Устройство для ввода газа в анализатор масс-спектрометра

 

Изобретение может быть использовано преимущественно при исследовании газовых смесей с повышенным содержанием углекислого газа.Цель изобретения - поьшение чувствительности к определению малых компонент в газовой смеси. Обогатительная камера 5, соединенная с пробозаборником 1, снабжена вкладышем . Часть потока посредством делителя 7 газового потока проходит по капиллярным кольцевым каналам 8. В поглотителе 9 COg, содержащем, например , порошок Li ОН, где происходит 25-кратное обогащение потока инертными и нейтральными газами, активные газы (80, HjS и др.) сохраняются в первоначальном отношении к СО в другой части потока, прошедшей через капиллярную трубку 6. В смесительную камеру 10 обе части потока газа попадают в равных количествах . После смещения основная масса сбрасывается в откачную камеру 13о Малая доля отбирается для масс-спектрального анализа. В описании приведены расчеты для определения коэффициента обогащения смеси и редукции давления, а также временные характеристики предлагаемой системы ввода потока. Устройство имеет значительно меньший откачной объем, а следовательно , и вес за счет использования в качестве адсорбента СО:. Натекатели щелевого типа уменьшают сорбцию проходящих газов, что увеличивает точность измерения. 1 ил. S (Л со со О) со 05

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц 4 Н 01 .Т 49/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3978222/24-21 (22) 18. 11.85 (46) 07.09.87. Бюл. № 33 (71) Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского (72) Ю.А.Сурков, А.Н.Пудов и В.Ф.Иванова (53) 621.384(088.8) (56) Космические исследования, т. XXI, вып. 3, 1983, с. 410420.

I. Vac Sci Technol 16 (2), 1979, Авторское свидетельство СССР

¹ 672557, кл. G 01 N 27/62, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ГАЗА В

АНАЛИЗАТОР МАСС-СПЕКТРОМЕТРА (57) Изобретение может быть использовано преимущественно при исследовании газовых смесей с повьппенным содержанием углекислого газа. Цель изобретения — повышение чувствительности к определению малых компонент в газовой смеси.

Обогатительная камера 5, соединенная с пробозаборником 1, снабжена вкладышем. Часть потока посредством делителя 7 газового потока проходит по

ÄÄSUÄÄ 1336136 А1 капиллярным кольцевым каналам 8. В поглотителе 9 СО, содержащем., например, порошок Li ОН, где происходит 25-кратное обогащение потока инертными и нейтральными газами, активные газы (SO, Н Б и др.) сохраняются в первоначальном отношении к

СО в другой части потока, прошедшей через капиллярную трубку 6. В смесительную камеру 10 обе части потока газа попадают в равных количествах. После смешения основная масса сбрасывается в откачную камеру 13.

Малая доля отбирается для масс-спектрального анализа. В описании приведены расчеты для определения коэффициента обогащения смеси и редукции давления, а также временные характеристики предлагаемой системы ввода потока. Устройство имеет значительно меньший откачной объем, а следовательно, и вес за счет использования в качестве адсорбента СО . Натекатели щелевого типа уменьшают сорбцию проходящих газов, что увеличивает точность измерения. 1 ил.

1 13361

Изобретение относится к газовой масс-спектрометрии и может быть использовано при исследовании атмосфер планет с автоматических межпланетных станций (АЙС), а также земных газовых смесей с повышенным содержанием углекислого газа и изменяющимся в широком диапазоне давлением.

Цель изобретения — повышение чув10 ствительности к определению малых компонент в газовой смеси.

На чертеже представлена схема предложенного устройства, Устройство для ввода газа состоит из пробозаборника 1, имеющего отборную капиллярную трубку 2 с молекулярным натекателем 3 щелевого типа а и соединенного трубкой 4 с обогатительной камерой 5, которая снабжена вкладышем. Вкладыш выполнен в виде капиллярной трубки 6 с делителем 7 газового потока, образующим со стенками камеры 5 капиллярные кольцевые каналы 8. Между капиллярной трубкой 25

6 и стенками камеры 5 расположен поглотитель 9 (например, порошок

Li 0H). Обогатительная камера 5 соединена со смесительной камерой 10.

Напротив входного отверстия 11 каме-ры 10 расположен патрубок 12 для соединения с откачной камерой 13.

Смесительная камера 10 посредством капиллярной трубки 14 для подачи газа с молекулярным натекателем 15 щелевого типа через фланец 16 соединена с анализатором 17 масс-. спектрометра.

Конец трубки 14 расположен в средней части смесительной камеры 10 для равномерного обдува.

Устройство для ввода газа работает следующим образом.

Исследуемый газ вводится в устройство через трубки 2 и 4 и натекатель 3 ° На входе поток газа разделяется и направляется по двум каналам—

45 основная часть потока через капиллярный кольцевой канал 8 в объем поглотителя 9, а затем через каналы 8 в противоположном торце обогатительной камеры — 5 в смесительную камеру 10.

Остальная часть потока проходит через прямую капиллярную трубку 6 в смесительную камеру 10 °

Геометрия устройства и количество поглотители рассчитаны так, что в смесительную камеру 10 обе части газа попадают в равных количествах.

После смешания основная масса газа

36 2 через патрубок 12 сбрасывается в откачную камеру 13, малая доля через молекулярный натекатель 15 отбирается для масс-спектрального анализа. В доле газа, прошедшей поглотитель СО

2 происходит 25-кратное обогащение инертными и нейтральными газами (Ar, Kr N> C0S и др.). Активные газы (ЯО, H S и др.) сохраняются в первоначальном отношении к СО в части, прошедшей через прямую капиллярную трубку 6.

Коэффициенты обогашения,смеси и редукция давления, а также временные характеристики предлагаемой системы ввоДа определяются следующими расчетами.

Расчет коэффициента обогащения.

Коэффициент обогащения определяется отношением концентраций нейтральных компонент в газе, прошедшем систему ввода и поступившем в нее. Количество газа Я, поступающего в устройство ввода через натекатель с проводимостью U, из среды с давлением

Ро, равно

Количество газа Q, проходящего через ограничительный канал 8 с нроводимостью Ug

Uz

Q„ = Ч„ „

2 3 где U — проведимость прямого ка3 пилляра.

Количество газа Q, проходящего по прямому капилляру поглотителя 9

Qa=Q U +U

2 Э

Количество газа Q на выходе из

4. поглотителя СО

Qk= Q„U + U Сну

2 где С н — концентрация нейтральных газов в смеси.

Полное количество газа, поступающего в смесительную камеру, равно

Цз

ЧЬ+ОФ=QI V +U +

2 9

1336136

Ц2

+ о

U + U 4 г э

При этом полное количество нейт5 ральных газов, поступающих .в смесительную камеру

Ц1 Ц2

О ц, ц Н

Uy где Я1 U U . ф— количество нейт- 15 ральных газов, проходящих по прямому капилляру.

Количество СО, поступающего в смесительную камеру по прямому капил- 20 ляру цэ („= Р "U„.

+ э

Uq" U2 С4

25 ь. е

QCO, С02

Из смесительной камеры основная масса газа откачивается в объем 13, при этом количество газа Я, прошед3р шего через патрубок 12 ° выражается следующим образом: 5 1 4 где P. — давление в смесительной ка35 мере;

U< — проводимость откачного капилляра.

U определяется по формуле Пуазейля

188- с1

Рг +Р2 — 1 +

Uz

Цэ

Р1+Р2

50 где А — константа.

В этом случае () = Р, U „э Р

1 т.е. пропорционально квадрату давле2

Так как количество газа, проходящего в масс-спектрометр Q 6 = Р, Цs где U — проводимость натекателя 15, значительно меньше Q, то, пренебреUz

QH H= (, С„+

+ Ц U Сн Qz C„

z 9 цэ

Е... = „„,„« — C„) °

" Ц2 + Цэ

Отсюда коэффициент обогащения где QH u Q — количество нейтраль" ных компонент и СО2 соответственно в первоначальной смеси, а

I I

< QC< — на выходе.

Q„« — С„) цэ

""2+ЦЭ

При выбранной величине отношения производимостей щелевого натекателя и прямого капилляра 25 коэффициент .обогащения смеси нейтральными компонентами = 26. По активным газам (Н28 и др.) это отношение имеет вид: г

Яакт, Ч ак С02 С02 активный газ, как и СО2, поглощается поглотителем полностью).

Расчет коэффициента редукции.

Коэффициент редукции давления определяется отношением давлений газа перед н после прохождения системы ввода.

Поток газа в смесительную камеру

Qэ,+ Q пропорционален первой степени внешнего давления, что следует из расчета

Ц2

"2 + "9 "2+ ЦЭ

Ц2+Цэ U2+U3 заменяем согласно соотношению

1 где d и 1 — диаметр и длина капилляра соответственно

P — давление в откачном объе2 ме, 13361 гая потоком в масс-спектрометр, можно записать что весь газ,поступаюЭ

/ щий в смесительную камеру, откачивается в камеру 1.3, т.е. а 4 5Р

U.. Пг С) HQ,(„,U и ° и) = PP г з 3 таккакU, =P,U,, таP, U,(2 "5

Формула изобретения

V Р ин q .С„

Составитель Н.Катинова

Техред М.Дидык КоРРектоР А.Обручар

Редактор А.Козориз

Заказ 4053/51 Тираж 697 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4

+ †) - а Р или Ра - Р,.

Сн г г

U +U

Отсюда Р„= В fPo

Таким образом, предложенное устройство ввода газа редуктирует давление пропорционально корню квадратному из первоначального давления.

Расчет инерционности.

Инерционность устройства, по .обогащенным газам определяется формулой где V — объем поглотнтеля, 1

При V 0,001 л, P = 10 ммрт.ст..

Р = 10000 мм рт.ст., С „= 4X инерционность составляет 25 с.

Инерционность по газам, проходящим по прямому капилляру, составляет 5, с (определена экспериментально).

Таким образом, предлагаемое устройство ввода газа позволяет проводить непрерывный масс-спектральный анализ газовой смеси с изменяющимся давлением и большим содержанием С02.

По сравнению с известным предлагаемое устройство имеет следующие преимущества: проводит обогащение по

40 нейтральным газам, при этом чувстви36 6 тельность к их определению возрастает в 25 раз; обеспечивает рабочее . давление в ионном источнике при изменении давления в анализируемом газе на несколько порядков; имеет значительно меньший откачной объем, а следовательно, и вес, за счет применения адсорбента СОг, имеет молекулярные натекатели щелевого типа, что уменьшает сорбцию проходящих газов, а следовательно, увеличивает точность измерений.

Устройство для ввода газа в анализатор масс-спектрометра, включающее пробозаборник, содержащий отборную трубку с молекулярным натекателем, откачную камеру и капиллярную трубку для подачи газа в спектрометр, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения чувствительности к определению малых компонент в газовой смеси, оно снабжено обогатительной камерой, содержащей установленный по его оси вкладьпп, выполненный в виде капиллярной трубки с делителями газового потока по торцам, образующими со стенками капиллярные зазоры, и поглотитель, расположенный между капиллярной трубкой, стенками камеры и смесительной камерой, соединенной с обогатительной камерой и имеющей патрубок для соединения с откачной камерой, расположенной напротив входного отверстия, а конец капиллярной трубки для подачи газа в спектрометр расположен в центре смесительной камеры.