[发明专利]一种用于分析气体中杂质的电离探测器及其运行方法

说明书

本发明公开了一种用于分析气体中杂质的电离探测器及其运行方法。电离腔室包括阴极板、阳极板、绝缘壁面和检测电极，阴极板和阳极板相对平行设置，且阴极板和阳极板与临近的绝缘壁面垂直，检测电极相对设置于临近阳极板的绝缘壁面上，直流电源的负极极与阴极板连接，直流电源的正极同时与阳极板和数模转换器的另一端连接，检测电极与电阻器的另一端连接。本发明能实现接近大气压下的直流微放电等离子体，在高气压下能够对杂质气体或金属进行分析。与脉冲放电产生的余晖等离子体相比具有结果稳定性高、电子测量系统要求低的特点。不需要具有纳秒级别的触发电路。

技术领域

本发明属于仪器设备制造领域，特别是涉及一种用于分析气体中杂质的电离探测器及其运行方法。

背景技术

对混合物电离时形成的一些离子进行质谱分析，可确定其化学成分，这就是普遍为大众熟知的气体混合物分析方法(示例请参阅美国专利，专利号：7544233,7294197,6831276,6590207)。利用荷质比分离并测量离子电流，可以定性定量地确定气体混合物成分。该项所申报的发明专利的整体特征是，在电离腔内实现混合物的电离。其他类似方法的缺点是必须采用大尺寸的质谱分析器，并保证设备内部高真空度，从而使不同荷质比的离子沿着特定轨道飞行到探测器。如果无法保持高度真空，则离子与残余气体发生碰撞并偏离既定轨道，导致散射。

目前常用的测试方法(例如，T.A.Carlson.Photoelectron and AugerSpectroscopy.Plenum,NewYork,1975.)，该气体混合物化学成分测试方法基于如下事实：可以测得由气体电离而产生的电流和电子动能，而激发粒子的能量是固定的，尤其是光子。根据已知光子能量与被测量的电子动能之差能得到一个气体分子或原子电离势能，根据这些信息可以分析混合物成分。光电子的能量分布与已知的光电离截面同样也可以确定所分析混合物各组分的空间分布。该项所申报的发明专利整体特征是，利用电离腔中气体混合物中的光子实现电离，并且根据被撞击出的电子能量的测量结果鉴定这些组分，因为分子或原子的电离势可以通过已知的光子能量和被测量的电子动能之差来确定。但这种方法的缺点是，必须采用大尺寸的能谱分析器，并保证设备内部保持高真空度，从而使不同动能的电子沿特定轨道飞行到探测器上。如果无法保持高度真空，则离子与残余气体发生碰撞并偏离既定轨道，导致散射。

一些确定气体中杂质的方法，是基于测量在气体被激发时电离电流变化的原则(Wentworth et al.美国专利5317271；Zhu et al.美国专利5192865；Wentworth et al.美国专利5153519；Simon et al.美国专利5578271；Stearn et al.美国专利5532599)。这些方法要求的探测器尺寸比较小，可以在不同压力状态下(从高压一直到标准大气压)运行，这些所申报的发明的整体特征是，杂质原子或分子与带一定能量的粒子(亚稳态氦原子)碰撞时，会在电离腔室内发生电离，测量特定腔体中电极上不同电压的电流，根据整体的电子电流确定是否存在杂质。这种方法的缺点是，他们只能发现在主要气体中出现了杂质，但无法对杂质的分子或原子进行鉴定，更不能确定其空间分布。

已知一种测量气体混合物的方法(A.A.Kudryavtsev,A.B.Tsyganov.中华人民共和国专利ZL200380106502.2“用于实施所述方法的气体分析方法和电离检测器”,发布于2009年2月25日)，这种方法可以通过测量在脉冲气体放电余辉中，杂质发生电离时形成的电子能量确定气体中的杂质，选脉冲气体放电作为原型。该项所申报的发明专利的整体特征是，产生气体放电的等离子体，由阴极、阳极、以及壁面所束缚，选择气体压强与电极结构使得放电室内部任意一点到最近阳极或极板表面的距离都小于电子平均自由程的70倍，通过确定特定能量的电子数量，这种电子在混合物中特定的原子和分子发生电离时才会产生，最后再根据这些电子的参数判断混合物的成分。这一方法的缺点在于，使用脉冲模式产生气体放电，以及相应的脉冲运行模式信号记录系统，会使测量变得更复杂。相比于直流放电等离子体，脉冲测量方法会降低测量的准确性。