ФОТОИОНИЗАЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР ГАЗОВ И ПАРОВ

Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно, к средствам измерений концентраций компонентов при газовом хроматографическом анализе.
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, поляризующим и коллекторным электродами для измерения количества образовавшихся ионов, отверстиями для ввода и вывода анализируемого газа и источником напряжения для создания между коллекторным и поляризующим электродами разности потенциалов, равной 200-250 В. Принцип действия детектора состоит в том, что в потоке дополнительного газа, например аргона, возбуждается коронный газовый разряд постоянного тока, который вызывает ионизацию молекул газа, протекающего через камеру. Ионный ток между поляризующим и коллекторным электродами измеряется с помощью электрометра и регистрируется потенциометром.
Недостатком такого фотоионизационного детектора является высокий уровень шума сигнала, возникающий за счет того, что в камере детектора возбуждается коронный газовый разряд.
Наиболее близким по технической сущности является фотоионизационный детектор газов и паров (Будович В.Л., Симонов И.В. Фотоионизационный детектор для газоаналитической аппаратуры. Заявка: 2004107880/28, 18.03.2004), содержащий лампу ультрафиолетового излучения, снабженную выходным окном, на котором размещена проточная камера, снабженная двумя электродами, подключенными к электрометру, и регистратор сигнала детектора, подключенный к выходу электрометра.
Работа детектора основана на ионизации молекул анализируемых соединений ультрафиолетовым излучением, источником которого является вакуумная ультрафиолетовая лампа, и измерении сигнала, который пропорционален концентрации определяемого соединения.
Недостатком данного детектора является в необходимости использования стабилизируемого источника питания, что усложняет конструкцию и увеличивает габариты детектора.
Задачей данной полезной модели является упрощение конструкции детектора.
Технический результата - создание простого фотоионизационного детектора газов и паров, не требующего внешнего источника питания.
Технический результат достигается тем, что в фотоионизационном детекторе газов и паров, содержащим лампу ультрафиолетового излучения, снабженную выходным окном, на котором размещена проточная камера, снабженная двумя электродами, подключенными к электрометру, и регистратор сигнала детектора, подключенный к выходу электрометра, проточная камера образована, расположенными параллельно друг другу электродами и фторопластовой прокладкой, выполненной в виде кольца и размещенной между ними, при этом один из электродов размещен на выходном окне лампы ультрафиолетового излучения и имеет отверстие, в которое вмонтировано окно, изготовленное из материала прозрачного для ультрафиолетового излучения, а второй электрод снабжен отверстиями для входа и выхода потока анализируемого газа, причем электроды выполнены из металлов с различными значениями работы выхода электронов, а именно электрод, размещенный на выходном окне лапы ультрафиолетового излучения, выполнен из никеля, а параллельный ему электрод - из цезия.
Такая конструкция позволяет упростить детектор и обеспечить надежность его функционирования. Последнее объясняется тем, что в его работе используется явление возникновение контактной разности потенциалов между разнородными по природе металлов, например цезием (работа выхода электронов составляет 1,9 эВ) и никелем (работа выхода электронов составляет 4,5 эВ), которая появляется в том случае, если пространство между электронами содержит ионы.
По сравнению с прототипом, заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема фотоионизационнго детектора газов и паров показана на фиг.1
Фотоионизационный дектор содержит лампу ультрафиолетового излучения 1, снабженную выходным окном 2, на котором размещена проточная камера 3, снабженная двумя электродами 4 и 5, подключенными к электрометру 6, и регистратор сигнала детектора 7, подключенный к выходу электрометра. Проточная камера образована, расположенными параллельно друг другу электродами 4 и 5 и фторопластовой прокладкой 8, выполненной в виде кольца и размещенной между ними, при этом один из электродов размещен на выходном окне 9 лампы ультрафиолетового излучения и имеет отверстие 10, в которое вмонтировано окно, изготовленное из материала прозрачного для ультрафиолетового излучения, а второй электрод снабжен отверстиями для входа 11 и выхода 12 потока анализируемого газа, причем электроды выполнены из металлов с различными значениями работы выхода электронов. Электрод, размещенный на выходном окне 2 лапы ультрафиолетового излучения 1, выполненные из никеля, а параллельный ему электрод 5 - из цезия. Детектор снабжен металлическим защитным экраном 14. К лампе ультрафиолетового излучения 1 подводится напряжение от источника питания 15.
Работа фотоионизационного детектора осуществляется следующим образом.
Анализируемый газ непрерывно прокачивается через входное отверстие 11 и выходное отверстие 12 проточной камеры 3 фотоионизационного детектора. В пространстве камеры 3 между электродом 4 и электродом 5 анализируемый газ ионизируется ультрафиолетовым излучением от лампы 1. Так как электроды 4 и 5 выполнены из различных металлов, то между ними возникает контактная разность потенциалов. Под действием этой разности потенциалов ионы перемещаются в камере 3, то есть возникает ионный ток, который измеряется и регистрируется с помощью электрометра 6 и регистратора 7. Получаемый сигнал пропорционален концентрации анализируемых веществ.
Экспериментальным путем установлено, что предлагаемый фотоионизационный детектор газов и паров при использовании в качестве материалов электродов никеля и цезия, фторопластовой прокладки толщиной 50 мкм, ультрафиолетовой лампы с длиной волны равную 180 нм и газа-носителя - азота или гелия, позволяет получить для ряда углеводородов, например этана, этилена, пропана, пропилена, гексана, чувствительность в 8-10 раз большую, чем чувствительность пламенно-ионизационного детектора.
Преимуществом предлагаемого технического решения является:
- простота конструкции
- возможность использования в портативных газовых хроматографических анализаторах и анализаторах концентрации отдельных углеводородов.
Детектор может найти применение для измерения концентраций компонентов в газовой хроматографии, а также в качестве автоматического анализатора состава бинарных и псевдобинарных газовых сред