[发明专利]微放电检测方法及设备

说明书

发明领域

本发明涉及例如可用作独立式传感器或气相色谱仪中的检测器的 微放电检测器。

发明背景

微放电检测器(MDD)或传感器可根据由放电激发或发射的分子的 发射光谱来检测气样中分子的存在。

微放电检测器包含气室，试样(如气态或汽态流体)可引入其中以 在两个位置接近的电极之间流动。通常电极之间相距约20-200μ。在电 极上生成电压以导致电极之间的放电。微放电检测器的典型电压可为约 200-600伏。此电压和相关电流可以是连续的(DC)也可以是交变的 (AC)。在试样流体经过电极之间并被放电击中时，流体的元素成分 将发射电磁波。每种元素均有其特征发射光谱或特征光谱(signature  spectrum)。一个或多个光电检测器检测发射光谱。通常，微放电检测器 具有光电二极管阵列，每个光电二极管经滤波而接收不同的、狭窄的 带宽的辐射。然后，可分析发射光谱以确定试样由什么元素组成。

使用微放电检测器的一种特殊科学测量仪器是气相色谱仪(GC)。 在气相色谱仪中，气体的试样脉冲被引入另一气体的载流中。载流通常 包含氦、氢或氮。但是，其他气体如空气(环境或患者的呼吸)也可以作 为载气，特别是在微型气相色谱仪如PHASED(参见美国专利申请 6,393,894)中。

用泵推动或抽拉载气通过含聚合物的弯曲毛细管通道，该聚合物可 吸附和脱附气体分子。例如，该聚合物可以是毛细管通道内壁上的涂 层。要确定成分的样气在毛细管通道的入口处作为脉冲引入载气。聚 合物涂层吸附和脱附气体混合物中的分子(包括载气的分子和试样脉 冲气体的分子)。混合物中的分子越重，被吸附和脱附的速率越慢。因此， 分子越重，就需要越长的时间从入口到出口通过毛细管。毛细管的出 口连接到微放电检测器。因此，微放电检测器不仅检测峰通过电极的电 磁发射光谱，还检测峰通过电极的时间。因此，微放电检测器的输出 信息提供可用于确定样气中的原子和/或分子的两维数据，即1)每个峰 通过毛细管的时延以及2)每个峰的发射光谱。

由于聚合物会吸附和脱附载气，微放电检测器亦可检测载气的特 征发射光谱。此背景信号，即载气的电磁发射线/频带和/或电等离子体 性质必然会对要检测的且由样气携带的分析物的测量造成干扰。如果 载气或样气是空气，由于空气是含N₂、O₂、H₂O、Ar、CO₂、NO_x和其 他痕量气体的混合物，每种都有其各自的发射光谱，这一点尤其成问 题。所有这些分子的发射频带会掩盖样气的微放电发射属性和关注分 析物的“特征”。它们还可随压力、时间和温度而改变，进一步削弱获 得准确测量值的能力。

按照传统方式，活性发射带之间的零光谱发射用作光谱仪中的参 考基准。作为技术改进，商用光谱仪，如Ocen Optics的产品，提供了 用于从样气或峰值气体发射光谱中减去载气光谱以更好地显现和测量 关注频带的部件。但是，在从一个减去另一个之前，此类光谱仪会及时 地按顺序记录这两个光谱。

因此，本发明的一个目的是提供改进的微放电检测系统。

本发明的另一个目的是提供改进的气相色谱仪。

发明内容

本发明是一种差分微放电检测系统。该系统包含两个微放电检测器 (MDD)，输出测量信号被组合以生成减少或消除噪声成分的差分测量 信号。如果连接气相色谱仪来使用，则例如可连接一个MDD，以接收 已通过气相色谱仪并且被气相色谱仪分离为其各个成分的被测气样 (包括载气)。被测试样是代表独立分析物的一系列峰，从涂有聚合物 的毛细管的出口洗提。每个洗脱峰在进入放电空间时会发射其分子组 成特有的光谱，同时载气也会发射其光谱。连接另一MDD以接收参考 气样。参考试样可以是不含试样脉冲的载气。参考试样也可以是含待分 析样气但处于未预浓缩和未分离状态的载气。参考试样具有会干扰或 掩盖被测光谱发射的发射光谱。

两个MDD的输出被馈送到差分电路，该电路输出来自两个MDD 的信号之间的差值或比值，从而从样气脉冲的测量值中抑制或有效消 除载气的干扰信号。

此外，在本发明的优选实施例中，两个MDD的电极之间的电流、 阻抗或电压会输入到另一差分电路，由此获得的差分信号用作提供有 关样气的更多信息的第三维测量值。