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氣相層析儀中的增強型等離子放電檢測器(Epd)介紹

# 第17期

氣相層析儀中的增強型等離子放電檢測器(Epd)介紹

1.0 氣相層析儀中常見的檢測器:

市場上有幾種GC檢測元件。其中一些具有普遍性應用,而另一些則用在特定於化合物家族。有些檢測元件是取決於待測分子質量相依性,有些是取決於濃度相依性。

以下介紹幾種是最普遍的檢測元件:

FID: 它需要H2燃料和乾淨的助燃空氣來檢測大多數有機化合物。它也用於檢測CO和CO2,但是需要一個甲烷轉化器將它們轉化為CH4再作檢測。

ECD: 主要用於檢測鹵化物,氮化物,有機金屬化合物。它是一種非常靈敏的檢測器。但是,它需要放射源,該放射源常有特定的法規,需要操作允許和文書工作來處理用過的偵測器。

FPD: 可檢測硫、磷、錫、硼、砷、鍺..。它需要H2和清潔的空氣才能運行。PID: 檢測脂肪族、芳烴、酮、酯、醛、胺、有機硫和一些有機金屬化合物。它也是VOC測量的強大工具,具體取決於紫外燈的能量水準,它需要較頻繁更換燈管。

DID和PDID: 可以歸類為通用型檢測器,但大多數時候它們用於永久性氣體。通常用氦氣作載氣,這需要更複雜的層析組件的配置,以消除樣品背景。否則,它將導致戲劇性的基線紊亂和未分離的峰值波形。在某些情況下,使用PDID,使用混合摻配的載氣,用於降低其對特定背景的敏感性。

TCD: 也是一種通用型檢測器,但靈敏度相對較低,某些分子會有出現負回應。它也可能被反應性雜質損壞,具體取決於應用上所使用的設計。

MS(質譜儀)檢測器具有通用型響應,對於許多應用,需要GC前端來改善分離或消除MS電離部分中反應性樣品背景的負面影響。與質譜一起使用的前端GC可減少光譜中的片段數量來簡化光譜分析,從而消除干擾。一個很好的例子是當樣品同時包含CO和N2時,因為m / z比率相同,即28。這在氣體分析中很常見。

除MS檢測器系統外,上面提到的其他檢測器,為使用者提供相關的原始電子信號。沒有雜訊過濾,往往靠軟體作的數據處理。然而,MS檢測器必然具有的數據處理演算法,並且還可以包括易於數據解釋的質譜資料庫。

 

2.0 介質阻擋氣體放電(DBD)

載氣形成等離子體:

某種氣體在通過高溫或強電磁場的作用時,此時該氣體內本身存在的游離電子會被加速,並撞擊該氣體的諸中性粒子,使該氣體中各顆中性粒子中的電子轉成為游離電子,而該中性粒子也會因缺少了電子而成為陽離子。這些分離出來的游離電子又會被該電場加速,再與其他中性粒子碰撞,此時該氣體擁有陰陽離子,有一部份粒子則維持中性。離子化後的氣體成為由各顆陰陽離子、游離電子、中性粒子等多種粒子所組成的電中性物質,其中陰離子的電荷量總和與陽離子的電荷量總和相等,這就是物理學上所謂「電漿」或稱「等離子體」,此時物質廣義上的總電荷是零。

本節簡要描述了通過介電阻隔器來保持等離子體。這種系統稱為介質阻擋放電或DBD。

Epd檢測器基於氣體放電(稱為等離子體),通過介電阻隔器或更確切地說是電容屏壁來維持。這是一種部分電離的介質,它被定義為物質的第四態。

部分電離意味著並非所有分子都被電離。

電離度定義為α = Ni /(Ni+Nn)。

其中Ni是離子密度的數,

Nn是中性離子的密度數。

像He或Ar這樣的純單原子氣體的等離子體由電子,正離子,中性粒子和亞穩態物質,自由基,準分子和高能光子組成。當有一種以上的氣體進入等離子體時,會產生副產物併發生其他現象,例如由於化學反應而產生的副產物,以及在某些情況下產生自然界中通常找不到的不穩定化合物,如ArO。

等離子體對電場或磁場非常敏感。我們將利用這一特性來提高穩定性,

使用dielectric barrier來產生等離子體,此放電被歸類為弱電離,即10-6˂αi˂10-1。它也被稱為低溫等離子體。電離度接近1的等離子體被表徵為高度或完全電離,即像太陽這樣的聚變等離子體。我們的等離子體據說處於非局部熱力學平衡狀態。這意味著等離子體區中的各種顆粒並不具有相同的溫度。

對中性氣體(此處為載氣)施加交變電場來啟動和維持放電狀態。中性氣體總是含有一些電子和離子,這些游離電荷被電場加速,當它們與氣體中的原子和分子或與浮動電極(如選擇注射電極)的表面碰撞時,可能會產生新的顆粒,這些電極也可以塗覆催化劑以改善產物的產生或轉化。藉由由電荷載流子損耗平衡,因而形成穩態等離子體。

 

3.0 增強型等離子放電檢測器(Epd)和光學波長選擇模組(OWM)

簡單的再敘述一次Epd和OWM的工作行為:
1. 在檢測器的cell池體周圍加以高頻、高強度的電磁場,在高頻、高強電磁場的作用下載氣被電離為等離子體(plasma)。
2. 當樣品進入檢測器的cell池體之後,被等離子體電離並發出不同波長的光,光信號經光電二極體轉化為電信號,電信號強度的大小與樣品的濃度成正比。
3. 根據不同成分發出不同波長的光,使用特定的濾光片過濾掉干擾信號,只保留欲量測的特定波段的發射光譜,所以Epd+OWM形成一種選擇性的通用檢測器。
4. 可使用氬、氦、氮、氧和氫氣為載氣(亦即形plasma的主體)。

          

                                      Epd 的外觀

       

            光學波長選擇模組(OWM) 信號方塊圖                                                            OWM 外觀圖

Ka 6000型 層析分析儀運用了Epd、OWM裝成1台19”上架式連續自動分析儀。可配4個oven,5個色譜閥,3個EPC,2個檢測器。

量測大宗高純度氣體氬、氦、氢、氧、氮、CO2中的≦0.1ppb之雜質。

氣相層析儀中的增強型等離子放電檢測器(Epd)介紹