專利名稱：一種光離子化檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光離子化檢測器，是屬于氣相色譜分析儀器。
背景技術(shù)：
目前，市售氣相色譜儀裝備的光離子化檢測器如下；光離子化檢測器輻射光源分兩類。一類為直流氣體放電燈，另一類為真空紫外無極氣體放電燈。
直流氣體放電燈如圖4所示，直流氣體放電燈由玻璃外殼14，金屬電極11、15，真空紫外透明的晶體窗口16組成。放電燈內(nèi)部，充以適當(dāng)?shù)墓ぷ鳉怏w，參見圖4。光源由兩個金屬電極11、15間的高壓放電激發(fā)工作氣體發(fā)光。這種類型的放電燈設(shè)計復(fù)雜，主要目的是避免金屬電極遭受離子的轟擊而損失。離子轟擊濺射出的金屬往往沉積在晶體窗口內(nèi)表面，減少窗口透明度，從而降低使用壽命。通常，市售設(shè)計的直流氣體放電燈，把氣體放電形成的高密度光子限定于放電管內(nèi)部中心處的毛細(xì)管12內(nèi)，即強(qiáng)制限定了離子流從一個電極到另一個電極的途徑。在這種形式的放電管中，毛細(xì)管12內(nèi)是高密度離子流，但電極表面是較低的離子流密度。這種設(shè)計的真空紫外燈，實際上是“點光源”，由毛細(xì)管橫截面向外發(fā)光。它造成離子化池內(nèi)，垂直于光輻射方向的橫截面上，光強(qiáng)度沿徑向分布極不均勻，中間部分光通量密度高，周邊部分低，在光離子化池內(nèi)形成了較大的死體積。這種類型放電燈的另一個缺點，是“點光源”與窗口表面之間有一段距離，在這一空間內(nèi)充滿了處于基態(tài)的工作氣體，產(chǎn)生自吸收，使直流氣體放電真空紫外燈發(fā)射的真空紫外光降低。這種結(jié)構(gòu)的光離子化池，不能以空氣作載氣。只要樣品中存在氧，就顯現(xiàn)淬滅效應(yīng)。因為氧的電子親和勢較高(2.3eV)，光離子化產(chǎn)生的電子，附著于氧分子上，形成負(fù)氧離子，在相同電場作用下，它的遷移率大大低于電子。與電子相比，在到達(dá)電極之前，具有更大的幾率與一個帶正電的離子重新結(jié)合，或者在檢測之前已移出離子化輻射區(qū)域。因此這種結(jié)構(gòu)的真空紫外燈，檢測靈敏度較低。
真空紫外無極氣體放電燈如圖5所示，為另一類光離子化檢測器，裝配的是真空紫外無極氣體放電燈21，其上裝有電極A、電極B使用電容耦合激發(fā)等離子體發(fā)光，發(fā)光點在燈管中心處，見圖5；，輻射光進(jìn)入樣品池的平面上呈條形，見圖6?！皸l形光源”與窗口表面之間的基態(tài)工作氣體產(chǎn)生自吸收，也使紫外燈發(fā)射的真空紫外光降低。這就是為什么裝配這類光離子化檢測器的便攜式氣相色譜儀檢出限高(20ppb，苯)的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種具有靈敏度高、檢出限低、線性范圍寬、安全可靠的光離子化檢測器。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計方案在光離子化檢測器內(nèi)，一只真空紫外燈置于聚四氟乙烯套管內(nèi)，并且在套管上纏繞射頻耦合電感線圈，該線圈一端連接射頻電源，另一端懸空并指向真空紫外燈的出射窗口方向，真空紫外燈連同纏繞線圈的套管安裝在樣品池上，樣品池上蓋與真空紫外燈的出射窗口緊密相接，樣品池內(nèi)安裝有離子收集電極及進(jìn)出氣接頭。
所述的真空紫外燈燈管是由SiO2和金屬氧化物制成，并在其尾部裝有YGD型鋯基多元合金非蒸散型室溫吸氣劑。
所述的池體為聚四氟乙烯；池蓋為氟化鎂晶體。
所述的真空紫外燈設(shè)有電極和燈絲。
所述的套管材料為陶瓷、聚四氟乙烯、PVC、聚酰胺或聚楓。
本實用新型的優(yōu)點是本實用新型所述的一種氣相色譜儀光離子化檢測器，由真空紫外無極氣體放電燈、樣品池、電極系統(tǒng)組成。它可對幾百種有機(jī)和部分無機(jī)氣(汽)體進(jìn)行痕量(10-9)檢測。裝配本實用新型的氣相色譜儀，有靈敏度高、檢出限低、線性范圍寬、安全可靠等特點。適用于環(huán)境保護(hù)、勞動衛(wèi)生、商品檢驗、石油化工、公安、航空航天、國防等各個領(lǐng)域痕量氣(汽)體檢測分析。
本實用新型提供一種氣相色譜儀光離子化檢測器，本實用新型采用真空紫外無極氣體放電燈和電感誘導(dǎo)發(fā)光技術(shù)，消除了已知的兩種類型市售真空紫外燈自吸收、陰極濺射及樣品池內(nèi)的死體積和氧的淬滅效應(yīng)。工作時，放電管中的工作氣體是在整個管子的橫截面上激發(fā)的，是面光源；輻射強(qiáng)度在垂直于輻射光進(jìn)入樣品池的平面上是均勻的，沒有死體積；由于采用了電感耦合等離子體誘導(dǎo)發(fā)光技術(shù)，工作氣體最強(qiáng)發(fā)光點就在窗口表面，沒有自吸收。因此，它不僅僅靈敏度高、檢出限低、真空紫外燈壽命長、可以以空氣作載氣，而且啟動時間短、穩(wěn)定性好，可進(jìn)行痕量有機(jī)物和部份無機(jī)揮發(fā)物定性、定量分析；進(jìn)入樣品池的真空紫外光通量，無論是靈敏度，還是檢出限，均有數(shù)量級的提高。


圖1為本實用新型光離子化檢測器。其中1、聚四氟乙烯套管(內(nèi)置真空紫外無極氣體放電燈)；2、射頻耦合電感線圈；3、樣品池；4、離子收集電極；5、進(jìn)出氣接頭；6、屏蔽罩。
圖2為本實用新型真空紫外燈正視圖。采用電感耦合誘導(dǎo)發(fā)光，最強(qiáng)等離子體發(fā)光面位于燈窗口表面。
圖3為本實用新型真空紫外燈左視圖。輻射光進(jìn)入樣品池的平面上是均勻的，沒有死體積，呈均勻的圓面。
圖4為直流真空紫外放電燈。其中11、陽極；12、毛細(xì)管；13、膠粘劑；14、玻璃殼；15、陰極；16、窗口。
圖5為市售真空紫外無極氣體放電燈正視圖。電容耦合激發(fā)等離子體發(fā)光，發(fā)光點在燈管中心處。
圖6為市售真空紫外無極氣體放電燈左視圖。輻射光進(jìn)入樣品池的平面上呈條形。
圖7為苯的實測色譜。樣品濃度2mg/m3(苯)；進(jìn)樣量100μl；相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD＝1.2％。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型是真空紫外無極氣體放電燈置于套管1內(nèi)，并且套管1置于屏蔽罩6內(nèi)，在套管1上纏繞射頻耦合電感線圈2，該電感線圈2一端連接射頻電源，另一端懸空并指向真空紫外燈出射光的窗口方向，真空紫外燈連同纏繞線圈的套管安裝在樣品池3上，樣品池3內(nèi)安裝有離子收集電極4及進(jìn)出氣接頭5。
本實用新型所述的氣相色譜儀光離子化檢測器如圖1所示，采用真空紫外無極氣體放電燈和電感誘導(dǎo)發(fā)光技術(shù)，消除了直流真空紫外放電燈(圖4所示)、真空紫外無極氣體放電燈(圖5所示)這兩種類型市售真空紫外燈自吸收、陰極濺射及樣品池內(nèi)的死體積和氧的淬滅效應(yīng)。本實用新型工作時，如圖2、圖3所示的真空紫外無極氣體放電燈7，放電管中的工作氣體是在整個管子的橫截面上激發(fā)的，是面光源；輻射強(qiáng)度在垂直于輻射光進(jìn)入樣品池3的平面上是均勻的，沒有死體積，見圖3；由于采用了電感耦合等離子體誘導(dǎo)發(fā)光技術(shù)，工作氣體最強(qiáng)發(fā)光點就在窗口表面，沒有自吸收，如圖2所示。因此，進(jìn)入樣品池3的真空紫外光通量，有數(shù)量級的提高。所以，用本實新型裝備的光離子化氣相色譜儀，與著名廠商同類產(chǎn)品相比，無論是靈敏度，還是檢出限，均有數(shù)量級的提高。
本實用新型所述的玻璃配方制作的真空紫外燈管如圖2所示，其組分為64％的SiO2；0.5％的Al2O3；9％的PbO；4％的PaO；3％的CaO；1.5％的MgO；0.05％的NaO；4.5％的K2O；9％的Fe2O3及微量的B2O3。線脹系數(shù)與窗口晶體一致。制作時，玻璃料在高溫下(～700℃)燒成液態(tài)玻璃熔體，然后緩慢冷卻，當(dāng)液態(tài)玻璃的粘度達(dá)一定值時，拉制真空紫外燈管。拉制完畢的真空紫外燈管在380℃(下限退火溫度)～500℃(上限退火溫度)下退火，消除應(yīng)力的時間分別為15分鐘及4小時，而玻璃的粘度分別為logη＝13.0及14.5。線脹系數(shù)的允許偏差為±5×10-7。這樣，在制作真空紫外燈殼過程中的整個溫度范圍內(nèi)，真空紫外燈管與焊接的窗口晶體的線脹系數(shù)相近，不會炸裂。因此，圖2所示的本實用新型真空紫外燈7，機(jī)械強(qiáng)度好，在不經(jīng)高溫烘烤(500℃以上)的前提下，窗口晶體不可能完好地從燈管上取下，從而保證了本實用新型真空紫外光源的機(jī)械強(qiáng)度。
本實用新型所述的真空紫外燈如圖2所示，所述的真空紫外燈燈管是由SiO2和金屬氧化物制成，并在其尾部裝有YGD型鋯基多元合金非蒸散型室溫吸氣劑，沒有燈絲可斷，又不存在陰極濺射污染窗口晶體的缺欠；充以的惰性氣體，不與任何物質(zhì)發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)；工作時，內(nèi)部產(chǎn)生的微量雜質(zhì)氣體，常溫下就會被其尾部裝有的YGD型鋯基多元合金非蒸散型室溫吸氣劑消除。因此，本實用新型的真空紫外燈理所當(dāng)然的是長壽命真空紫外燈(大于3000小時)。
如圖1所示，本實用新型的光離子化檢測器以氟氣化鎂晶體作為樣品池上蓋。使用者無需打開樣品池，便可以更換真空紫外燈，因此，消除了光離子化檢測器在更換燈時，所造成的樣品池污染，以及所帶來的使儀器整體性能變差的因素。
如圖1所示，本實用新型所述的光離子化檢測器樣品池池體為物理、化學(xué)惰性材料——聚四氟乙烯，消除了光離子化檢測器的記憶效應(yīng)。
如圖1所示，本實用新型所述的光離子化檢測器電極系統(tǒng)為正負(fù)兩電極并被聚四氟乙烯薄板遮擋，不為進(jìn)入樣品池的真空紫外光照射，消除了光電發(fā)射，降低了背景及由此引起的噪聲及漂移。
本實用新型有益效果1、本實用新型光離子化檢測器所裝備的光離子化氣相色譜儀，無論是靈敏度，還是檢出限，均優(yōu)于市售同類產(chǎn)品；可以檢測市售光離子化檢測器不能檢測到的化學(xué)物質(zhì)，例如氟里昂Freon11、Freon12、Freon13、Freon13B-1、Freon21、Freon22、Freon113、氯仿Chloroform等。經(jīng)北京市計量檢測科學(xué)研究院測試，主要性能指標(biāo)如下基線漂移 1.3×10-11A/h基線噪聲 4.2×10-11A檢測限 0.696pg苯最小檢測濃度 0.696μg/m3苯定量測量重復(fù)性 2.1％線性范圍 (2×101～2×105)pg與市售氣相色譜儀主要性能指標(biāo)對比如下

苯的實測色譜圖如7所示，其中，溫度31℃；載氣高純N2815ml/min；進(jìn)樣量100μl；樣品濃度2mg/m3(苯)；相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD＝1.2％。
權(quán)利要求1.一種光離子化檢測器，其特征在于真空紫外燈置于聚四氟乙烯套管內(nèi)，并且在套管上纏繞射頻耦合電感線圈，該線圈一端連接射頻電源，另一端懸空并指向真空紫外燈的出射窗口方向，真空紫外燈連同纏繞線圈的套管安裝在樣品池上，樣品池上蓋與真空紫外燈的出射窗口緊密相接，樣品池內(nèi)安裝有離子收集電極及進(jìn)出氣接頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光離子化檢測器，其特征在于所述的真空紫外燈燈管是由SiO2和金屬氧化物制成，并在其尾部裝有YGD型鋯基多元合金非蒸散型室溫吸氣劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光離子化檢測器，其特征在于所述的池體為聚四氟乙烯；池蓋為氟化鎂晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光離子化檢測器，其特征在于所述的真空紫外燈設(shè)有電極和燈絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光離子化檢測器，其特征在于所述的套管材料為陶瓷、聚四氟乙烯、PVC、聚酰胺或聚楓。
專利摘要一種光離子化檢測器，其真空紫外燈置于聚四氟乙烯套管內(nèi)，并且在套管上纏繞射頻耦合電感線圈，該線圈一端連接射頻電源，另一端懸空并指向真空紫外燈的出射窗口方向，真空紫外燈連同纏繞線圈的套管安裝在樣品池上，樣品池上蓋與真空紫外燈的出射窗口緊密相接，樣品池內(nèi)安裝有離子收集電極及進(jìn)出氣接頭。它可對幾百種有機(jī)和部分無機(jī)氣(汽)體進(jìn)行痕量(10－9)檢測。裝配本實用新型的氣相色譜儀，有靈敏度高、檢出限低、線性范圍寬、安全可靠等特點。適用于環(huán)境保護(hù)、勞動衛(wèi)生、商品檢驗、石油化工、公安、航空航天、國防等各個領(lǐng)域痕量氣(汽)體檢測分析。
文檔編號G01N27/64GK2881629SQ200620012908
公開日2007年3月21日 申請日期2006年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月3日
發(fā)明者李選培, 景士廉 申請人:北京東西分析儀器有限公司