用于气体样品分析的光电离检测器和方法技术

公开了一种光电离检测器(PID)，该光电离检测器包括：电离室，该电离室被配置成使得气体样品的流能够穿过电离室，电离室限定电离区域和检测区域；光电离源，该光电离源被配置成产生用于对电离区域中的气体样品的流进行辐照的电离辐射；电场电离源，该电场电离源被配置成在电离室的内部施加电离电场，以与电离区域中的气体样品的流相交，电离辐射和电离电场被配置成对气体样品进行电离；以及离子检测器，该离子检测器被配置成在检测区域中检测由经电离的气体样品产生的电离电流。PID还可以包括光学窗口，该光学窗口例如由包括蓝宝石的窗口材料制成，并且被配置成使得电离辐射的至少一部分在进入电离区域之前能够穿过该光学窗口。窗口。窗口。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于气体样品分析的光电离检测器和方法


[0001]本
一般涉及气体检测，更具体地涉及用于检测气体样品中的化学化合物的光电离检测器。

技术介绍

[0002]各种类型的气体检测器和检测技术在本领域中是已知的。光电离检测器(PID)是一种类型的气体探测器。PID是响应于各种有机化合物(诸如挥发性有机化合物(VOCs))和一些无机化合物的宽带检测器。PID被广泛用于气相色谱(GC)，以及用于对环境和有害气体进行监测、检测和/或分析的各种其他工业和科学应用。传统的PID通常包括紫外(UV)辐射源、光耦合到UV辐射源的电离室以及置于电离室中的一对电偏置收集电极。UV辐射源典型地是填充有低压惰性气体(诸如氩气(Ar)、氙气(Xe)或氪气(Kr))的真空UV(vacuum UV，VUV)灯，UV辐射源被配置成产生光子能量典型地在约8.0eV至约12.0eV的范围内的UV辐射。UV辐射源具有光学窗口，光学窗口被配置成使得UV辐射能够穿过光学窗口并且进入电离室。光学窗口通常由氟化物盐晶体(诸如BaF2、CaF2、MgF2和LiF)制成。电离室被配置成使得气体样品能够流过电离室。由UV辐射源产生的UV辐射对流动的气体样品中的化学化合物进行电离，该化学化合物的电离能等于或小于UV光子的能量。这导致从化学化合物移除电子并且形成带正电荷的离子。收集电极具有在收集电极之间施加的电势差，该电势差在电离室内产生电场。电场将离子与电子分开，使得一个电极收集离子，另一个电极收集电子。这种电荷分离和收集过程产生电流，该电流可以被测量和分析以传递关于气体样品的定量和定性的成分信息。
[0003]PID具有各种优点，各种优点的非限制性示例包括PID的高灵敏度、大动态范围、多功能性、易用性、紧凑尺寸和无损检测能力。然而，PID也具有缺点和局限性。一个缺点是PID往往具有有限的寿命，并且受到性能逐渐下降的影响，尤其是在较高的光子能量下受到性能逐渐下降的影响。因此，在延长PID的使用寿命以提高性能方面，在PID领域中仍然存在挑战。

技术实现思路

[0004]本说明书一般涉及用于在气相色谱(GC)和其他气体检测应用中使用的光电离检测器(PID)和相关的操作方法。
[0005]根据一方面，提供了一种PID，该PID包括：
[0006]电离室，电离室被配置成使得气体样品的流能够穿过电离室，电离室限定电离区域和检测区域；
[0007]光电离源，光电离源被配置成产生用于对电离区域中的气体样品的流进行辐照的电离辐射；
[0008]电场电离源，电场电离源被配置成在电离室的内部施加电离电场，以与电离区域中的气体样品的流相交，其中，电离辐射和电离电场被配置成将气体样品电离成经电离的
气体样品；以及
[0009]离子检测器，离子检测器被配置成在检测区域中检测由经电离的气体样品产生的电离电流。
[0010]气体样品可以是已知、预期或怀疑含有分析物的任何气态物质，这些气态物质包括气体、汽化的液体和汽化的固体。所关注的分析物可以包括挥发性有机化合物(VOCs)，挥发性有机化合物的非限制性示例包括(仅举几个示例)：芳烃、烯烃、溴化物和碘化物、硫化物和硫醇、有机胺、酮、醚、酯和丙烯酸酯、醇、醛、烷烃和烷基卤化物。
[0011]在一些实施例中，电离室包括室主体、被配置成将气体样品接纳到室主体中的样品入口、以及被配置成从室主体排放气体样品的样品出口。室主体可以围封限定电离区域和检测区域的内部容积。室主体还可以提供样品流动路径，该样品流动路径使得气体样品能够从样品入口依次流过电离区域和检测区域到达样品出口。
[0012]在一些实施例中，光电离源被配置成在电磁光谱的紫外(UV)区域中发射电离辐射，例如在真空UV(VUV)子区域中发射电离辐射，更具体地在约150nm至约100nm的波长范围内发射电离辐射，该电离辐射大约对应于介于约8.0eV至约12.0eV之间的光子能量。这种光子能量可以使得各种所关注的分析物能够被电离，而不伴随典型运载气体的电离，或者伴随很少或可以忽略不计的典型运载气体的电离。虽然本文所公开的各种实施例使用在UV范围内的电离辐射，但是一些实施例可以使用在电磁光谱的其他区域(例如，可见范围)内的电离辐射。
[0013]在一些实施例中，PID包括光学窗口，该光学窗口被配置成使得电离辐射的至少一部分在进入电离室的电离区域之前能够穿过该光学窗口。根据应用，光学窗口可以作为光电离源或电离室的部件提供，或者作为PID的不同部件提供。由光电离源产生的电离辐射包含高能光子，该高能光子能够单独或与由电场电离源施加的电离电场一起对气体样品中的所关注的一种或多种分析物进行电离。在一些实施例中，气体样品的流、电离电场和与光学窗口正交的表面彼此相互垂直。在一些实施例中，光学窗口由包括氟化锂(LiF)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)、氟化钡(BaF2)、氟化锶(SrF2)、氟化钠(NaF)、蓝宝石(Al2O3)或石英(SiO2)或其组合的窗口材料制成。
[0014]在一些实施例中，光电离源包括与电离室光学通信的至少一个UV灯。UV灯可以包括灯主体，该灯主体围封限定放电区域的内部容积，该放电区域被配置成在放电区域中接纳放电气体。UV灯还可以包括或联接到灯电源和相关的电子电路，灯电源被配置成将放电区域的内部的放电气体激励成产生电离辐射的等离子体。UV灯还可以包括光学窗口，该光学窗口被安装到灯主体，并且被配置成使得在放电区域的内部产生的电离辐射的至少一部分能够穿过该光学窗口并进入电离室。在一些实施例中，至少一个UV灯包括一对UV灯，这对UV灯置于电离室的相对侧。
[0015]放电气体可以是任何气体或气体的组合，任何气体或气体的组合能够产生伴随辐射(例如，UV辐射)发射的等离子体。由气体放电等离子体发射的UV光子的能量可以取决于用于填充放电区域的放电气体的类型。放电气体的非限制性示例包括(仅举几个示例)：氩气(Ar)、氙气(Xe)、氪气(Kr)、氖气(Ne)、氦气(He)、氢气(H2)、氧气(O2)、氮气(N2)或其组合。
[0016]光学窗口可以可移除地安装到灯主体。在这种情况下，可以执行光学窗口的移除以进行检查、清洁、修复、更换和/或任何其他合适的维护操作。光学窗口可以由在某些光谱
范围内具有高UV透射率的材料制成。光学窗口可以用作截止滤光器，该截止滤光器确定在放电区域中产生的电离辐射的光谱，该电离辐射离开UV灯进入电离室，以对在电离区域中的气体样品进行照射。光学窗口可以具有高截止光子能量的特征，超过该高截止光子能量，该光学窗口的透射率显著下降，从实用的角度变得很低或可以忽略不计。窗口材料的非限制性示例包括(仅举几个示例)：晶体材料(诸如氟化锂(LiF)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)、氟化钡(BaF2)、氟化锶(SrF2)、氟化钠(NaF)、蓝宝石(Al2O3)、石英(SiO2)及其组合)以及任何合适的当前或未来的窗口材料。由于不同的窗口材料具有不同的透射光谱，被透射到电离室中的最高能量光子可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光电离检测器(PID)，包括：电离室，所述电离室被配置成使得气体样品的流能够穿过所述电离室，所述电离室限定电离区域和检测区域；光电离源，所述光电离源被配置成产生用于对所述电离区域中的所述气体样品的流进行辐照的电离辐射；电场电离源，所述电场电离源被配置成在所述电离室的内部施加电离电场，以与所述电离区域中的所述气体样品的流相交，其中，所述电离辐射和所述电离电场被配置成将所述气体样品电离成经电离的气体样品；以及离子检测器，所述离子检测器被配置成在所述检测区域中检测由所述经电离的气体样品产生的电离电流。2.根据权利要求1所述的PID，其中，所述电离室包括室主体、被配置成将所述气体样品接纳到所述室主体中的样品入口、以及被配置成从所述室主体排放所述气体样品的样品出口。3.根据权利要求1或2所述的PID，其中，所述光电离源被配置成在紫外(UV)区域中发射所述电离辐射。4.根据权利要求3所述的PID，其中，所述光电离源被配置成在约150nm至约100nm之间的波长范围内发射所述电离辐射。5.根据权利要求3或4所述的PID，其中，所述光电离源包括UV灯，所述UV灯包括：灯主体，所述灯主体围封放电区域，所述放电区域被配置成在所述放电区域中接纳放电气体；灯电源，所述灯电源被配置成将所述放电区域的内部的所述放电气体激励成产生所述电离辐射的等离子体；以及光学窗口，所述光学窗口被安装到所述灯主体，并且被配置成使得在所述放电区域的内部产生的所述电离辐射的至少一部分能够穿过所述光学窗口并进入所述电离室。6.根据权利要求5所述的PID，其中，所述UV灯被配置成根据基于介质阻挡放电的激励方法进行操作。7.根据权利要求6所述的PID，其中，所述UV灯包括：一对放电电极，所述一对放电电极以间隔开的关系置于所述灯主体的相对侧，以在所述放电区域中限定放电间隙；以及一对介质阻挡部，所述一对介质阻挡部置于所述放电间隙中，每个介质阻挡部沿着所述放电电极中的相应的一个延伸并且与所述放电电极中的相应的一个相邻，其中，所述灯电源被配置成通过向所述放电电极施加放电驱动信号来将所述放电气体激励成所述等离子体，以产生跨越所述放电间隙的放电电场。8.根据权利要求7所述的PID，其中，所述灯主体包括提供所述一对介质阻挡部的一对相对的侧壁。9.根据权利要求5至8中任一项所述的PID，其中，所述气体样品的流、所述电离电场、以及与所述光学窗口正交的表面彼此相互垂直。10.根据权利要求5至9中任一项所述的PID，其中，所述UV灯包括放电气体入口和放电气体出口，所述放电气体入口被配置成将所述放电气体接纳到所述放电区域中，所述放电
气体出口被配置成从所述放电区域排放所述放电气体。11.根据权利要求10所述的PID，其中，所述放电气体入口和所述放电气体出口被配置成连接到气体流通系统，所述气体流通系统被配置成使所述放电气体的流从所述放电气体入口流通通过所述放电区域到达所述放电气体出口。12.根据权利要求5至11中任一项所述的PID，其中，所述放电气体包括：氩气(Ar)、氙气(Xe)、氪气(Kr)、氖气(Ne)、氦气(He)、氢气(H2)、氧气(O2)、氮气(N2)或其组合。13.根据权利要求5至12中任一项所述的PID，其中，所述UV灯包括一对UV灯，所述一对UV灯置于所述电离室的相对侧。14.根据权利要求5至13中任一项所述的PID，其中，所述光学窗口由包括氟化锂(LiF)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)、氟化钡(BaF2)、氟化锶(SrF2)、氟化钠(NaF)、蓝宝石(Al2O3)或石英(SiO2)或其组合的窗口材料制成。15.根据权利要求1至4中任一项所述的PID，还包括光学窗口，所述光学窗口被配置成使得所述电离辐射的至少一部分在进入所述电离区域之前能够穿过所述光学窗口。16.根据权利要求15所述的PID，其中，所述光学窗口由包括氟化锂(LiF)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)、氟化钡(BaF2)、氟化锶(SrF2)、氟化钠(NaF)、蓝宝石(Al2O3)或石英(SiO2)或其组合的窗口材料制成。17.根据权利要求1至16中任一项所述的PID，其中，所述电场电离源包括：一对电离电极，所述一对电离电极相对于所述电离区域布置；以及电离电源，所述电离电源被配置成向所述电离电极施加电离驱动信号，以在所述电离区域中产生所述电离电场。18.根据权利要求17所述的PID，其中，所述电离电源被配置成产生作为直流(DC)信号的所述电离驱动信号。19.根据权利要求17或18所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊夫斯，
申请(专利权)人：机械解析有限公司，
类型：发明
国别省市：