Электронно-захватный детектор для газовой хроматографии Советский патент 1982 года по МПК G01N27/64 

(54) ЭЛЕКТРОННО-ЗАХВАТНЫЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ ТАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

;. -I , Изобретение относится к газовой хроматографин и может найти применение при анализе газовых смесей, содержащих галогенированш {е углеводороды и, в частности, пестициды. Известен злектронно-захватный детектор для газовой хрометографнн, содержащий Кор - пус, цилиндрический электрод, установленный внутри корпуса и злектрически изолированный от него, источник ионизации, например фольга Ni, размещенный на внутренних стенках цилиндрнческого электрода, коллекторный злектрод, выполненный в виде стержня, и установленный внутри цилиндрического электрода коаксиапьно ему, канал для подачи анализируемого газа в зону иони зации и канал для вывода газа из корпуса Недостатком данной конструкции злектрон но-захватного детектора является то, что он обладает ннзкой Чувствительностью. Это обусловлено совмещением в детекторе :зоны захвата электронов, зоны рекомбинации отри цательных ионов и зоны сбора электронов. В результате электроны, образованные в процессе ионизации газа-носителя, имеют значительное ускорение за счет поля и находятся в объеме детектора непродолжительное время, что снижает вероятность их захвата молекулами анализируемого вещества. Кроме того, значительная часть отрицательных ионов, образованных за счет захвата электронов, рекомбинирует на поверхности коллекторного электрода. . Для повыц ения чувствительности детекторов данной конструкции используют в качестве Г1Е1за-носителя аргон с добавкой в объем детектора метана. Молекулы метана уменьшают энергию свободных электронов посредством неупругих соударений, за счет чего повышается вероятность захвата электронов молекулами анализируемого вещества. С той же целью применяют импульсное питание. В этом случае вероятность захвата электронов в рекомбинации ионов в обьеме резко повышается в интервалах между кмпульсамй при отсутствии поляризующего напряжения. 3 Однако использование этих методов повышения .чувствитепьности неудобно. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому детектору является так называемый ассиметричньш электронно-захватный детектор, содержащий корпус, цилиндрический потенциальный электрод, установленный внутри корпуса и электрически изолирован: ный от него, источник ионизации, размещенный на внутренних стенках цилиндрического электрода, коллекторный электрод, установленный вне зоны ионизации, каяал для подачи анализируемого газа в зону ионизащш, канал для вывода газа из корпуса. В этом детекторе свободные электроны, образующие ся в зоне ионизации, дрейфуют к коллектор ному электроду против потока газа-носителя, несущего анализируемые вещества. Это повыщает вероятность захвата электронов молекулами анализируемого вещества и рекомбинации их с положительными ионами газа-носителя, снижает долю отрицательных ионов, рекомбинирующих на поверхности коллекторного электрода и, следовательно, повыщает чувствительность детектирования Однако конструкция этого детектора тако ва, что коллекторный электрод соединен с корпусом и потенциальным электродом элек рическими изоляторами, находяпщмися в наиболее горячей зоне детектора и непосред ственно контактирующими с анализируемыми веществами. Зависимость электрического сопротивления изоляторов от темцературы и загрязнения поверхностей постепенно приводит к значительным утечкам и, следовательно, к ухудщешпо стабильности фонового тока, повышению уровня щумов и снижению чувствительности, особенно, при анализе веществ с высокими температурами кипения.. Кроме того, наличие между ионизационной камерой и корпусом злектроизолятора, обладающего значительными линейнь1ми размерами (с целью улучшения электроизоляци и, как правило, высокими теплоизоляционны ми свойствами, приводит к тому, что ионизационная камера имеет температуру значительно ниже корпуса, что может вызвать конденсацию анализируемьтх веществ на поверхности источника ионизирующего излучения и, как следствие, дестабилизацию фонового тока и снижение чувствительности. П вышениё температуры корпуса приводит к ухудшению характеристик за счет ухудшения электроизоляции, в связи с чем возникает необходимость в дополнительном нагревателе специальной конструкции, который устанавливают внутри корпуса детектора рядом с цилиндрическим электродом, чтобы исклю чить конденсацию. паров в зоне ионизации. Это приводит к усложнению конструкции. Цель изобретения - повышение чувствительности детектора, снижение уровня шума и упрощение конструкции детектора. Указанная цель достигается тем, что В электронно-эахватнон детекторе для газовой хроматографии, содержащем корпус, потенциальный цилиндрический электрод, установленный внутри корпуса и электрически изолированный от него, источник ионизации, размещенный на внутренних стенках потенциального циливдрического электрода, коллекторный электрод, установленный вне зоны ионизации, канал для подачи анализируемого газа в зону ионизации и канал для вывода газа из корпуса, коллекторный электрод выполнен в виде цилиндрического стакана, установленного коаксиально потенциальному цилиндрическому электроду так, что внутренние стенки стакана образуют кольцевой зазор с внешними стенками потенциального цилиндрического электрода, а канал для подачи анализируемого газа в зону ионизации выполнен в виде сопла, электрически изолированного от корпуса. I Благодаря указанным особенностям конструкции детектора, анализируемый газ поступает в центральную часть зоны ионизации, где имеется максимальная концентрация свободных электронов. При этом свободные электроны дрейфуют в электрическом поле в направлении движения потока. газа-носителя к коллектортому электроду и при достаточной длине зоны ионизации обеспечивается высокая степень захвата свободных электронов молекулами веществ, имеющих сродство к электрону, и эффективная рекомбинация. При этом коллекторньш электрод установлен на выходе зоны иониэации и изолирован от потенциального электрода воздушным зазором. Изолятор, совдиняюцщй коллекторный электрод с корпусом находится в холодной зоне и не имеет контакта с анализируемым веществом. Таким образом, в предлагаемом детекторе реализованы все преимущества ассиметричной конструкции и устранены ее недостатки. На чертеже изображен предлагаемый детектор, поперечный разрез. Детектор содержит корпус 1, в котором установлен потенциальный цилиндрический электрод 2, на внутренних стенках которого размещен источиик 3/3-излучения . Потенциальный цилиндрический электрод 2 закреплен на канале 4 для подвода анализируемого газа из хроматографкческой колонки (не показана), который вьщолнен в виде сопла, отделенного от газоподводящего канала 5

слоем электроизоляции (стеклоэмаль). Коллекторный электрод 6 выполнен в виде стакана, который установлен коаксиально потенциальному цилиндрическому электроду 2 снаружи его так, что внутренние стенки коллекторного электрода 6 образуют кольцевой зазор с внешними стенками щшиндрического электрода 2. Коллекторный электрод б с помощью токоподвода. 7 соединен с входом электрометрического усилителя (не показан), а потенциальный цилиндрический электрод 2с помощью токоподвода 8 соединен с источником постоянного или импульсного напряжения. Корпус 1 снабжен штуцером 9 для вывода газа в атмосферу.

Детектор работает следующим образом. Газ-носитель, например азот, выходит

из хроматографической колонки конец которой герметично закреплен в канале 5, и через сопло 4, размещенное коаксиально с цилиндрическим электродом 2, попадает в его внутренний объем. Из внутреннего объема цилиндрического электрода 2 газноситель через кольцевш зазор между его наружной поверхностью и внутренней поверхностью коллекторного электрода 6 выходит во внутренний о&ьем корпуса 1 и за тем через штуцер 9 в атмосферу. В цилиндрическом электроде : -излучение источника 3 ионизирует газ-носитель, в результате чего появляются свободные электроны и положительные ионы. Под действием поля, создаваемого потенциалом коллекторного электрода 6, соединенного через токоподвод

7и измерительную схему с землей, и отрицательным потенциалом цилиндрического электрода 2, соединенного через токоподвод

8с источником питания, положительные ионы дрейфуют в радиальном направлении к; стенкам электрода 2, а свободные электроны - к коллекторному электроду, причем .траектории движения электронов асимптотически приближаются к оси электрода 2, за счет чего концентрация электронов воз. растает по мере приближения к оси элект|рода.

При неизменном составе газа-носителя в цепи коллекторного электрода создается стабильный уровень фонового тока, значение которого уменьшается при появлении во внутреннем объеме электрода 2 вещества, молекулы которого полярны или имеют средства к электрону. Уменьшение фонового тока происходит за счет захвата свободных электроИов молекулами анализируемого вещества и последующей рекомбинации образовавпшхся отрицательных ионов с положительными ионами газа-носителя, в результате чего поток свободных электронов.

113016

дрейфующих к коллекторному электроду, уменьшается. Фоновый ток регистрируется измерительным устройством и его изменение, вызванное анализируемым веществом, служит 5 мерой количества анализируемого вещества. 8 - данном детекторе за счет совмещеиия зоны повышенной концентрации злектронов и зоны повышенной концентрации анализируемого вещества, (в зоне центральной оси

10 электрода 2 скорое движения газа-иосителя значительно выше, чем на периферии) резко повышена вероятность захвата электронов. Кроме того, значительное отличие подвижностей злектронов и ионов приводит к

15 тому, что концентрация положительных ионов в зоне центральной оси близка к максимуму,что обеспечивает высокую степень ре. комбинации положительных и отрицательных ионов.

20 I Предлагаемый детектор, по сравнению с известным обеспечивает следующие преимущества.

Электрическая изоляция между коллекторным электродом и корпусом в любом режи25 ме работы детектора сохраняет максимально высокое качество, поскольку изолятор расположен в холодной зоне, не имеет контакта с анализируемыми веществами и, следовательно, не загрязняется. Поэтому токи утечки

30 имеют максимальное значение и не меняются в процессе работы, что обеспечивает возможность реализащ1и предельного уровня чувствительности При высокой стабильности фонового тока.

35 Коллекторный электрод не имеет механического контакта с цилиндрическим (потенциальным) электродом, электрическая связь между ними осуществляется только через поле, в то время как в известном детектоQ ре электроды связаны между собой не только полем, но и изолятором, расположенным в горячей зоне и контактирующим с анализируемым веществом. Таким образом в предлагаемом детекторе устранено дестабилид. зирующее влияние изолящ1и между электродами.

По зтой же причине в предлагаемом детекторе ни чувствительность, ни фоновый тОк практически не зависят от качества изолятора, соединяющего цилиндрический электрод и корпус, хотя он расположен в горячей .зоне и контактирует с анализируемым веществом. Этот изолятор выполнен в виде тонкой прослойки из стеклоэмали и практически не оказывает влияния на анализируемое вещество, т.е. сорбция и деструкция ана лизируемого вещества исключены. Кроме того, этот изолятор практически не ухудшает тепловой контакт между цилиндрическим