放电离子化电流检测器制造技术

一种放电离子化电流检测器，以改进检测灵敏度相对于试样导入量的直线性。与等离子气体向下流动相反，从连接至上部气体通路４的下端的下部气体通路（１０）的下端向上提供稀释气体。用于排出等离子气体、稀释气体和试样气体的气体排出通路（１５）配置在离子收集电极（１１）和偏压施加电极（１２）之间。通过毛细管（１６）导入的试样气体由于等离子气体和稀释气体碰撞产生的紊流而与等离子气体和稀释气体混合。试样成分被来自等离子的光高效离子化，而不受高浓度试样成分的遮光影响。由于离子生成区域靠近电极（１１和１２），离子可以在直流电场的作用下快速移动短的距离并在寿命结束之前到达离子收集电极（１１）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种主要适合作为气相色谱(GC)检测器的放电离子化电流检测器， 并且更具体地，涉及一种使用低频阻挡放电的放电离子化电流检测器。
技术介绍
作为气相色谱检测器，已经实际应用了诸如热导池检测器(TCD)、电子捕获检测器 (ECD)、火焰离子化检测器(FID)、火焰光度检测器(FPD)和火焰热离子检测器(FTD)等的各种类型的检测器。在这些检测器中，FID应用得最广泛，特别是用于检测有机物质。FID 是利用氢火焰使试样气体中的试样成分离子化并检测由此产生的离子电流的装置。FID可以获得约6个量级的宽动态范围。然而，FID存在以下缺陷(I)FID的离子化效率低，这使得FID的最小可检测量不够低；O)FID对于醇类、芳香族物质和含氯物质的离子化效率低；FID需要为高危险性物质的氢，因此必须配置防爆设备或类似的特殊设备，这使得整个系统更难以运转。另一方面，作为能够高灵敏度检测从无机物质到低沸点有机化合物的各种化合物的检测器，传统上已知有脉冲放电检测器(PDD)(例如，参考专利文献1)。在PDD中，利用高压脉冲放电来激发氦或其它物质的分子。当这些分子从激发态恢复至基态时，这些分子产生光能。利用该光能使要分析的分子离子化，并且检测由所产生的离子引起的离子电流，以获得与要分析的分子的量(浓度)相对应的检测信号。在大多情况下，与FID相比，PDD可以实现更高的离子化效率。例如，FID对于丙烷的离子化效率不高于0. 0005%，而PDD可以实现的离子化效率的程度高达0. 07%。尽管具有该优势，PDD的动态范围不如FID的动态范围宽；事实是，PDD的动态范围比FID的动态范围低一个或多个量级。这是PDD不如FID应用广泛的原因之一。对于传统的PDD的动态范围而言最有可能的制约因素是为了离子化所产生的等离子的不稳定性和等离子态的周期性波动。为了解决该问题，已经提出了放电离子化电流检测器(例如，参考专利文献2)。该检测器使用低频AC激发介质阻挡放电(以下称为“低频阻挡放电”)来产生稳定可靠的等离子态。利用低频阻挡放电所产生的等离子是非平衡大气压等离子，其不会如利用射频放电所产生的等离子那样容易变热。此外，防止了在利用脉冲高压激发产生等离子的情况下由于电压施加状态的转变而发生的等离子的周期性波动， 从而可以容易地获得稳定可靠的等离子态。基于这些发现，本专利技术人已对使用低频阻挡放电的放电离子化电流检测器进行了各种研究，并且已对这种技术作出了多个提案(例如， 参考专利文献3和4)。如前面所解释的，低频阻挡放电产生稳定的等离子态并且还在降噪方面具有优势。因此，使用低频阻挡放电的放电离子化电流检测器可以实现高的S/N比。然而，使用低频阻挡放电的传统的放电离子化电流检测器还具有的问题之一是检测灵敏度的直线性差。图3是示出在测量辛烷(C8H18)时FID和传统的通用型放电离子化电流检测器的检测灵敏度的实际测量值的示例的图。在图3中，横轴表示试样导入量的对数值，而纵轴表3示检测灵敏度。在这些纵轴中，左侧的纵轴表示FID用的标尺，而右侧的纵轴表示放电离子化电流检测器用的标尺。可以发现放电离子化电流检测器的检测灵敏度的绝对值比FID的高约两个量级，而其维持灵敏度相对于试样导入量的直线性的范围比FID的窄。特别是在试样浓度高的区域中，灵敏度明显下降。尽管图3没有示出，FID实际上在低于0. Olng的区域中维持灵敏度的直线性。对于FID，在约为7个量级的试样导入量的范围内维持灵敏度的直线性。另一方面，对于放电离子化电流检测器，在不宽于4个量级的试样导入量的范围内维持灵敏度的直线性。
技术介绍
文献专利文献专利文献1 =US 5，394，092A1 专利文献 2 =US 5，892，364A1专利文献3 :W0 2009/119050A1专利文献4 JP 2010-60354A
技术实现思路
专利技术要解决的问题作出本专利技术以解决前述问题，并且本专利技术的主要目的是针对使用低频阻挡放电的放电离子化电流检测器，使可以维持检测灵敏度的直线性的试样导入量范围变宽。用于解决问题的方案在使用低频介质阻挡放电的放电离子化电流检测器中，试样成分主要因来自等离子的光的作用而被离子化，并且在传统结构中，检测灵敏度在试样成分的浓度高时下降尤其明显。因此，传统结构中检测灵敏度下降的原因之一很可能是由于高浓度试样成分引起的光的吸收或散射的影响，仅部分试样成分被光充分照射，从而使得离子化效率不可能高。 此外，根据本专利技术人的研究，即使产生了足量的离子，由于所产生的离子的寿命非常短，这些离子向离子收集电极移动的长距离也极有可能造成这些离子中途消失。另外，所产生的离子在由施加至偏压施加电极的直流电压所形成的电场的作用下向离子收集电极移动。然而，如果该电场没有充分覆盖离子生成区域，则离子的移动速度变低，由此最终造成这些离子在移动途中消失。考虑到前述几点，本专利技术人产生了以下的想法通过在试样气体导入气体通路之后使试样成分高效迅速地扩散到受由于高浓度试样成分引起的光的吸收和散射的影响的范围之外的区域，并且通过使试样成分被离子化的区域与均用于检测离子电流的离子收集电极或偏压施加电极之间的距离最小化，来改进灵敏度相对于试样导入量的直线性。本专利技术人还已通过实验确认了由该改进所获得的效果。具体地，为了解决前述问题，本专利技术提供了一种用于使试样气体中的试样成分离子化并且进行检测的放电离子化电流检测器，其中，使用通过放电所产生的等离子来使所述试样气体离子化。所述放电离子化电流检测器包括a)等离子生成部件，用于在使等离子气体沿一个方向流动的第一气体通路中利用低频AC电场来产生介质阻挡放电，从而利用该放电从所述等离子气体产生等离子；b)第二气体通路，其连接至所述第一气体通路的出口端，在所述第二气体通路中，使稀释气体从与所述第一气体通路的连接部相对的端部起沿与所述等离子气体的流动方向相反的方向流动；c)试样气体导入通路，用于将试样气体导入所述第二气体通路；d)离子电流检测部件，其包括沿所述第二气体通路中的气体流动方向彼此分离地配置的离子收集电极和偏压施加电极，用于检测从通过由所述等离子生成部件所产生的等离子的作用而被离子化的所述试样气体中的试样成分产生的离子电流；以及e)气体排出通路，其以入口端位于所述离子收集电极和所述偏压施加电极之间的方式连接至所述第二气体通路，用于将所述等离子气体、所述稀释气体和所述试样气体从所述第二气体通路排出到外部。作为根据本专利技术的放电离子化电流检测器的优选实施例，沿所述等离子气体的流动方向依次配置所述离子收集电极和所述偏压施加电极，并且所述试样气体导入通路被配置为将所述试样气体导入所述第二气体通路中相对于所述气体排出通路的连接部而言位于所述离子收集电极所在的一侧的空间中。可以使用从氦、氩、氮、氖和氙中选择出的任一种气体以及它们的任意混合作为所述等离子气体或所述稀释气体。在根据本专利技术的放电离子化电流检测器中，等离子气体流和稀释气体流在第二气体通路中位于气体排出通路的入口端处的连接部附近彼此碰撞，并且流入该气体排出通路，从而产生大的紊流。在第二气体通路中所产生的紊流使得通过试样气体导入通路所导入的试样气体中包含的试样成分可以在等离子气体或稀释气体中快速扩散。因此，如果试样气体导入本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种放电离子化电流检测器，用于使试样气体中的试样成分离子化并且进行检测，其中，使用通过放电所产生的等离子来使所述试样气体离子化，所述放电离子化电流检测器包括：ａ）等离子生成部件，用于在使等离子气体沿一个方向流动的第一气体通路中利用低频ＡＣ电场来产生介质阻挡放电，从而利用该放电从所述等离子气体产生等离子；ｂ）第二气体通路，其连接至所述第一气体通路的出口端，在所述第二气体通路中，使稀释气体从与所述第一气体通路的连接部相对的端部起沿与所述等离子气体的流动方向相反的方向流动；ｃ）试样气体导入通路，用于将试样气体导入所述第二气体通路；ｄ）离子电流检测部件，其包括沿所述第二气体通路中的气体流动方向彼此分离地配置的离子收集电极和偏压施加电极，用于检测从通过由所述等离子生成部件所产生的等离子的作用而被离子化的所述试样气体中的试样成分产生的离子电流；以及ｅ）气体排出通路，其以入口端位于所述离子收集电极和所述偏压施加电极之间的方式连接至所述第二气体通路，用于将所述等离子气体、所述稀释气体和所述试样气体从所述第二气体通路排出到外部。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：品田惠，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：JP