронов. В результате этого в цепи коллекторного электрода 17 протекает ток, измеряемый электрометрическим усилителем 19, который изменяется в зависимости от концентрации анализируемых веществ.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может найти применение в конструкции электронозахватного детектора. Детектор содержит две камеры, одна из которых вакуумирована и в ней установлен нерадиоактивный источник электронов, соединенный с источником напряжения. Во второй камере установлены коллекторный и поляризующий электроды, и она снабжена патрубками для подвода и вывода анализируемого газа. Камеры выполнены в виде отдельных герметизированных камер, каждая из которых имеет окно, прозрачное для ионизирующего излучения. Камеры установлены друг напротив друга так, что выходное окно первой камеры установлено напротив входного окна второй камеры и они совместно образуют окно, прозрачное для ионизирующего излучения с энергией 1-100 кэВ. Между окнами может существовать воздушный зазор. Технический результат: повышение технологичности изготовления детектора за счет упрощения сборки элементов детектора при обеспечении надежной их герметизации. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ионизационный детектор, содержащий две камеры, одна из которых вакуумирована и в ней установлен нерадиоактивный источник электронов, соединенный с источником напряжения, а во второй камере установлены коллекторный и поляризующий электроды и она снабжена патрубками для подвода и вывода анализируемого газа, окно, прозрачное для ионизирующего излучения, отличающийся тем, что камеры выполнены в виде отдельных герметичных камер, каждая из которых имеет окно, причем окно первой камеры служит для вывода ионизирующего излучения, а окно второй камеры служит для ввода ионизирующего излучения и камеры размещены так, что окно для вывода излучения первой камеры установлено напротив окна для ввода излучения второй камеры, и они совместно образуют окно, прозрачное для ионизирующего излучения с энергией 1-100 кэВ. 2. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что окно для вывода излучения из первой камеры и окно для ввода излучения во вторую камеру выполнены из слюды и их суммарная толщина выбрана в пределах 3 - 1000 мкм. 3. Детектор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что между окнами первой и второй камер имеется воздушный зазор, толщина которого не превышает 100 мм. 4. Детектор по п. 1 или 2, или 3, отличающийся тем, что окно для вывода излучения из первой камеры с наружной стороны покрыто слоем алюминия, толщина которого не превышает 100 мкм. 5. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что окно для вывода излучения из первой камеры и окно для ввода излучения во вторую камеру выполнены из бериллия и их суммарная толщина выбрана в интервале 10 - 1000 мкм.