Способ ионизационного детектирования примесей в газах Советский патент 1985 года по МПК G01N27/06 G01N30/70 

хроматографии, в частности к иониза ционному анализу, и может найти применение в приборостроении при ра работке газохроматографической аппа ратуры, предназначенной для анализа широкого круга примесей, присутству ющих в таких газах как гелий, неон, водород и др. Целью изобретения является повышение чу1 ствительности детектирования. На фиг. 1 представлена схема одного из предпочтительных вариантов детектора для осуществления предлагаемого способа} на фиг. 2 - хроматограмма анализа смеси водорода, .аргона, кислорода и азота на фиг.З хроматограмма определения примесей неона, водорода, аргона, кислорода и азота в гелии в .потоке. Детектор для осуществления спосо ба содержит, цилиндрический корпус 1 со .штуцером 2 для ввода газа-носителя и анализируемого газа, штуцером 3 дпя ввода дополнительного потока газа, потенциал ионизации кото рого ниже энергии метастабильного состояния инертного газа-носителя (например, метана, воздуха-), и штуцером 4 для вывода газа из детектора. Внутри корпуса 1 ,-коаксиально к нему, расположены потенциальный 5 и измерительньй 6 электроды. На .вну ренней цилиндрической поверхности потенциального злектрода 5 установлен источник излучения, например, в вроде фольги радиоактивного источника ионизации 7. Потенциальный злектрод 5 соединен с источником пи тания 8, а измерительньй электрод 6 с измерителем 9 малых токов. Потенциальньй 5 и измерительньй 6 злектр ды изолированы от корпуса 1 с помощ изоляторов 10 и 11 соответственно. Для обеспечения подачи напряжения ,на потенциальньй злектрод 5 примене изолятор 12, Потенциальньй электрод 5 и радио активньй источник ионизации 7 образуют зону возбуждения, а пространст во между потенциальным 5 измеритель ньи 6 электродами - -зону измерения тока ионизации. Детектор работает следующим образом. Газ-носитель, в качь. --з которог Используют гелий, поступает через дения, в которой происходит ионизация и возбуждение атомрв газа-носителя радиоактивным источником 7 мягкого излучения (тритием). Образуются метастабильные атомы гелия, положительные ионы и свободные электроны, причем коэффициенты диффузии носите- лей зарядов, а, следовательно, и их подвижность отличаются на несколько порядков ( 10 раз)„ Газноситель выносит в зону регистрации образованные метастабильные атома гелия, и не успевшие рекомбинировать положительные ионы и в то же время является источником образования новых. Образующиеся при этом свободные электроны, практически мгновенно диффундируя на стенки зоны возбуждения, достигают заземленного корпуса детектора. Этот процесс при постоянной скорости газа-носителя носит стационарньй установившийся характер Таким образом, положительные ионы газа-носителя создают в зоне возбуж.дения пр-ос транс ТВ енньш заряд, а метастабилБные атомы гелия, ионизируя в Зоне .регистрации молекулы газасвидетеля, создают совместно с вынесенными- положительными ионами газаносителя начальньш фоновьй ток. Пространственный заряд в зоне возбуждения образует электрическое поле} напряженность которого зависит от активности источника излучения, геометрии детектора, чистоты газаносителя и др. . . Известно, что при напряженности полей свыше 800 Б/см чувствительность детектирования возрастает с увеличением концентрации анализируемых веществ, что связано с соответствующим возрастанием числа метастабильных атомов. Изобретение позволяет использовать эту закономерность для количественной оценки концентрации анализируемых веществ в зоне возбуждения путем измерения концентрации метастабильных атомов гелия в зоне регистрации, и, таким образом, повысить чувствительность определения. Способ испытан на кроматографической установке для определения примесей в гелии, на которой был установлен описанньй детектор :(фиг. 1) . 3 Пример 1 (проявительный анализ). Анализируется смесь водороДа, аргона, кислорода и азота, которую вводят в поток газа-носите ля с помощью микродозатора. В качестве газа-носителя используют гелий марки А (ТУ-51-940-80), поступающий в детектор через штуцер 2 из хроматографической колонки. Хроматографическую колонку L 130-0,2 см заполняют молекуляр ными ситами 5А, зерн. 0,25-0,31 мм Температуру колонки поддерживают на отметке 2Л°С. Питание детектора осуществляют от источника 8 постоянного тока. Величину тока ионизации измеряют с помощью измерителя 9 малых токов и регистрируют на самописке со шка лой 1 МБ. В качестве газа-свидетел используют воздух, который поступа в детектор через штуцер 3, Напряженность электрического по в зоне возбуждения создают с помощью радиоактивного источника излучения 7 - тритий-титановой фольги. Расход, см/мин газа-носителя 33 газа-свидетеля 1,2 Объем вводимой дозы. Напряжение питания детектора, В27 Активность источника ионизации, Си50 Напряженость электрического поля в зоне возбуждения. В/см 800 Полученные пределы обнаружения хроматографической методики без . обогащения (объем дозы 1 см, напряженность поля 800 В/см) приведены в табл. 1. Таблица

Предел обнаружения, об.%

-4

5-10

-4

3,2-10

Хроматограмма ;1налиэа (пример 2) представлена на фиг. 2, 92 Продолжение табл.1 Компоненты Предел обнаруженияi Указанные здесь, а также в следуннцем примере пределы обнаружения относятся к концентрациям примесей в вводимой смеси. В пересчете на концентрацию примесей в чувствительном объеме детектора предел обнаружения указанных компонентов ниже чем .%« Пример 2 (проявительный анализ). Условия анализа аналогичны условиям примера 1, за исключением параметров, численные значения которых указаны ниже. Активность источника ионизации100 Напряженность электрического поля в зоне возбуждения. В/см 1103 Полученные при этом пределы обнаружения хроматографической методики без обогащения (объем дозы 1 см напряженность поля 1103 В/см) приведены в табл 2, Таблица Предел обнаруже1тя, Компоненты обЛ

(put. г

02

2

Змии

.З

1. СПОСОБ ИОНИЗАЦИОННОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ПРИМЕСЕЙ В ГАЗАХ, заключающийся в пропускания потока газа-носителя с анализируемыми веществаю и дополнительного потока газа через ионизационную камеру с зоной возбуждения электрическим полем и источником излучения и эоной измерения тока ионизации, о тличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности детектирования, поток газа-носителя с анализируемыми веществами пропускают через зону возбуждения, в качестве дополнительного потока газа используют газ с потенциалом ионизации ниже знергии метастабильного состояния атомов газа-носителя, пропускают его через зону измерения тока ионизации, причем в зоне возбуящения поддерживают напряженность электрического поля в интервале (О 800-2600 В/см. С 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании в качестве газа-носителя гелия в качестве дополнительного потока газа используют воздух.