Способ анализа примесей в газах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

iii>972395 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 05.05.81 (21) 3287748/23-25 (5t)M. Кл. с присоединением заявки J%

6 01 М 31/08

Вкударетвенный кемнтет

СССР ао делам изобретений н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 07. 11. 82. Бюллетень J5 41

Дата опубликования описания 07. 11. 82 (53) УД3 543 544 (088.8) Е. Б. Шмидель, 6. М. Генкин, Е. А. Мягков, В. Н. Хохлов и Л. И. Калзбина

I (72) Авторы изобретения. ;не :

Всесоюзный научно-исследовательский и. констф к1 орбкий институт хроматографии (71) Заявитель (54) СПОСОБ АНАЛИЗА ПРИМЕСЕЙ В ГАЗАХ

Изобретение относится к газовой

:хроматографии, в частности к иониза ционному анализу примесей в газах, и, может найти применение в аналитическом приборостроении, при разработке приборов газового анализа, газоанали- 5 заторов и газовых хроматографов.

Известен способ анализа малых кон" центраций газов и паров, заключающийся в ионизации анализируемого газа с

1о помощью радиоактивного источника излучения и измерения ионизационного

1ока.

В качестве газа-носителя используются благородные газы fl ).

Недостатки указанного способа - отсутствие селективности к веществам, обладающим положительным сродством к электрону, и невозможность анализа веществ, потенциал ионизации которых выше энергии возбуждения инертного газа-носителя.

Наиболее близким к предлагаемому является способ анализа примесей в газах, заключающийся в ионизации газа с помощью радиоактивного источника и измерения величины иониэационного тока при наложении электрического поля в присутствии благородного газа.

Известный способ детектирования предусматривает пространственное разделение зон возбуждения метастабильных атомов благородного газа, например аргона, и иониэацию анализируемого газа этими атомами. Это разделение осуществлено таким образом, что анализируемое вещество не проходит через зону, где происходит возбуждение инертного газа (2 ).

Недостатками известного способа являются низкая чувствительность, обусловленная малой концентрацией метастабильных атомов в зоне ионизации ана" лизируемого вещества, .и отсутствие селективности по отношению к злектроноакцепторным веществам, обусловленное тем, что эффективность ионизации практически одинакова для всех веществ, 3 97239 потенциал ионизации которых ниже энер-! гии метастабильного состояния благородного газа.

Цель изобретения - повышение чувствительности и селективности к электр ноакцепторным примесям.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу анализа примесей в газах, заключающемся в ионизации газа с. помощью радиоактивного источника,to измерении величины ионизационного. тока при наложении электрического поля в присутствии благородного газа, благородный газ .смешивают с анализируемым газом до осуществления операции . t$ ионизации анализируемого газа, ионизацию осуществляют в отсутствии внешнего электрического поля, а скорость газового потока в зоне ионизации выбирают из условия 20

При вводе с газом-носителем анализируемого газа в зону I ионизации ве1 щества, обладающие положительным сродством к электрону, захватывают своь.,чные электроны. В отсутствии электрического поля вероятность такого процесса максимальна, Образованные отрицательные .ионы анализируемого вещест- ва при соответствующем выборе расхода газа-носителя за счет сил внутреннего трения выносятся в зону !! регистрации, где собираются электрическим полем.

В зависимости от величины напряженности поля в зоне !I регистрации детектор работает в двух режимах: пол ного сбора ионов, вынесенных в эту зону (напряженность поля 50-500 В/см) и газового усиления (напряженность поля 1000-2100 В/см).

8 режиме полного сбора ионов напряженность поля достаточна для того, чтобы без потерь собрать на измерительном электроде 9 все ионы, вынесенные в зону II, регистрации. На измерительном электроде 9 появляется ток, поступающий на вход усилителя 11. Величина тока пропорциональна концентрации анализируемого вещества.

8 режиме газового усиления (напряженность поля достаточна для вторичной ионизации) электроны, вынесенные в зону II регистрации, лавинообразно ионизируют газ-носитель, размножая где и, - подвижность отрицательного иона анализируемого газа, м /В.с;

2$ . Kg- константа, равная 8,8.10 К Н м"

r - эффективный радиус зоны ионизации, .м

q - заряд, образующийся в зоне ионизации, К, длина. зОны иОнизации.

На фиг. 1 представлена схема одно-. го из возможных вариантов детектора для осуществления предлагаемого способа; на фйг. 2 - хроматограмма ана- $$ лиза примеси кислорода в чистом азоте. .Детектор для осуществления способа содержит корпус 1 со штуцерами 2 и 3 для входа газа-.носителя и анализируе" .мого газа и для ввода газа-поддува со- 4о ответственно трубчатый изо ятор 4, по внутренней поверхности которого расположен радиоактивный источник 5 ионизации, выполненный в виде фольги (на" пример, тритиево-титановой), контакти-4$ рующий с соплом 6, являющимся одновременно потенциальным электродом, соединенным с источником 7 питания и изолированным от корпуса 1 с помощью трубчатого изолятора 4. Для обеспечения $ф подачи напряжения на сопла 6, расположенное внутри корпуса 1, применен изолятор. 8. 8 верхней части корпуса 1 с помощью изолятора 9 установлен измерительный электрод 10, соединенный с уси$$ лителем 11. Трубчатый изолятор 4, радиоактивный.источник 5 и сопло 6 образуют зону ионизации, а простран5 4 ство между измерительным электродом 9 и соплом 6 - зона II регистрации.

Детектор работает следующим образом.

Газ-носитель, в качестве которого используют гелий, поступает через штуцер 2 в зону ионизации с оптимальной скоростью V, газ-поддув, в качестве которого также используют гелий,.со скоростью Ч„тогда поступает через штуцер 3. Скорость газового потока Vo определяют согласно вышеуказанному уравнению. Газ-носитель в трубчатом изоляторе 4 в отсутствии электрического поля под действием радиоактивного источника образует положительные ионы и электроны. Так как скорость этих зарядов вдоль газового потока за счет сил внутреннего трения мала, а для электронов близка к нулю, то они успевают рекомбинировать, не попадая в зону !I регистрации, таким образом ток измерительного электрода близок к нулю.

100

150

1 .10-3 где р. — поДвижность отрицательного иона анализируемого газа, м2/В. с;

% - константа, равная 8,8-10 К /Нм;

-12 7 г " эффективный радиус зоны иониэации, м;

100 ° 10

5 972395 6 число зарядов в этой зоне. Величина Хроматограмма анализа примера 2 тока (сигнала) в этом случае более (фиг. 2) характеризуе1 селективность чеж в 100 раз превышает соответствую- предлагаемого способа. 4увствительщую величину тока, возникающего при ность к кислороду в 100 раэ превышает работе детектора в режиме полного сбо- з чувствительность к азоту. ра ионов, однако пропорциональность Таким образом, предлагаемый способ сигнала концентрации анализируемого по сравнению с известным за счет повы газа незначительна (в основном зави- :шения чувствительности и селективноссимость величины сигнала от концент- ти к электроноакцепторным примесям порации носит нелинейный характер). >О зволяет раздельно анализировать приме

Детектор испытывается в комплекте си аргона, кислорода, например в гес серийным хроматографом ЛХИ-7А. На- лии, более объективно оценивать качв- пряженность поля в зоне I! регистра- ство газов. ции создают с помощью источника пита- Предлагаемый способ анализа обес." ния БН В3-09 и стабилизатора напряже- И печивает прямое определение микроконния постоянного тока П 13б. Величину центраций кислорода в газах, в частионизационного тока измеряют с помо" ности в гелии, и дает экономический щью измерителя малых токов ИИТ-0 5 и эффект за счет исключения необходиморегистрируют на самописце КСП-4 со сти использования дорогостоящей накошкалой 1 мВ. В качестве газа-носите- 20 пительной аппаратуры, так как способ ля и газа-поддува используют гелий . обеспечивает прямое определение укаособой чистоты (ТУ 51-940-80). Хрома занных примесей. тографическую колонку длиной 2 м и Большинство известных хроматогравйутренним диаметром 3 мм заполняют фических приборов не позволяют размоугекулярными ситами NaX зернением . 2З дельно анализировать примеси аргона

0,25-0,5 мм. и кислорода, например в гелии. Примеll р и м е р 1.(Режим полного сбора нение предлагаемого способа позволит ионов). решить эту сложнейшую аналитическую

Анализу подвергают воздух (кисло- задачу, более объективно оценивать ка30 чество газов, например гелия, и улучРасход, см /мин: шить его сортность. газа-носителя газа-поддува

Формула изобретения

Объем дозы Способ анализа примесей в газах, вводимого воздуха, см 1,б -10 gg заключающийся в ионизации газа с поНапряжение питания мощью радиоактивного источника, измедетектора, В 50 .рений величины ионизационного тока

Напряженность поля -при наложении электрического поля в в зоне регистрации, В/см 170 . :;присутствии благородного газа, о тПолученное. пороговое значение чув- ф л и ч а ю шийся тем, что, с целью1 ствительности по кислороду 10 об, 3; -повышения чувствительности и селекти 1 вности к электроноакцепторным примеП Р и м е Р 2 (Режим полного сбоРа сям, например к кислороду, благородионов). ныи газ смешивают с анализируемым гаАнализу подвергают смесь кислорода g эом до осуществления операции ионизаи азота (пРимесь кислоРода 0,1 об. ° ции анализируемого газа, иониэацию в азоте э те). осуществляют в отсутствии внешнего электрического поля; а скорость газо газа-носителя coro потока в зоне ионизации выбирагаза-поддува ют иэ условия

Объем дозы . 50 в водимо ro азота, см Чо= +

Напряжение питания

2.Kgr детектора, В 50

Напряженность поля в зоне регистрации

В/см 170

Шкала усилителя

ИИТ-0,5, A

972395 анатьируеиаш едр os Z

Составитель Н. Игнатенко

Редактор С. Крупенина Техред Е.Харитончик Корректор Ъ, Билак

Ф

2 а

В

Заказ 8507/35

Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал" ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

q - заряд, образующийся в зоне ионизации, К;

В - длина эоны иониэации.

° Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании Н 882977, кл. G1В,,1965.

2. Авторское свидетельство СССР 160364, кл. G 01 N 31/08, 1962 (проЗ тотип).