微波谐振器式火焰离子化检测器及气相色谱仪制造技术

公开微波谐振器式火焰离子化检测器组件及气相色谱仪，所述微波谐振器式火焰离子化检测器组件包括：微波谐振器，所述谐振器邻近火焰设置以评估火焰流出物中的离子浓度。微波谐振器的谐振频率被检测并且谐振器的反射系数被使用以确定谐振器所浸入于的材料的电容率。电容率取决于谐振器附近的离子浓度，离子浓度与火焰中存在的碳氢化合物浓度有关。

Microwave resonator flame ionization detector and gas chromatograph

【技术实现步骤摘要】
微波谐振器式火焰离子化检测器及气相色谱仪相关申请的交叉引用本申请基于并要求2018年5月3日提交的美国临时专利申请序列号62/666,168的权益，其内容通过引用整体并入本文。
本技术涉及一种微波谐振器式火焰离子化检测器及一种气相色谱仪。
技术介绍
气相色谱法是由于化合物通过色谱柱的迁移速率而对化合物的混合物进行分离。气象色谱法基于沸点、极性或分子大小的差异来分离化合物。然后，分离的化合物流过合适的检测器(例如，火焰离子化检测器(FID))，其确定每种化合物在整个样品中表现的浓度。了解单个化合物的浓度使得能够利用行业标准方程来计算某些物理性质(例如，BTU或比重)。在操作中，通常将样品注入至填充有填充材料的色谱柱中。一般来说，填充材料被称为“固定相”，因为它保持固定在色谱柱内。然后，惰性气体供应至色谱柱，以迫使注入的样品通过固定相。惰性气体称为“流动相”，因为它经过色谱柱。当流动相推动样品通过色谱柱时，各种力导致样品的成分分离。例如，相对于较轻的组分，较重的组分较慢地移动通过色谱柱。分离的组分又在称为洗脱的过程中离开色谱柱。然后将得到的组分供给至检测器中，该检测器响应洗脱组分的某些物理性状。一种类型的检测器被称为火焰离子化检测器。火焰离子化检测器是测量在碳氢化合物火焰上施加电场时产生的离子电流的装置。由于在大多数气相色谱仪中涉及微小电流，所以火焰离子化检测器需要非常高增益的模拟放大器。通过并入这种高增益模拟放大器，放大器引入了几个噪声源，这些噪声源在与测量电流相同的时间尺度上具有时域变化。另外，电路对许多因素非常敏感，例如，接地问题，电路板清洁度，湿度，振动，气流，温度变化等。为了降低噪声，气相色谱仪还可以包括多个并联放大器以减少不相关的噪声。然而，通常，晶体管噪声与其面积成反比。这意味着低噪声集成放大器(用于时域应用)面临基本的尺寸限制。此外，这种电子设备通常对消费者来说相当昂贵。
技术实现思路
一种微波谐振器式火焰离子化检测器组件，包括：微波谐振器，所述谐振器邻近火焰设置以评估火焰流出物中的离子浓度。微波谐振器的谐振频率被检测并且谐振器的反射系数被使用以确定谐振器所浸入于的材料的电容率。电容率取决于谐振器附近的离子浓度，离子浓度与火焰中存在的碳氢化合物浓度有关。附图说明图1是气相色谱仪的示意图，可以使用本技术的实施例。图2是根据本技术的实施例的气相色谱仪的示意系统图。图3是根据本技术的实施例的气相色谱仪检测器组件的示意图。图4是根据本技术的实施例的燃烧器组件的示意图。图5是根据本技术的实施例的探针组件的示意图。图6A-6B是根据本技术的实施例的谐振器耦合的示意图。图7是例示性示出根据本技术的实施例的谐振器的散射参数的曲线图。图8是例示性示出根据本技术的实施例的随着气体浓度增加的谐振器的谐振频率的曲线图。图9是例示性示出根据本技术的实施例的随着气体浓度增加的谐振器的品质因子的曲线图。图10是根据本技术的实施例的确定样品内的离子浓度的方法。具体实施方式根据本技术的实施例，提供一种气相色谱仪检测器组件，其尺寸相对较小，易于构造，对环境因素不敏感并且对离子高度敏感。检测器组件包括探针组件和计量仪，其允许在样品内确定碳氢化合物或其它离子的浓度，如将参照图3-9进一步讨论的。然而，根据不同的示例，检测器的探针组件对当前气相色谱仪检测器面临的许多因素很不敏感。这包括气相色谱仪内的测量噪声，高成本和空间限制。另外，虽然本说明书将针对气相色谱仪的检测器进行，但是明确地预期本检测器也可以用于各种其它应用或其它类型的色谱仪中。图1是气相色谱仪的示意图，可以使用本技术的实施例。虽然图1例示可从罗斯蒙特公司获得的700XA型气相色谱仪100，但是本文提供的方法和实施例可与其它示例性气体分析仪一起使用。这可以包括1500XA型过程气相色谱仪和570型天然气相色谱仪，两者均可从罗斯蒙特公司获得，以及各种其它类型和型号的气相色谱仪。另外，预期除了气相色谱仪之外的各种其它装置可以与本技术的实施例一起使用。图2是根据本技术的实施例的气相色谱仪的示意系统图。虽然现在将提供气相色谱仪200的示例，但是应该理解，气相色谱仪200可以采用多种其它形式和配置。例如，应当理解，气相色谱仪200可以具有用于色谱柱、阀、检测器等的其它配置。然而，在该示例中，气相色谱仪200例示性包括载气入口202、样品入口204、样品排气出口206和测量排气出口208。在操作中，载气被提供至流动板210，在此载气通过调节器212和干燥器214，然后进入分析炉216并通过载气预热器218。在测量期间，样品气体经由样品入口204进入色谱仪200并通过分析器炉216内的样品气体预热器220。样品气体(在测量期间)或校准气体(在校准期间)和载气最终进入多个气动控制的多端口选择阀60，以便根据已知的气相色谱技术使各种体积的样品和/或载气选择性地流过各种色谱柱222。每个气动控制的多端口选择阀60流体联接到相应的螺线管224，螺线管224从控制器226接收其控制信号。另外，如图2所示，每个气动控制的多端口选择阀60具有一对状态。在第一状态中，每个阀60的流体连接以实线示出。处于第二状态的每个阀60的流体连接以虚线示出。控制器226还可操作地联接到检测器228，其允许确定样品内的离子浓度，如将参照图3所讨论的。因此，控制器226能够通过控制螺线管224完全控制通过气相色谱仪200的流量。另外，控制器226能够确定检测器228的响应以确定离子浓度。以这种方式，控制器226能够针对一段选定的时间将样品选择性地引入至色谱柱中，使气体反向流过色谱柱；并引导通过检测器的反向流以观察和/或记录检测器随时间的响应。这提供了与样品有关的色谱分析。图3是根据本技术的实施例的气相色谱仪检测器组件的示意图。检测器228例示性包括燃烧器组件324、探针组件316、气体输送子系统304、电力供给320、真空子系统318、计量仪314、传感器332和控制器226。简而言之，为了确定来自任何或所有色谱柱222的洗脱样品内的离子浓度，将洗脱样品与氢气混合，并与点火源和零空气一起用于在燃烧器组件内产生火焰322。当洗脱样品与氢气混合并用作火焰322的燃料源时，燃烧器组件324内的混合样品燃烧时产生离子-电子对。然后可以使用电力供给320在火焰322上施加直流偏置，以防止离解的离子-电子对的重组。当火焰322在燃烧器组件324内燃烧时，使用探针组件316和计量仪314确定样品308的离子浓度。例如，当火焰流出物作用在探针组件316上时，计量仪314可测量探针组件316的散射参数(例如，S11散射因子)。基于散射因子，可以确定探针组件316的谐振频率fr和品质因子Qr，其反过来允许确定离子浓度，如稍后将讨论的。燃烧器组件324例示性包括封套326、配置成同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波谐振器式火焰离子化检测器组件，其特征在于，包括：/n微波谐振器，所述谐振器邻近火焰设置以用于评估火焰流出物中的离子浓度；/n其中所述谐振器的谐振频率被检测并且所述谐振器的反射系数被使用以确定所述谐振器所浸入于的材料的电容率；和/n其中所述电容率取决于所述谐振器附近的离子浓度，并且其中所述离子浓度与所述火焰中存在的碳氢化合物浓度有关。/n

【技术特征摘要】
20180503 US 62/666,168;20180928 US 16/146,1931.一种微波谐振器式火焰离子化检测器组件，其特征在于，包括：
微波谐振器，所述谐振器邻近火焰设置以用于评估火焰流出物中的离子浓度；
其中所述谐振器的谐振频率被检测并且所述谐振器的反射系数被使用以确定所述谐振器所浸入于的材料的电容率；和
其中所述电容率取决于所述谐振器附近的离子浓度，并且其中所述离子浓度与所述火焰中存在的碳氢化合物浓度有关。


2.根据权利要求1所述的微波谐振器式火焰离子化检测器组件，其特征在于，还包括：
燃烧器组件，所述燃烧器组件配置成接收气体样品并基于所述气体样品产生所述火焰，所述气体样品包括来自气体输送子系统的碳氢化合物的浓度。


3.根据权利要求2所述的微波谐振器式火焰离子化检测器组件，其特征在于，所述谐振器包括发夹式谐振器，所述发夹式谐振器联接到所述燃烧器组件作为探针组件的一部分。


4.根据权利要求3所述的微波谐振器式火焰离子化检测器组件，其特征在于，还包括：
联接到所述谐振器的计量仪，所述计量仪配置成当所述火焰流出物作用在所述谐振器上时检测所述谐振器的反射系数并产生指示所述反射系数的信号。


5.根据权利要求4所述的微波谐振器式火焰离子化检测器组件，其特征在于，所述计量仪包括被配置成感测所述谐振器的反射系数的反射计或网络分析器。


6.根据权利要求4所述的微波谐振器式火焰离子化检测器组件，其特征在于，还包括：
联接到所述计量仪的控制器，所述控制器配置成接收来自联接到所述谐振器的所述计量仪的信号，并且基于所述信号，确定所述谐振器所浸入于的材料的电容率。


7.根据权利要求6所述的微波谐振器式火焰离子化检测器组件，其特征在于，所述控制器进一步配置成基于所述谐振器所浸入于的材料的电容率来确定所述气体样品内的碳氢化合物的浓度。


8.根据权利要求1所述的微波谐振器式火焰离子化检测器组件，其特征在于，所述反射系数包括S11参数信息。


9.根据权利要求2所述的微波谐振器式火焰离子化...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯蒂斯·W·小贝尔纳普，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：新型
国别省市：美国;US