способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях
Классы МПК: | G01N27/62 путем исследования ионизации газов; путем исследования характеристик электрических разрядов, например эмиссии катода G01N27/68 с использованием электрического разряда для ионизации газов |
Автор(ы): | Буряков И.А., Крылов Е.В. |
Патентообладатель(и): | Конструкторско-технологический институт геофизического и экологического приборостроения СО РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-06-03 публикация патента:
20.10.1998 |
Анализируемую смесь ионизуют газовым разрядом емкостного типа и регистрируют образующиеся заряженные частицы. Разряд возбуждают переменным высокочастотным электрическим полем в электрически изолированном объеме газа. За счет снижения уровня шума и увеличения эффективного объема ионизации повышается чувствительность анализа, уменьшается предел обнаружения и увеличивается динамический диапазон. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Способ анализа микропримесей веществ в газовых смесях, заключающийся в ионизации частиц микропримесей и регистрации заряженных частиц, отличающийся тем, что ионизацию проводят газовым разрядом емкостного типа, возбуждаемым переменным высокочастотным электрическим полем в электрически изолированном объеме газа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что переменное высокочастотное поле поддерживают импульсно. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что переменное высокочастотное поле поддерживают постоянно.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для обнаружения микропримесей веществ в газовых смесях, в частности, в атмосферном воздухе. Кроме того, изобретение может быть использовано при разработке чувствительных детекторов для газовой хроматографии. Известен способ анализа микропримесей веществ в газовых смесях, заключающийся в ионизации микропримесей веществ возбужденными или ионизированными частицами, возникающими при воздействии![способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях, патент № 2120626](/images/patents/351/2120034/946.gif)
- радиационная опасность непосредственно при его использовании и потенциальная опасность радиационного загрязнения окружающей среды;
- высокий уровень шумов, обусловленный неизбирательным характером процессов ионизации и возбуждения, и, как следствие, высокий предел обнаружения и малый линейный динамический диапазон;
- настабильность аналитических характеристик из-за осаждения мешающих примесей (паров воды, продуктов испарения неподвижной фазы колонки и т.п.) на
![способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях, патент № 2120626](/images/patents/351/2120034/946.gif)
- ограниченная величина максимальной энергии фотонов (10,5 эВ), недостаточная для возбуждения и ионизации большого числа веществ, представляющих интерес для анализа, например, CCl4-11,47 эВ; CFCl3-11,77 эВ; CH2Cl2-11,35 эВ; CH3Br-10,53 эВ; CH3OH-10,85 эВ и т.д. - нестабильность аналитических характеристик из-за осаждения мешающих примесей (паров воды, продуктов испарения неподвижной фазы колонки и т.п.) на УФ-источнике. - зависимость чувствительности от концентрации паров воды, что сужает область его применения, в частности проблематично применение указанного способа для анализа атмосферного воздуха. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ анализа микропримесей веществ в газовых смесях, заключающийся в пропускании газа-носителя через промежуток, в котором поддерживают импульсный искровой разряд, передаче частицам газа-носителя в результате воздействия импульсного искрового разряда энергии, достаточной для возбуждения этих частиц, подаче анализируемого газа через отдельный ввод в камеру ионизации и смешивании его с газом-носителем, содержащим возбужденные частицы, ионизации частиц микропримесей возбужденными частицами газа-носителя и регистрации заряженных частиц (ионов или электронов) или их характеристик (например, эмиссии фотонов) [3]. Недостатками известного способа являются
1. высокий уровень шумов, уменьшающий динамический диапазон и повышающий предел обнаружения, обусловленный:
- ионизацией продуктов эрозии разрядных электродов, испаряющихся в газ-носитель вследствие высокой плотности тока искрового разряда;
- ионизацией примесей паров воды, постоянных газов вследствие неизбирательного характера процесса возбуждения частиц газа-носителя искровым разрядом. 2. Сравнительно низкая чувствительность из-за малого эффективного объема разряда, обусловленного каналовым механизмом протекания тока в искровом разряде, т.е. существованием четко выраженной области малого объема, внутри которой течет ток и происходит образование заряженных частиц и возбужденных атомов газа-носителя. Причиной этих недостатков являются особенности возникновения и протекания газового разряда, возбуждаемого постоянным или низкочастотным (импульсным) электрическим полем при атмосферном давлении. Чтобы за время импульса (в прототипе tимп
![способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях, патент № 2120626](/images/patents/351/2120028/8776.gif)
Кроме того, инертные газы с большой вероятностью образуют молекулярные ионы в результате реакций ассоциативной ионизации типа
A* + B = (AB)++e-;
где A* - атом инертного газа, возбужденный выше уровня метастабильного терма;
B - атом инертного газа, находящийся в основном состоянии;
e- - электрон с потенциалами появления, например He+2 -23,2 эB; Ar+2 -15,1 эВ; ArKr+ - 14,0 эВ; KrXe+ - 12,3 эВ; Xe+2 -11,2 эB.
Для сравнения средняя энергия возбуждения метастабильного терма атомов: He - 20,16 эВ; Ne - 16,57 эВ; Ar - 11,6 эВ; Kr - 10,6 эВ; Kr - 10,6 эВ; Xe - 9,6 эВ. Вследствие вышесказанного в инертных газах импульсный искровой разряд, кроме возбуждения атомов инертного газа, вызывает сильную ионизацию частиц примесей и инертного газа, что увеличивает фоновый ток и уровень шума. К тому же положительные ионы, образующиеся недалеко от катода, под действием поля бомбардируют катод, вызывая испарение его материала в поток газа-носителя. Испаряющиеся частицы, представляющие собой ионы, увеличивают фоновый ток и уровень шума. При атмосферном давлении (p
![способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях, патент № 2120626](/images/patents/351/2120028/8776.gif)
![способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях, патент № 2120626](/images/patents/351/2120028/8776.gif)
![способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях, патент № 2120626](/images/patents/351/2120022/8805.gif)
![способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях, патент № 2120626](/images/patents/351/2120626/2120626-2t.gif)
![способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях, патент № 2120626](/images/patents/351/2120023/183.gif)
![способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях, патент № 2120626](/images/patents/351/2120023/183.gif)
![способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях, патент № 2120626](/images/patents/351/2120023/183.gif)
Предлагаемое решение: сигнал (A) 3
![способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях, патент № 2120626](/images/patents/351/2120023/183.gif)
![способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях, патент № 2120626](/images/patents/351/2120023/183.gif)
![способ анализа микропримесей вещества в газовых смесях, патент № 2120626](/images/patents/351/2120023/183.gif)
e- + H2O = H-+OH+e-+e-
e- + N2= N+2 +e-+e-
e- + O2=O-+O++e-
При уменьшении напряженности поля разряд гаснет и энергии электронов недостаточно для диссоциации и ионизации частиц газа-носителя, а образование, например, отрицательных ионов происходит посредством реакции прилипания электронов к частицам, имеющим высокое сродство к электрону (в воздухе O2), которые в свою очередь вступают в ионмолекулярные реакции с частицами анализируемых микропримесей. В результате применения высокочастотного поля происходят уменьшение фонового тока воздушных ионов и упрощение их спектрального состава. На чертеже приведены спектры подвижности воздуха (К (В/см) напряженность компенсирующего поля, являющаяся характеристикой типа иона), полученные при разложении фонового тока на отдельные типы ионов, получаемые по ионизации дуговым разрядом (а) и высокочастотным разрядом емкостного типа (б). Из чертежа видно, что при высокочастотном разряде спектр значительно проще: отсутствуют некоторые типы ионов, а величина других уменьшилась. Высокочастотный разряд может поддерживаться импульсно или постоянно. С увеличением длительности импульса происходит увеличение концентрации ионов анализируемых веществ, что увеличивает чувствительность анализа. Однако с увеличением длительности импульса возрастает и степень ионизации мешающих примесей газа-носителя и, следовательно, уровень шума. Для каждого типа газа-носителя существует оптимальное время действия высокочастотного электрического поля, включая и непрерывное. Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 569943, кл. G 01 N 31/08. Ионизационный детектор для газовой хроматографии. 2. Пат. Евр., 184892, кл. G 01 N 27/68. Ионизационный детектор для газовой хроматографии и метод. 3. Пат. США, 5153519, кл. G 01 N 27/62, Возбуждение высоковольтной вспышкой и ионизационная детектирующая система.
Класс G01N27/62 путем исследования ионизации газов; путем исследования характеристик электрических разрядов, например эмиссии катода
Класс G01N27/68 с использованием электрического разряда для ионизации газов