Пламенно-ионизационный детектор Советский патент 1984 года по МПК G01N31/08 

00

00 00

Изобретение относится к газовой хроматографии, в частности к детекр тирующим устройствам, применяемым для анализа сложных :оргаиических веществ, разделяемых хроматографическими колонками, : я модсет быть использовано в практике для решения аналитических задач.

Известен пламенно-ионизационный детектор для газовой хроматографии, содержащий корпус, выполненный из электропроводящего материала, измерительный электрод, служащий одно- временно штуцером для- ввода воздуха, потенциальный электрод, служащий одновременно гррелкой и штуцером для ввода газа-носителя и водорода, штуцер для ввода дополнительного потока воздуха и штуцер дл вьгоода продуктор горения.

Детектор имеет относительно низкую чувствительность при детектировании высококипящих органических веществ и сложен по конструкции. Кроме того, конструкция предуснатривает очень тщательную изоляцию корпуса от измерительного электрода, а учитывая, что требования к . сопротивлёншо изоляции достаточно г г лики (10 2 10 З Ом), обеспечить ее при температурах детектирования cBbmie 300°С достаточно сложно.

Известен пламенно-ионизационный детектор, представляющий небольшую камеру, в которой в миниатюрной стрелке сжигается водород, выходящий из хроматографинеской колонки. Над пламенем водорода расположе на термопара. При выходе из колонки углеводородов температура пламе ни увеличивается, пламя удл1шяется и охватывает термопару, изменяя ее

эдс СП .

Недостатками детектора являются низкая чувствительность и сложность обработки зарегистрированных частично разделенных пиков.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению и достигаемому эффекту является пламенноионизационный детектор для хроматографии, содержащий заземленный корпус, штуцеры для подвода питаю-, щего и анализируемого газа, горелку служащую .одновременно потенциальным электродом, датчик горения, измерительный цилиндрический электрод, установле1гныи над соплом горелки, и регистратор t2J .

Недостатками известного детектора являются;относительно низкая чувствительность детектирования за счет частичного сбора ионов элементом контроля горения пламени и сложность конструкции из-за необходимости установки в чувствительном объеме элемента контроля горения пламенн.

Цель изобретения - повьш1ение чувствительности и обеспечение возможностн регистрации не полностью разделенных пиков.

Цель достигается тем, что пламенно-ионизационный детектор для хроматографии, содержащий корпус, штуцеры для подвода питающего и аналиоируемого газов, горелку, служащую одновременно потенциальным электродом, датчики для контроля горения, измерительный цилиндрический элект- род, установленный над соплом горелки, и регистратор, измерительный электрод вьшолнен из пироэлектрического материала и служит датчиком контроля горения, причем на внутреню и наружную поверхности нанесены два дополнительньж электрода, один из которых соединен с заземленным корпусом детектора, а другой - с регистратором.

На фиг,J изображен один из примеров вьшолнения пламенно-ионизационного детектора; на фнг.2 - записи двух частично разделенных пиков: а- с помощью стандартного пламенноионизационного детектора; 5-с помощью пламенно-температурного детектора, где в качестве чувствительного элемента Используются пироэлектрические датчики; в-с помощью предлагг мого пламенно-ионизационного детектора.

Пламенно-ионизацнонньй детектор дли хроматографии содержит корпус 1, со штуцерами 2 к 16. для ввода питающего и анализируемого газов,в котором установлены измерительный цилиндрический электрод 3, выполненный из пироэлектрического материала, на внутренней и наружной поверхности которого нанесены электроды 4 и 5 сопло 7 из керамического электроизоляционного материала с расположенным на его конической части потенциальным электродом 8 и спираль 9 для поджига пламени. Электрод 5 соединен с регистратором 10. Пламенно-ионизационный детектор для хроматографии работает следующим образом. При подаче выбранных расходов газа-носителя, водорода и воздуха через штуцеры 2 и 6 с помощью спирали 9 зажигают водородное пламя. Как известно, в водородном пламени прак тически отсутствуют ионы, поэтому через цепь измерительного злектрода 3 протекает незначителый 1Й на- . чальный фоновый ток. После стабилизации температуры в чувствительном объеме датчика (Сигнал( пироэлектрика также близок к нулю, в связи с тем, что сигнал пироэлектрика пропорционален величине пирокоэффици ента (тг ) и скорости изменения температуры /.Й1 . При попадании в пламя сопла 7 анализируемых веществ (например органики) в нем за счет хеминизации образуются ионы, которы под воздействием поляризующего напр жения источника питания.создают ток в цепи злектрода 3, нанесенного на вну реннюю поверхностьпироэлектрического датчика. С другой стороны, при сгорании анализируемого вещества (например органики) в водородном пламени повышается его температура за счет теплотворной способности анализируемых веществ. Это обстоятельство приводит к тому, что на электроде 3 образуется дополнительный заряд р.- ДТ . Этот заряд образует дополнительный ток, увелич вая чувствительность пламенно-ионизационного детектора. Существует целый ряд веществ (на ример органические амины или гидразины ), которые образуют незначитель ное число ионов в водородном пламен имея при этом относительно большую теплотворную способность. Поэтому чувствительность предложенного пламенно-ионизационного детекторасущес венно вышек так км веществам по сравне нию с известным пламенно-ионизированн детектором. Существенная способность предлаг гаемого детектора заключается в том что в нем исключается необходимость установки элемента контроля горения пламени. Это вызвано тем, что в известном пламенно-ионизированном детекторе величина полезного сигнала может на много порядков (10 ) прев шать значение фонового тока (ток в отсутвии анализируемого вещества) и при работе на грубых шкалах (10, 10 А) изменение тока за счет гашения пламени не может быть обнаружено. К тому же введение в чувствительный объем детектора элемента контроля горения пламени существенно услолшяет его констрзгкцию и снижает чувствительность за счет утечки ионов анализируемого вещест ва на элемент контроля горения пламени. В предложенном детекторе гашение пламени вызывает скорость изменения температуры существенно большую чем полезный сигнал. Поэтому на всех пределах измерения полезных сигналов . можно всегда зарегистрировать гашение пламени, т.е. измерительный элект род выполняет функцию датчика для контроля горения пламени. Предложенный детектор позволяет раздельно регистрировать не полностью разделенные в колонке вещества Это реализуется следующим образом. Величину пирокоэффициента и поверхность пироэлектрика выбирают таким образом, чтобы сигнал за счет изме-нения ионизационного тока пламени был равен сигналу за счет изменения температуры пламени. В этом случае (фиг.2 в) запись не полностью разделенных пиков двух веществ- зарегистрирована раздельно, при этом полученная запись удобна для обработки, так как величина сигнала в 2 раза больше, чём у известного пламенноионизационного детектора, однозначно обозначена вершина и высота пика. На фиг.2 а изображена запись двух неразделенных веществ на пламенно-ионизационном детекторе за счет изменения ионизационного тока, а на фиг.2 б - за счет изменения температуры пламени, то при сложении этих сигналов получается запись, изображенная на фиг.2 в . Эффект раздельной регистрации двух не полностью разделенных пиков можно распространить и на большее количество не ПОЛНОСТЬЮ разделенных пиков. Предлагаемый пламенно-ионизационный детектор для хроматографии реализован в макете. Используется стандартный пламенно-ионизационный детектор хроматографа ЛХМ-8МД, модель №5. Цилиндрический измерительный электрод заменяют на пироэлектрический датчик пирокатарометра хро матографа Цвет-100, Такой пламенн ионизационный детектор испытывается в комплекте с хроматографом ЛХМ8МД, модель №5. Исследования проводят при щих условиях: масштаб электрометрического усилителя малых токов ШТ-05 510 А; расход, см /мин: газа-носителя (.aaoTj 20, водоро да 3, роздуха 300; объем дозы смеси эт лового спирта в азоте 0,125 смЗ , концентрация 2,6«JO- м/мл, колонка металлическая длиной 1 м, внутренний диаметр 3 мм; неподвижная фа за полиЭтиленгликоль 600, 15% на хр ма тоне; температура термостата колонок , испарителя 200с, Регистрация сигнала производится с помощью самописца КСП-4 со шкалой i мВ и временем пробега кареткой шкалы с. Проводится сравнительный анализ чувствительности серийного и предложенного пламенно-ионизационного 76 детектора. В результате обработки данных установлено, что чувствительность предложенного пламенно - ионизационного детектора в 5 раз вьопе серийного. Однако полученная цифра увеличения чувствительности не является предельной, так как использованный пнроэлектрнческий датчик обладает ннзким значением пирокоэффициента, а в процессе эксперимента не представляется возможность выбрать оптимальную конструкцию детектора и материал пирозлектрика. Внедрение предложенного детектора в практику хроматографического приборостроения позволит получить существенный путем повышения чувствительности детектирования, уп,рощения конструкции и раздельной регистрации не полностью разделенных пиков, позволяющих упростить трудоемкость обработки результатов анализа, и следовательно, повьшения производительности газового хроматографа. .

ПЛАМЕННО-ИОНИЗАЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР, содержавши заземленный корпус, штуцеры для подвода питающего и анализируемого газов, горелку, служащую одновременно потенциальным электродом, датчик для контроля горения, измерительный цилиндрический электрод, установленный над соплом горелки, и регистратор, о тличающийся тем, что, с целью повьппения чувствительности детектора, обеспечения регистрации не полностью разделенных пиков, измерительньсй электрод выполнен из пиро электрического материала и служит датчиком контроля горения, причем на внутренюю и наружную, поверхность нанесены два дополнительных электрода, один из которых соединен с заземленным корпусом детектора, а другой (О с регистратором.

. Колдуя

Фиг. 2