Ионизационный детектор для газовой хроматографии Советский патент 1983 года по МПК G01N31/08 G01N27/62 

(5+) ИОНИЗАЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИЯ

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к ионизационному анализу газов и паров и может применяться в аналитическом приборостроении при .разработке газового анализа, га зоанализаторов и газовых хроматографов. Известно устройство для детектирования электроотрицательных соеди- -r, нении в газовой хроматографии| 1, содержащее детектор с заземленным поте циальным электродом, измерительным электродом и источником ионизации. Детектор подключен к стабилизированному источнику тока, представляющего собой стабилизатор постоянного тока с балластным сопротивлением 5 значительно превышающим сопротивлени детектора. Устройство представляет собой разновидность детектора захвата электронов, в котором расширен диапазон измеряемых конц-ентраций веществ за cue т поддержания постоянной величины тока , пропускаемого через детектор, и измерения падения напряжения на электродах детектора. Недостатком данного устройства является сложность конструкции, вызванная наличием источника стабилизированного напряжения, причем коэффициент стабилизации должен быть не менее. 1000, а также высокоомного сопротивления, тепловые шумы которого и дрейф ограничивают предельное измеряемое значение полезного сигнала. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому детектору является ионизационный детектор для газовой хроматографии, содержащий корпус,включающий потенциальный электрод, выполненный в виде штуцера для подачи анализируемого газа, в котором помещены источник ионизации и измерительный электрод, установленный в корпусе напротив потенциального электрода С 2J. Недостатками данного устройства яв ляются : конструктивная сложность за счет необходимости использования высоковольтного источника питания; недостаточная селективность анализа к кислороду в связи с тем, что ион вынесенные в измерительный промежуток независимо от их подвижности, собираются измерительным электродом и образуют полезный сигнал; наличие мертвых объемов в датчике, что вызвано необходимостью уве личения внутреннего диаметра корпуса до размеров, при которых исключается потеря полезного сигнала, т.к. потенциал корпуса детектора и измерительного электрода примерно одинаковы. Потенциал корпуса выше потенциала измерительного электрода на величину падения напряжения на измерительном сопротивлении измерителя тока детектора, поэтому при одинаковых расстояниях между потенциальным электродом и корпусом, потенциальным и измерительным электродами, вероятность сбора ионов на корпусе больше, чем на измерительном электроде. Этим и вызвана необходимость в увеличении геометрических размеров корпуса. Целью изобретения является повышение селективности детектирования вещества и упрощение конструкции. Эта цель достигается тем, что пред ложен ионизационный детектор для ra3o вой хроматографии, содержащий корпус, включающий потенциальный электрод, выполненный в виде штуцера для подачи анализируемого газа, внутри которого размещен источник ионизации измерительный электрод, установленный в корпусе напротив потенциального электрода,, в котором согласно изобре тению штуцер выполнен из токопроводящего материала и электрически соединен корпусом детектора, который заземлен. На фиг, 1 изображен предлагаемый детектор в разрезе; на фиг. 2 - пред почтительный вариант выполнения детектора. Детектор содержит заземленный корпус 1 потенциальный электрод 2, являющийся одновременно штуцером для ввода анализируемого газа, к которому подсоединен дополнительный ввод газаносителя 3, измерительный электрод В штуцере установлен радиоактивный и точник 5, представляющий собой тритий-титановую фольгу. Измерительный электрод k закреплен на проходном изоляторе 6, а штуцер 7 служит для выхода анализируемого газа. Потенциальный 2 и измерительный Ц электроды образуют измерительный промежуток ( зону регистрации, зона ионизации ограничена активной поверхностью радиоактивного источника излучения 5. Детектор работает следующим образом. В соответствии с выбранной методикой хроматографического разделения газ-носитель с определенным расходом (например 20-80 мл/мин ) подают в штуцер 2, поток газа-носителя через дополнительный ввод 3 выбирают такой величины (например, 70-130 мл/мин/), чтобы суммарный поток газа в зоне ионизации создавал линейную скорость газа, достаточную для выноса ионов анализируемого газа в измерительный промежуток. Практически изменяя величину дополнительного потока газа-носителя, добиваются наибольшей чувствительности при дозировании постоянного объема анализируемого вещества. Под воздействием радиоактивного источника 5 в зоне ионизации образуются положительные ионы газа-носителя и свободные электроны. Составляющая скорости электронов в направлении зоны регистрации практически равна нулю, а величина скорости положитель ных ионов также незначительна. Начальный ток измерительного электрода 4 близок к нулю (ток отличен от нуля из-за наличия неконтролируемых примесей электроноакцепторных веществ в газе-носителе). Если в газе имеются вещества, обладающие положительным средством к электрону (например, хлорсодержащие органические соединения), то они в зоне ионизации захватывают свободные электроны, образуя отрицательные ионы. Составляющая скорости этих ионов в направлении зоны регистрации значительно больше, чем у электронов и они выносятся в измерительный промежуток, не реком(5инируя с положительными ионами. В измерительном промежутке они индуцируют заряд на измерительном электроде t. Полнота сбора ионов на измерительном электроде k обеспечивается за счет того, что потенциальный электрод 2 и корпус 1 соединены между собой (естественно их потенциалы одинаковы) . Индуцированный потенциал измерительного электрода противоположный заряду движущегося иона. Это обстоятельство позволяет выбирать расстояние между корпусом 1, штуцером 2 и измерительным электродом сколь угодно малым, без боязни потери ионо анализируемого вещества на корпусе 1 детектора. Поэтому представляется во ножным выполнить конструкцию детекто ра без мертвых объемов. Ток измерительного электрода k пропорционален количеству вынесенных ионов в зону регистрации и, соответс венно, концентрации анализируемого вещества в элюате. Ре комбинировавшие на измерительном электроде ионы через штуцер 7 выносятся потоком газа из объема детектора. Корпус 1 может быть выполнен из трех последовательно соединенных час тей А, Б, В (фиг. 2). Первая часть Л служит для смешения газа, выходящего из хроматографической колонки и дополнительного потока газа-носителя, другая часть Б образует зону ионизации и часть В образует зону регистра ции. В этом варианте выполнения детектора корпус 1 выполнен как продолжение штуцера 2 и имеет те же геометрические размеры. Выход анализируемого газа осуществляется через трубку 7 в проходном изоляторе 6, которая одновременно служит электрическим выводом измерительного электрода 5. Такая конструкция детектора позволит реализовать практически идеальную газовую динамику детектора, исключая прямое и обратное перемешивание газа. Это, в свою очередь, позволяет использовать детектор для детектирования газа, выходящего из набивной, капиллярной и микронабивной колонок. Описанный детектор был изготовлен и испытан в комплекте с хроматографом ЛХМ-7А. В качестве источника иони зации использовался радиоактивный три тий, сорбированный на титановой фольге. Внутренний диаметр зоны ионизации составил 3 мм, ее протяженность 30 мм. Величина тока измерительного электрода определялась с помощью из мерителя малых токов ИМТ-05 и регистрировалась на самописце КСП- со шкалой 1 MB. В качестве газа-носителя и дополнительного потока газа-носителя использовался гелий. Хроматографическая колонка длиной 2 м и внутренним диаметром 3 мм бала заполнена молекулярными ситами NaX, зернением 0,25 5 мм. Ниже приводятся конкретные примеры работы детектора. П р и м е р 1 . Анализу подвергался воздух (кислород воздуха). Расход газа-носителя 50 мл/мин, расход дополнительного потока газа-носителя 100 мл/мин, объем дозы 1,5-10 мл. После обработки результатов анализа получено пороговое значение чувствительности по кислороду - 310 о(5.. Пример 2. Анализу подвергался технический азот (примесь кислорода 0,1 об.% в азоте). Расход газа-носителя 80 мл/мин, расход дополнительного потока газа-носителя 70 мл/мин, объем дозы 1 . После обработки результатов анализа получено пороговое значение чувствительности по кислороду 3,710 об.%, . причем чувствительность их к кислороду в раз выше, чем к азоту. Необходимо отметить, что полученные значения порога чувствительности детектора не указывают на его предельные возможности. В связи с отсутствием начального тока детектора (он практически равен нулю), представляется возможным использовать усилители с большим коэффициентом усиления. Так на самой чувствительной шкале усилителя ИМТ-05(2 ), шумы (флуктуации начального тока) не были обнаружены (порог чувствительности по току 2 10 А). Расчетное значение флуктуации начального тока не превышает . Предложенный детектор обеспечивает прямое определение микроконцентраций кислорода в газах, в частности в гелии, и дает экономический эффект, который складывается за счет следующего:исключается необходимость в использовании дорогостоящего высоковольтно- . го стабильного источника постоянного тока для питания детектора; исключается необходимость введения изоляции между штуцером и корпусом, что повышает технологичность изготовления и снижает себестоимость детектора; расширяется область применения детектора в комплекте с набивной, микронабивной и капиллярной колонок; исключается необходимость в испол зовании дорогостоящей накопительной аппаратуры, т.к. детектор обеспечивает прямое определение микропримесей в газах. В силу своей простоты и малых габаритов, простоты обвязки предложенный детектор может быть использован в качестве чувствительного элемента переносного прибора для санитарного контроля примесей пестицидов в окружающей среде. Формула изобретения Ионизационный детектор для газовой хроматографии, содержащий корпус включающий потенциальный электрод, выполненный в виде штуцера для поf y u/tumf,mi

fuj.l дачи анализируемого газа, в котором помещен источник ионизации, измерительный электрод, установленный в корпусе напротив потенциального элект рода, отличающийся тем, что, с целью повышения селективности детектирования вещества и упрощения конструкции, штуцер выполнен из токопроводящего материала и электрически соединен с корпусом, который заземлен. Источники информации, принятые во внимание прм экспертизе 1 , Авторское свидетельство СССР № 317971, кл. G 01 N 3/08, 1970. 2. Авторское свидетельство СССР № 505956, кл. G 01 N 27/62, 1976 (прототип).

II

ui.2