ТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР

Полезная модель относится к аналитической технике, а именно, к детектирующим устройствам газовой хроматографии.
Известен термохимический детектор газов (Тарасович В.Н. Металлические терморезисторные преобразователи горючих газов. Киев: Наукова думка. 1988. с.198, табл.30, верхний рисунок), содержащий проточную камеру, в которой размещена платиновая спираль, являющаяся каталитически активным чувствительным элементом. Эта спираль включена в неуравновешенный мост и нагревается его током до температуры 300-600°С. При попадании на платиновую спираль из потока анализируемого газа, протекающего через камеру, горючего вещества (газа или пара) последнее частично сгорает на спирали, что вызывает увеличение температуры спирали и ее электрического сопротивления. При этом возникает разбаланс электрического неуравновешенного моста, который несет информацию о концентрации горючего вещества в газовом потоке.
Недостатком такого детектора является то, что активность каталитической поверхности платиновой спирали заметно изменяется во времени. Это изменяет чувствительность детектора и требует его частой калибровки. Кроме это, сигнал детектора несет информацию только о концентрации веществ и не может использоваться для их идентификации.
Наиболее близким по технической сущности является термохимический детектор газов (Тарасович В.Н. Металлические терморезисторные преобразователи горючих газов. Киев: Наукова думка. 1988. с.204, табл.30, третий сверху рисунок), содержащий проточной камеру во внутренней полости которой размещен пеллистор, соединенный двумя проводниками с неуравновешенным электрическим мостом, и электронный потенциометр, подключенный к выходу неуравновешенного электрического моста.
При попадании на поверхность пеллистора горючего вещества, содержащегося в анализируемом газовом потоке, последнее частично каталитически сгорает на поверхности пеллистора, что вызывает увеличение его температуры и электрического сопротивления, а это, в свою очередь, вызывает разбаланс электрического моста, который несет информацию о концентрации горючего вещества в анализируемом газовом потоке.
Недостатком такого детектора являются узкие информационные возможности, позволяющие при наличии калибровки определять только концентрацию горючего вещества. Сигнал такого детектора не может быть использован для идентификации детектируемых компонентов.
Задачей полезной модели является расширение информационных возможностей термохимического детектора.
Технический результат - создание термохимического детектора, обладающего большими информационными возможностями, обеспечивающими его использование для идентификации горючих компонентов, например, в процессе газового хроматографического анализа.
Технический результат достигается тем, что термохимический детектор газов, содержащий проточную камеру, во внутренней полости которой размещен пеллистор, соединенный двумя проводниками с неуравновешенным электрическим мостом, и электронный потенциометр, подключенный к выходу неуравновешенного электрического моста, согласно полезной модели дополнительно содержит последовательно включенные металлический электрод, электрометрический усилитель, к выходу которого подключен регистрирующий прибор, и источник постоянного напряжения, причем металлический электрод размещен во фторопластовом изоляторе, вмонтированном в стенку проточной камеры, и расположен на фиксированном расстоянии от поверхности пеллистора, а положительный полюс источника напряжения подключен к одному из проводников, соединяющих пеллистор с неуравновешенным электрическим мостом.
Такая конструкция термохимического детектора обеспечивает двухканальное детектирование горючих веществ. Один канал обеспечивает детектирование этих веществ за счет теплового эффекта каталитического горения, происходящего на поверхности пеллистора, а второй - за счет ионизации, которая имеет место на поверхности пеллистора и вызывает изменение ионного тока между пеллистором и дополнительным электродом. Использование этих различных по природе явлений позволяет по отношению сигналов, вызванных термокаталитическим и ионизационным эффектом осуществлять идентификацию горючих веществ.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность совокупности элементов и их расположении.
Схема термохимического детектора показана на фиг.1.
Термохимический детектор содержит проточную камеру 1, во внутренней полости 2 которой размещен пеллистор 3, соединенный двумя проводниками 4 и 5 с неуравновешенным электрическим мостом 6, и электронный потенциометр 7, подключенный к выходу неуравновешенного электрического моста.
Термохимический детектор содержит также металлический электрод 8, электрометрический усилитель 9, к выходу которого подключен регистрирующий прибор 10, и источник постоянного напряжения 11. Электрод 8 размещен во фторопластовом изолятор 12, который вмонтирован в стенку 13 проточной камеры 1 и расположен на фиксированном расстоянии от поверхности 14 пеллистора 3. Металлический электрод 8, электрометрический усилитель 9 (через свое входное сопротивление) и источник постоянного напряжения 11 включены последовательно, причем положительный полюс 15 источника постоянного напряжения 11 подключен к проводнику 5, соединяющему пеллистор 3 с неуравновешенным мостом 6.
Работа термохимического детектора газов происходит следующим образом.
Через проточную камеру детектора 1 при его работе непрерывно протекает поток воздуха. При этом измеряется с помощью неуравновешенного электрического моста 6 сопротивление пеллистора. Причем ток моста, протекающего через пеллистор нагревает его до температуры 300-500°С. Сигнал моста, который возникает при протекании через проточную камеру воздуха, принимается за начальный уровень. Одновременно с помощью электрометрического усилителя 9 измеряется ионный ток, возникающий между электроном 8 и поверхностью 14 пеллистора 3, который создается под действием электрического поля источника напряжения 11. При этом разность потенциалов между электродом 8 и поверхностью пеллистора 14 составляет 200-300 В. Сигнал электрометрического усилителя 9, возникающий при протекании через камеру 1 воздуха, принимается за начальный.
Когда в потоке воздуха появляется какое-либо горючее вещество, молекулы которого содержат атомы углерода, оно частично каталитически сгорает на поверхности пеллистора 3. В результате пеллистор 3 нагревается, его сопротивление увеличивается, а это вызывает изменение уровня сигнала неуравновешенного электрического моста 6, который несет информацию об объемной концентрации вещества в воздухе, а также, в первом приближении, о низшей объемной теплоте сгорания. Сигнал моста регистрируется электронным потенциометром 7. Одновременно возникает ток положительных ионов между электродом 8 и поверхностью пеллистора 14, что изменяет электронный ток, протекающей во внешней цепи, состоящей из электрода 8, входной цепи электрометрического усилителя 9 и источника напряжения 11, так как положительный полюс 15 этого источника подключен к проводнику 5. В результате увеличивается уровень сигнала на выходе электрометрического усилителя 9, который записывается регистрирующим прибором 10.
Сигнал электрометрического усилителя, как показали приведенные исследования, зависит как от объемной концентрации горючего вещества, так и от способности молекул этого вещества к образованию ионов при каталитическом сгорании.
Использование предложенного термохимического детектора позволяет по отношению сигналов неуравновешенного электрического моста и электрометрического усилителя вычислять некоторую величину, характерную для данного анализируемого вещества, вне зависимости от его концентрации в воздухе. По найденному отношению можно осуществлять (при наличии заранее составленной базы данных) идентификацию компонентов в процессе газового хроматографического анализа. В то же время, как сигнал неуравновешенного моста, так и сигнал электрометрического усилителя могут быть использованы для определения концентрации горючего вещества в потоке воздуха.
Опытным путем установлены режимные параметры работы термохимического детектора:
ток через пеллистор, мА
200
напряжение между электродом
и поверхностью пеллистора, В
200-300
расход воздуха-носителя, л/час
2-3
расстояние между электродом
и пеллистором, мм
1-3
диапазон измерений
электрометрического усилителя, А
0-10<sup>-9</sup> до 0-10<sup>-12</sup>
Преимуществом данного технического решения являются:
- более широкие информационные возможности;
- простота;
- возможность осуществления как количественного, так и качественного анализа при использовании в газовой хроматографии.
Предлагаемый термохимический детектор может быть реализован на базе стандартных термохимического детектора и электрометрического усилителя.
Термохимический детектор может найти применение в количественном и качественном хроматографическом анализе.