Detektory jonizacyjne

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Poglądowy schemat komory jonizacyjnej (gwiazdka – czynnik jonizujący)
Poglądowa zależność natężenia prądu od natężenia pola elektrycznego

Detektory jonizacyjne – grupa detektorów stosowanych do oznaczeń stężenia składników mieszanin gazowych, których działanie polega na pomiarach (z zastosowaniem elektrometru) natężenia prądu płynącego przez gaz w komorze jonizacyjnej. Jonizacja gazu zachodzi pod wpływem promieniowania jonizującego lub w płomieniu. Natężenie prądu jest skorelowane ze stężeniem składników gazu, które ulegają jonizacji, przy czym jest niezbędna kalibracja urządzeń w warunkach pomiarów. Detektory jonizacyjne są stosowane w takich analizatorach gazów, jak dozymetry lub chromatografy gazowe.

Detektor wychwytu elektronów (detektor jonowy rekombinacyjny; ang. Electron Capture Detector; ECD) – niedestrukcyjny czujnik radiojonizacyjny, jeden z typów detektorów jonizacyjnych), stosowany jako element chromatografów gazowych, czuły przede wszystkim na zanieczyszczenia zawierające pierwiastki o dużej elektroujemności (detektor selektywny). Cząsteczki analitów są wprowadzane wraz z gazem nośnym do komory jonizacyjnej (ok. 1 cm), w której ulegają jonizacji pod działaniem promieniowania beta. Źródłem promieniowania jonizującego jest najczęściej izotop niklu Ni. ECD jest stosowany do oznaczania małych stężeń pestycydów chlorowcowych i innych produktów halogenowania związków organicznych (np. wykrywalność CCl4 wynosi ok. 10 g).Rad (Ra, łac. radium) – pierwiastek chemiczny z grupy metali ziem alkalicznych w układzie okresowym. Nazwa pochodzi od łacińskiego słowa radius oznaczającego promień.

Zasada działania[ | edytuj kod]

Możliwość wykorzystania w czasie analiz składu gazów (uważanych za doskonałe izolatory) zjawiska przewodzenia prądu elektrycznego, wskazał J. E. Lovelock na początku drugiej połowy XX. wieku. Przewodnictwo elektryczne gazu pojawia się, gdy część jego cząsteczek ulegnie jonizacji, np. w płomieniu palnika wodorowego lub pod wpływem promieniowania jonizującego. W pierwszych detektorach jonizację wywoływano stosując izotopy promieniotwórcze.

Elektroujemność – miara tendencji do przyciągania elektronów przez atomy danego pierwiastka, gdy tworzy on związek chemiczny z atomami innego pierwiastka. Bardziej elektroujemny pierwiastek "ściąga" do siebie elektrony tworzące wiązanie z atomem mniej elektroujemnym, co prowadzi do polaryzacji wiązania. W skrajnym przypadku, gdy elektroujemności obu pierwiastków bardzo się różnią (np. sód i chlor), dochodzi do pełnego przeskoku elektronów na bardziej elektroujemny atom, co prowadzi do powstania wiązania jonowego.Mieszanina – układ dwóch lub więcej pierwiastków lub związków chemicznych zmieszanych ze sobą w dowolnym stosunku i wykazujących swoje indywidualne właściwości.

Pod wpływem kwantów dostarczanej energii neutralne cząsteczki gazu nośnego i zawarte w nim składniki analizowanego gazu (próbki rozdzielanej w kolumnie GC) ulegają przekształceniu w jony, które kierują się do odpowiednich elektrod zasilanych z zewnętrznego źródła napięcia. Natężenie prądu, który płynie wówczas w obwodzie elektrycznym zależy od zewnętrznego napięcia i gęstości jonowej, związanej ze stężeniem związków ulegających jonizacji. W przypadku, gdy gęstości jonowe są małe, na wykresie zależności natężenia prądu od napięcia wyodrębnia się zakres:

Azot (N, łac. nitrogenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 7, niemetal z grupy 15 (azotowców) układu okresowego. Stabilnymi izotopami azotu są N i N. Azot w stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczki N2. W cząsteczce tej dwa atomy tego pierwiastka są połączone ze sobą wiązaniem potrójnym. Azot jest podstawowym składnikiem powietrza (78,09% objętości), a jego zawartość w litosferze Ziemi wynosi 50 ppm. Wchodzi w skład wielu związków, takich jak: amoniak, kwas azotowy, azotyny oraz wielu ważnych związków organicznych (kwasy nukleinowe, białka, alkaloidy i wiele innych). Azot w fazie stałej występuje w sześciu odmianach alotropowych nazwanych od kolejnych liter greckich (α, β, γ, δ, ε, ζ). Najnowsze badania wykazują prawdopodobne istnienie kolejnych dwóch odmian (η, θ).Nikiel (Ni, łac. niccolum) – pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych w układzie okresowym. Został odkryty w roku 1751 przez szwedzkiego chemika, Axela Cronstedta. W 1804 r. otrzymano go po raz pierwszy w stanie czystym. Przed naszą erą był używany w stopach z miedzią i cynkiem.
  • niskich wartości napięcia, w którym jest spełniane prawo Ohma
  • średnich wartości napięcia, w którym natężenie prądu niemal nie zależy od napięcia
  • dużych napięć, w którym natężenie prądu szybko wzrasta (zmierzając asymptotycznie do nieskończoności)
  • Prąd płynący w zakresie plateau jest nazywany prądem nasycenia. Jego wartość jest bezpośrednio związana z liczbą jonów obecnych w komorze (wszystkie powstające jony są wychwytywane przez odpowiednie elektrody). Przy bardzo wysokich napięciach zachodzi, coraz bardziej intensywnie, jonizacja neutralnych cząsteczek wskutek ich zderzeń z szybkimi jonami. Zakres pierwszy zwiększa się ze wzrostem stężenia cząsteczek ulegających jonizacji, co powoduje zmniejszanie się zakresu plateau. W czasie analiz stosuje się wartości napięcia zbliżone do górnej granicy tego zakresu, co gwarantuje zbieranie na elektrodach wszystkich powstających jonów przy wysokich stężeniach analitów.

    Litowce (metale alkaliczne, potasowce) – grupa pierwiastków 1 (dawn. IA lub I głównej) grupy układu okresowego (bez wodoru) o silnych własnościach metalicznych, tworzących z wodą silnie zasadowe (alkaliczne) wodorotlenki. Do metali alkalicznych zalicza się lit, sód, potas, rubid, cez i frans.Rekombinacja – w fizyce to połączenie się pary cząstek lub jonów o przeciwnych ładunkach elektrycznych, jest to proces odwrotny do jonizacji. Zjawisku rekombinacji jonu dodatniego i elektronu towarzyszy uwolnienie nadwyżki energii elektronu, zazwyczaj przez wypromieniowanie fotonu.

    Dolna granica wykrywalności związków chemicznych zależy od tego, w jakim stopniu w danej komorze ulegają jonizacji cząsteczki gazu nośnego. Lovelock stwierdził (1958), że teoretycznie określona granica wykrywalności jest proporcjonalna pierwiastka kwadratowego z liczby jonów, wytwarzanych w czystym gazie nośnym.

    Rodzaj gazu nośnego jest również czynnikiem, od którego zależy możliwość rekombinacji powstających nośników ładunku (jonów lub elektronów) przed ich dotarciem do odpowiednich elektrod. W wypadku stosowania powietrza jako gazu nośnego swobodne elektrony ulegają rekombinacji w zderzeniach z cząsteczkami tlenu, tworząc mniej ruchliwe aniony. Stopień rekombinacji jest mniejszy w małych komorach przy wyższych napięciach. W niektórych detektorach zjawisko wychwytywania swobodnych elektronów, które powoduje zmniejszenie się natężenia prądu, jest wykorzystywane w celu oznaczania małych stężeń związków elektroujemnych, obecnych w gazie nośnym wychwytującym elektrony w dużo mniejszym stopniu.

    Wodór (H, łac. hydrogenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 1, niemetal z bloku s układu okresowego. Jego izotop, prot, jest najprostszym możliwym atomem, zbudowanym z jednego protonu i jednego elektronu.Detektor fotojonizacyjny (ang. photoionization detector, PID) – niedestrukcyjny czujnik, stosowany jako przenośny analizator zanieczyszczeń powierza lub element chromatografów gazowych. Cząsteczki zanieczyszczeń są wykrywane, jeżeli pod wpływem promieniowania, emitowanego przez lampę UV ulegają jonizacji (mają energię jonizacji mniejszą od energii emitowanych fotonów). Obecność produktów jonizacji jest rejestrowana przez elektrometr, podobnie jak w przypadku detektora płomieniowo-jonizacyjnego (FID). Powstające jony ulegają rekombinacji, co sprawia, że PID zalicza się do klasy detektorów niedestrukcyjnych (nieniszczących), w przeciwieństwie do detektora FID. PID jest detektorem niedestrukcyjnym stężeniowym, a FID detektorem destrukcyjnym masowym (wielkość sygnału jest zależna liczby atomów węgla w cząsteczce).


    Podstrony: 1 [2] [3]




    Warto wiedzieć że... beta

    Komora jonizacyjna – urządzenie do pomiaru i rejestracji promieniowania wywołującego jonizację gazu (promieniowanie jądrowe, promieniowanie rentgenowskie, cząstki elementarne). Komorami jonizacyjnymi nazywa się te detektory jonizacyjne promieniowania, w których ładunek zbierany na elektrodach powstaje jedynie w wyniku jonizacji przez rejestrowane cząstki (jonizację pierwotną).
    Stront (Sr, łac. strontium) – pierwiastek chemiczny z grupy berylowców (metali ziem alkalicznych) w układzie okresowym.
    Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca stan układu fizycznego (materii) jako jego zdolność do wykonania pracy.
    Detektor płomieniowo-jonizacyjny (FID; ang. Flame Ionization Detector) – jeden z najczęściej stosowanych detektorów w chromatografii gazowej.
    Stężenie (ang. concentration) – miara ilości substancji (pierwiastka, związku chemicznego, jonu bądź innego indywiduum chemicznego) w mieszaninie. Pojęcie to stosowane jest najczęściej w przypadku roztworów. Według definicji Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) terminem tym określa się jedynie cztery sposoby wyrażenia ilości substancji, w których odnosi się ją do objętości mieszaniny (są to stężenia masowe, molowe, objętościowe i liczbowe). W praktyce stosowanych jest jednak wiele innych rodzajów stężeń, włączając w to sposoby pośrednie (np. poprzez odniesienie zawartości substancji do gęstości mieszaniny).
    Analiza chemiczna – badanie jakościowego (analiza jakościowa) i ilościowego (analiza ilościowa) składu chemicznego substancji.
    Obwód elektryczny – układ elementów tworzących drogę zamkniętą dla prądu elektrycznego. Obwód elektryczny tworzą: źródła prądowe i napięciowe, przewody elektryczne, wyłączniki oraz odbiornik. Odwzorowaniem graficznym obwodu jest schemat.

    Reklama