RU122179U1

RU122179U1 - PHOTOIONIZATION GAS DETECTOR

Info

Publication number: RU122179U1
Application number: RU2012126199/28U
Authority: RU
Inventors: Леонид Владимирович Илясов; Наталия Игоревна Евланова; Елена Александровна Кикавец
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2012-11-20

Abstract

Фотоионизационный детектор газов, содержащий электрометр и регистратор сигнала детектора, подключенный к выходу электрометра, а также лампу ультрафиолетового излучения, снабженную плоским выходным окном, над которым размещена проточная камера, образованная двумя дисковыми электродами, расположенными друг над другом и выполненными из металлов с различной работой выхода электронов с центральными отверстиями одинакового диаметра, между которыми расположена дисковая фторопластовая прокладка с центральным отверстием, диаметр которого превышает диаметр отверстий электродов, причем оси симметрии центральных отверстий электродов и прокладки совмещены, а в центральное отверстие нижнего электрода вмонтировано прозрачное для ультрафиолетового излучения окно, отличающийся тем, что детектор дополнительно содержит дисковую кварцевую пластину, размещенную на верхнем электроде, и дополнительную проточную камеру, идентичную по конструкции и параметрам проточной камеры, установленную на кварцевой пластине так, что ось симметрии дополнительной проточной камеры совпадает с осью симметрии проточной камеры, при этом два электрода проточной и дополнительной проточной камер изготовлены из одинаковых металлов и электрически соединены, а два других электрода этих камер подключены к электрометру. Photoionization gas detector containing an electrometer and a detector signal recorder connected to the output of the electrometer, as well as an ultraviolet lamp equipped with a flat exit window, above which there is a flow chamber formed by two disk electrodes located one above the other and made of metals with different work functions electrons with central holes of the same diameter, between which there is a disk fluoroplastic gasket with a central hole, the diameter of which exceeds the diameter of the holes of the electrodes, and the symmetry axes of the central holes of the electrodes and the gasket are aligned, and a window transparent to ultraviolet radiation is mounted in the central hole of the lower electrode; that the detector additionally contains a disk quartz plate placed on the upper electrode, and an additional flow chamber, identical in design and parameters of the flow chamber, mounted on a quartz plate it is not that the axis of symmetry of the additional flow chamber coincides with the axis of symmetry of the flow chamber, while two electrodes of the flow and additional flow chambers are made of the same metals and are electrically connected, and the other two electrodes of these chambers are connected to an electrometer.

Description

Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно, к средствам измерений концентраций компонентов при газовом хроматографическом анализе.The utility model relates to the field of analytical technology, namely, to means for measuring the concentrations of components in gas chromatographic analysis.

Известен фотоионизационный детектор газов и паров (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-Заде А.Ю, Автоматические детекторы газов и жидкостей, М.: Энергоатомиздат, 1983 г., с.96), состоящий из ионизационной камеры, снабженной двумя электродами для создания коронного разряда, поляризующего электрода и коллекторного электрода, для измерения количества образовавшихся ионов. Также в камере находятся отверстия для ввода и вывода анализируемого газа. Принцип действия детектора состоит в том, что в потоке дополнительного газа, например аргона, возбуждается коронный газовый разряд постоянного тока. В результате разряда образуются метастабильные атомы аргона, которые при высвечивании создают поток ионов, на пути которых помещают коллекторный электрод. Фотоионы либо непосредственно ионизируют молекулы компонентов смеси, либо ионизация происходит за счет передачи энергии фотонов через вновь образующие метастабильные атомы аргона. Ионный ток между поляризующим и коллекторным электродом, к которым приложена разность потенциалов равна 240 B, измеряется с помощью электрометра.Known photoionization detector of gases and vapors (Farzan N.G., Ilyasov L.V., Azim-Zade A.Yu., Automatic detectors of gases and liquids, M .: Energoatomizdat, 1983, p.96), consisting of an ionization chamber equipped with two electrodes to create a corona discharge, a polarizing electrode and a collector electrode, to measure the amount of ions formed. Also in the chamber are openings for the input and output of the analyzed gas. The detector’s principle of operation is that in a stream of additional gas, for example argon, a direct current corona gas discharge is excited. As a result of the discharge, metastable argon atoms are formed, which when illuminated create a stream of ions, in the path of which a collector electrode is placed. Photoions either directly ionize the molecules of the components of the mixture, or ionization occurs due to the transfer of photon energy through the newly forming metastable argon atoms. The ion current between the polarizing and collector electrodes, to which the potential difference is applied, is 240 V, is measured using an electrometer.

Недостатком такого фотоионизационного детектора является высокий уровень шума сигнала, возникающий за счет того, что в камере детектора возбуждается коронный газовый разряд.The disadvantage of this photoionization detector is the high noise level of the signal, which arises due to the fact that a corona gas discharge is excited in the detector chamber.

Наиболее близким по технической сущности является фотоионизационный детектор для газоаналитической аппаратуры (RU №115072, Кл. G01N 27/64, 2011), содержащий электрометр и регистратор сигнала детектора, подключенный к выходу электрометра, а также лампу ультрафиолетового излучения, снабженную плоским выходным окном, над которым размещена проточная камера, образованная двумя дисковыми электродами, расположенными друг над другом и выполненными из металлов с различной работой выхода электронов с центральными отверстиями одинакового диаметра, между которыми расположена дисковая фторопластовая прокладка с центральным отверстием, диаметр которого превышает диаметр отверстий электродов, причем оси симметрии центральных отверстий электродов и прокладки совмещены, а в центральное отверстие нижнего электрода вмонтировано прозрачное для ультрафиолетового излучения окно.The closest in technical essence is a photoionization detector for gas analysis equipment (RU No. 115072, Cl. G01N 27/64, 2011), containing an electrometer and a detector signal recorder connected to the output of the electrometer, as well as an ultraviolet lamp equipped with a flat output window, above which hosts a flow chamber formed by two disk electrodes located one above the other and made of metals with different work function of electrons with central holes of the same diameter, between with which there is a fluoroplastic disk gasket with a central hole, the diameter of which exceeds the diameter of the electrode holes, the axis of symmetry of the central holes of the electrodes and gaskets being combined, and a window transparent to ultraviolet radiation mounted in the central hole of the lower electrode.

Недостатком данного детектора является высокий уровень его начального выходного сигнала, что требует использования дополнительных электрических устройств для компенсации этого начального уровня.The disadvantage of this detector is the high level of its initial output signal, which requires the use of additional electrical devices to compensate for this initial level.

Задачей данной полезной модели является создание фотоионизационого детектора газов с малым начальным уровнем выходного сигнала.The objective of this utility model is to create a photoionization gas detector with a small initial output signal level.

Технический результат - повышение чувствительности детектора.The technical result is an increase in the sensitivity of the detector.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в фотоионизационном детекторе газов, содержащем электрометр и регистратор сигнала детектора, подключенный к выходу электрометра, а также лампу ультрафиолетового излучения, снабженную плоским выходным окном, над которым размещена проточная камера, образованная двумя дисковыми электродами, расположенными друг над другом и выполненными из металлов с различной работой выхода электронов с центральными отверстиями одинакового диаметра, между которыми расположена дисковая фторопластовая прокладка с центральным отверстием, диаметр которого превышает диаметр отверстий электродов, причем оси симметрии центральных отверстий электродов и прокладки совмещены, а в центральное отверстие нижнего электрода вмонтировано прозрачное для ультрафиолетового излучения окно, согласно полезной модели он дополнительно содержит дисковую кварцевую пластину, размещенную на верхнем электроде, и дополнительную проточную камеру, идентичную по конструкции и параметрам проточной камеры, установленной на кварцевой пластине так, что ось симметрии дополнительной проточной камеры совпадает с осью симметрии проточной камеры, при этом два электрода проточной и дополнительной проточной камер, изготовленные из одинаковых металлов и электрически соединены, а два других электрода этих камер подключены к электрометру.The task and the specified technical result are achieved by the fact that in the photoionization gas detector containing an electrometer and a detector signal recorder connected to the output of the electrometer, as well as an ultraviolet lamp equipped with a flat output window, over which is placed a flow chamber formed by two disk electrodes located one above the other and made of metals with different work function of electrons with central holes of the same diameter, between which is located a fluoroplastic disk gasket with a central hole whose diameter exceeds the diameter of the electrode openings, the axis of symmetry of the central holes of the electrodes and gaskets being aligned, and a window transparent to ultraviolet radiation mounted in the central hole of the lower electrode; according to a utility model, it additionally contains a disk quartz plate placed on the upper electrode, and an additional flow chamber, identical in design and parameters to the flow chamber mounted on quartz Lastin so that the symmetry axis of the additional flow chamber coincides with the axis of symmetry of the flow chamber, wherein the two electrode flow chambers and the additional flow, made of the same metal and are electrically connected, and the other two of the electrode chambers are connected to the electrometer.

Такая конструкция детектора обеспечивает уменьшение начального уровня выходного сигнала за счет того, что он содержит две идентичные по характеристикам проточные камеры, электрически включенные встречно, то есть такой детектор является дифференциальным. Поэтому начальные сигналы проточной камеры с электродами и дополнительной проточной камеры практически полностью компенсируют друг друга. Реализация данного технического решения основывается на том, что за счет малых расстояний между электродами в названных камерах одной лампой ультрафиолетового излучения обеспечивается независимая ионизация газов.This design of the detector provides a decrease in the initial level of the output signal due to the fact that it contains two flow-through chambers that are identical in characteristics and are electrically connected counterclockwise, that is, such a detector is differential. Therefore, the initial signals of the flow chamber with electrodes and the additional flow chamber almost completely cancel each other out. The implementation of this technical solution is based on the fact that due to the small distances between the electrodes in the said chambers, a single ultraviolet lamp provides independent ionization of gases.

По сравнению с прототипом, заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.Compared with the prototype, the claimed design has a distinctive feature in the totality of the elements and their relative position.

Схема фотоионизационнго детектора газов показана на фиг.1.A diagram of a photoionization gas detector is shown in FIG.

Фотоионизационный детектор газов содержит электрометр 1 и регистратор 2 сигнала детектора, подключенный к выходу электрометра, а также лампу 3 ультрафиолетового излучения, снабженную плоским выходным окном 4, над которым размещена проточная камера, образованная двумя дисковыми электродами 5 и 6, расположенными друг над другом и выполненными из металлов с различной работой выхода электронов с центральными отверстиями 7 и 8 одинакового диаметра, между которыми расположена дисковая фторопластовая прокладка 9 с центральным отверстием 10, диаметр которого превышает диаметр отверстий электродов 5 и 6, причем оси симметрии центральных отверстий электродов 5 и 6 и прокладки 9 совмещены, а в центральное отверстие 10 нижнего электрода 5 вмонтировано прозрачное для ультрафиолетового излучения окно 11. Детектор дополнительно содержит дисковую кварцевую пластину 12, размещенную на верхнем электроде 6, и дополнительную проточную камеру, которая образована двумя дисковыми электродами 13 и 14 из металлов с различной работы выхода с центральными отверстиями 15 и 16, между которыми расположена дисковая фторопластовая прокладка 17 с центральным отверстием 18. Также детектор снабжен корпусом 19 из фторопласта и металлическим экраном 20. К лампе 3 ультрафиолетового излучения подводится напряжение от источника питания 21 лампы 3. Проточная камера содержит штуцера 22 и 24 для подвода и вывода анализируемого газа, а дополнительная проточная камера штуцера 23 и 25 для подвода и вывода сравнительного газа.The photoionization gas detector contains an electrometer 1 and a detector signal recorder 2 connected to the output of the electrometer, as well as an ultraviolet lamp 3, equipped with a flat exit window 4, over which there is a flow chamber formed by two disk electrodes 5 and 6 located one above the other and made from metals with different work function of electrons with central holes 7 and 8 of the same diameter, between which there is a fluoroplastic disk gasket 9 with a central hole 10, diam tr which exceeds the diameter of the holes of the electrodes 5 and 6, and the axis of symmetry of the central holes of the electrodes 5 and 6 and the gasket 9 are aligned, and a window 11. transparent to ultraviolet radiation, is mounted in the central hole 10 of the lower electrode 5. The detector further comprises a quartz disk plate 12 located on the upper electrode 6, and an additional flow chamber, which is formed by two disk electrodes 13 and 14 of metals with different work function with central holes 15 and 16, between which there is a disc a new fluoroplastic gasket 17 with a central hole 18. The detector is also equipped with a fluoroplastic housing 19 and a metal screen 20. A voltage from a power source 21 of the lamp 3 is supplied to the ultraviolet lamp 3. The flow chamber contains a fitting 22 and 24 for supplying and outputting the analyzed gas, and additional flow chamber of the nozzle 23 and 25 for the supply and output of comparative gas.

Работа фотоионизационного детектора газов осуществляется следующим образом.The operation of the photoionization gas detector is as follows.

Анализируемый газ поступает в детектор через штуцеру 22, проходит через проточную камеру и выходит из нее через штуцер 24, а сравнительный газ поступает через штуцер 23, а выходит через штуцер 25. В пространстве камеры между электродом 5 и 6 анализируемый газ ионизируется тонким лучом ультрафиолетового излучения лампы 3, прошедшим плоское окно 4 лампы 3, а в пространстве между электродами 13 и 14 сравнительный газ ионизируется ультрафиолетовым излучением, прошедшим не только плоское окно 4 лампы 3, но и через тонкую кварцевую дисковую пластину 12. Так как электроды 5 и 6 и электроды 7 и 8 выполнены из различных металлов с отличающимися работами выхода, то между ними возникает разность потенциалов. В проточной камере и в дополнительной проточной камере возникает электрическое поле. Под действием этого поля ионы перемещаются в камере к соответствующим электродам. Значение сигнала детектора, пропорционального разности сигналов проточной камеры и дополнительной проточной камеры, измеряется и регистрируется с помощью электрометрического усилителя 1 и регистратора 2. Получаемый сигнал пропорционален концентрации определяемых компонентов анализируемого газа.The analyzed gas enters the detector through the nozzle 22, passes through the flow chamber and exits through the nozzle 24, and the comparative gas enters through the nozzle 23, and exits through the nozzle 25. In the chamber between the electrodes 5 and 6, the analyzed gas is ionized by a thin ultraviolet ray lamps 3, which passed through a flat window 4 of lamps 3, and in the space between the electrodes 13 and 14, the comparative gas is ionized by ultraviolet radiation, which passed not only the flat window 4 of lamp 3, but also through a thin quartz disk plate 12. Ta as electrodes 5 and 6 and electrodes 7 and 8 are made from different metals with different work functions, there is a potential difference therebetween. An electric field arises in the flow chamber and in the additional flow chamber. Under the influence of this field, ions move in the chamber to the corresponding electrodes. The value of the detector signal, which is proportional to the difference between the signals of the flow chamber and the additional flow chamber, is measured and recorded using an electrometric amplifier 1 and a recorder 2. The resulting signal is proportional to the concentration of the determined components of the analyzed gas.

Экспериментальным путем установлено, что предлагаемый фотоионизационный детектор газа при использовании в качестве электродов никель и алюминий, фторопластовых прокладок толщиной 300 мкм, ультрафиолетовую лампу с длиной волны равную 180 нм позволяет получить для ряда углеводородов, например пропана, пропилена, гексана, гептана чувствительность в 8-10 раз большую, чем чувствительность пламенно-ионизационного детектора, при использовании газа-носителя азота или гелия.It has been experimentally established that the proposed photoionization gas detector using nickel and aluminum as electrodes, fluoroplastic gaskets 300 microns thick, an ultraviolet lamp with a wavelength of 180 nm makes it possible to obtain a sensitivity of 8- for a number of hydrocarbons, for example propane, propylene, hexane, heptane 10 times greater than the sensitivity of a flame ionization detector when using a carrier gas of nitrogen or helium.

Преимуществом предлагаемого технического решения является:The advantage of the proposed technical solution is:

- простота конструкции,- simplicity of design,

- возможность использования в портативных газовых хроматографических анализаторах и анализаторах концентрации отдельных углеводородов.- the possibility of using the concentration of individual hydrocarbons in portable gas chromatographic analyzers and analyzers.

Детектор может найти применение для измерения концентраций компонентов в газовой хроматографии, а также в качестве автоматического анализатора состава бинарных и псевдобинарных газовых сред.The detector can be used to measure component concentrations in gas chromatography, as well as an automatic analyzer of the composition of binary and pseudobinary gas media.

Claims

A photoionization gas detector containing an electrometer and a detector signal recorder connected to the output of the electrometer, as well as an ultraviolet lamp equipped with a flat exit window, over which there is a flow chamber formed by two disk electrodes located one above the other and made of metals with different output functions electrons with central holes of the same diameter, between which there is a PTFE disk gasket with a central hole, the diameter of which exceeds the diameter of the holes of the electrodes, and the axis of symmetry of the central holes of the electrodes and gaskets are aligned, and a window transparent to ultraviolet radiation is mounted in the central hole of the lower electrode, characterized in that the detector further comprises a quartz disk plate placed on the upper electrode and an additional flow chamber identical in design and parameters of the flow chamber mounted on a quartz plate so that the axis of symmetry of the additional flow chamber coincides with axis of symmetry of the flow chamber, while two electrodes of the flow and additional flow chambers are made of the same metals and are electrically connected, and two other electrodes of these chambers are connected to the electrometer.