DE4425304A1

DE4425304A1 - Collector electrode of flame ionisation detector for installation in esp. mobile high temperature gas chromatography analyser

Info

Publication number: DE4425304A1
Application number: DE19944425304
Authority: DE
Inventors: Michael Beckmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-07-18
Filing date: 1994-07-18
Publication date: 1996-02-01

Abstract

The collector electrode uses a tubular ceramic electrode (6), which has an electrically conducting layer (17) on its inside, connected to a signal output line (12). A detector is formed by a base (1) and a detector head (2). The metallised inner layer extends to the outside of the ceramic tube, and may also be constructed vice versa by a ceramic coating on an electrical conductor. A burner (3) is screwed to the detector base, and supplies a flame (9) with hydrogen (4) and air (5).

Description

Als Detektoren für die Gaschromatographie sind Flammen ionisationsdetektoren (FID) am verbreitetsten (US 3.585.003 und 4.182.740).Flames are used as detectors for gas chromatography ionization detectors (FID) most common (US 3,585,003 and 4,182,740).

Die maximale Betriebstemperatur des Detektors wird vorrangig durch die Ausführung der elektrischen Isolation der Kollektorelektrode und der Meßsignalableitung bestimmt. Die bislang zur Isolation eingesetzten Materialien aus elektrisch isolierenden Kunststoffen (z. B. Teflon, Vespel) weisen mit steigender Temperatur eine zunehmende elektrische Leitfähigkeit auf, die zu einer Ver schlechterung des Signal-/Rauschverhältnisses führt. Die maximale Betriebstemperatur entsprechender Detektoren beträgt in der Regel 400°C. Für die Untersuchung organischer Substanzen mit hohem bis sehr hohem Schmelz- bzw. Siedepunkt sind zur Vermeidung von Adsorptionseffekten jedoch Temperaturen bis 500°C und darüber vorteilhaft.The maximum operating temperature of the detector is primarily determined by the electrical insulation of the collector electrode and the measurement signal derivation determined. So far for isolation used materials made of electrically insulating plastics (e.g. Teflon, Vespel) show a with increasing temperature increasing electrical conductivity leading to a ver deterioration of the signal / noise ratio. The maximal The operating temperature of corresponding detectors is usually 400 ° C. For the investigation of organic substances with high to very high melting or boiling points are to avoid Adsorption effects, however, temperatures up to 500 ° C and above advantageous.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kollektorelektrode für hohe Temperaturen zu schaffen, die neben einer hochohmigen Isolation und einem möglichst homogenen elektrischen Feld eine gute mechanische Stabilität aufweist, damit keine Mikrophonieerscheinungen auftreten.The invention specified in claim 1 is the problem based on a collector electrode for high temperatures create, in addition to high-resistance insulation and a electrical field as homogeneous as possible a good mechanical Has stability, so no microphone effects occur.

Dieses Problem wird durch eine rohrförmige Kollektorelektrode aus Keramik gelöst, die an der Innenseite eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, wobei diese Schicht mit einem elektrischen Leiter für die Signalableitung verbunden ist.This problem is characterized by a tubular collector electrode Ceramic solved, the inside of an electrically conductive Has layer, this layer with an electrical Conductor for signal derivation is connected.

Die Elektrode kann dabei entweder aus einem innen metallisierten Keramikrohr oder aus einer mit keramischen Werkstoffen überzogenen Ringelektrode aus Metall bestehen. Zur Metallisierung von Keramiken sind verschiedene Techniken bekannt. Die Aufbringung dünner metallischer Schichten auf einen keramischen Träger kann beispielsweise durch Auftragen einer Edelmetall- bzw. Edelmetallsalzpaste erfolgen, welche anschließend durch thermische Behandlung dauerhaft mit der Keramik verbunden wird. Die resultierende Metallschicht kann mit Hilfe galvanischer Techniken verstärkt und/oder inertisiert werden.The electrode can either consist of an inside metallized Ceramic tube or from a coated with ceramic materials Ring electrode are made of metal. For the metallization of Various techniques are known in ceramics. The boarding thin metallic layers on a ceramic support for example by applying a precious metal or Precious metal salt paste is made, which is then by thermal Treatment is permanently connected to the ceramic. The resulting metal layer can be done with the help of galvanic techniques be reinforced and / or rendered inert.

Die Meßsignalleitung ist vorteilhafterweise zur elektrischen Isolation mit einer Keramikumhüllung, z. B. einem Rohr, versehen.The measurement signal line is advantageously for electrical Isolation with a ceramic covering, e.g. B. a tube provided.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Detektoren auch bei Temperaturen von 500°C und weit darüber keine Verschlechterung des Signal-/Rauschverhältnisses aufweisen. Durch die theoretisch mögliche Arbeitstemperatur von bis zu 1200°C sind die Elektroden auch als thermoionische Detektoren einsetzbar. Da sich die Kollektorelektrode aufgrund des vorgeschlagenen Materials so ausführen läßt, daß keine zusätzlichen Bauteile zur Fixierung und elektrischen Isolation notwendig sind, ist ein vereinfachter und verkleinerter Aufbau von Detektoren mit reduzierten Herstellungskosten möglich.The advantages achieved with the invention are in particular in that the detectors even at temperatures of 500 ° C and far above that no deterioration of the signal-to-noise ratio exhibit. Due to the theoretically possible working temperature of up to 1200 ° C the electrodes are also known as thermionic Detectors can be used. Since the collector electrode due to the proposed material so that none additional components for fixation and electrical insulation a simplified and reduced structure of Detectors with reduced manufacturing costs possible.

Ein verkleinerter Aufbau führt zu einer reduzierten thermischen Masse des Detektors und damit zu einem deutlich geringeren Stromverbrauch sowie zur Verringerung der Brenngasströmungen (Wasserstoff und Luft).A reduced structure leads to a reduced thermal Mass of the detector and thus to a significantly lower Electricity consumption and to reduce fuel gas flows (Hydrogen and air).

Dies ist besonders günstig beim Einsatz dieser Detektoren in mobilen Analysengeräten.This is particularly convenient when using these detectors in mobile analyzers.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im einzelnen näher beschrieben.Embodiments of the invention are in the drawings are shown and described in detail.

Fig. 1 und 2 zeigen Schnittzeichnungen von Ausführungsformen eines Flammenionisationsdetektors. Fig. 1 and 2 show cross-sectional views of embodiments of a flame ionization detector.

Fig. 3 zeigt Vergleichschromatogramme eines konventionellen FID und eines FID mit keramischer Kollektorelektrode. Fig. 3 shows a conventional Vergleichschromatogramme FID and an FID with ceramic collector electrode.

example 1

Der Detektor setzt sich aus zwei Teilen, der Detektorbasis 1 und dem Detektorkopf 2 zusammen. Detektorbasis und -kopf werden vorzugsweise aus einer Eisen/Nickel/Kobalt-Legierung hergestellt, die einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die im Detektorkopf verwendete Keramik aufweist.The detector is composed of two parts, the detector base 1 and the detector head 2 . The detector base and head are preferably made of an iron / nickel / cobalt alloy which has a coefficient of thermal expansion similar to that of the ceramic used in the detector head.

Die Brenndüse 3 ist mittels einer schraubbaren Verbindung mit der Detektorbasis verbunden. Zusätzlich enthält die Detektorbasis Bohrungen zur Versorgung der Flamme 9 mit Wasserstoff 4 und Luft 5.The combustion nozzle 3 is connected to the detector base by means of a screwable connection. In addition, the detector base contains bores for supplying the flame 9 with hydrogen 4 and air 5 .

Der Detektorkopf enthält neben der keramischen Kollektorelektrode 6 eine aus o. g. Legierung gefertigte, ca. 7 cm lange rohrartige Leitung 10 zur Aufnahme eines keramischen Röhrchens 11. Dieses dient zur elektrisch gegen den Detektorkopf isolierten Aufnahme des elektrischen Leiters 12 der Meßsignalleitung. Das Bauteil 10 ist an einem Ende mit einer schraubbaren Verbindung 13 zur Fixierung am Detektorkopf und am anderen Ende mit einem Stecker 14 versehen.In addition to the ceramic collector electrode 6, the detector head contains a tube-like line 10 made of the abovementioned alloy and approximately 7 cm long, for receiving a ceramic tube 11 . This serves for receiving the electrical conductor 12 of the measurement signal line, which is electrically insulated from the detector head. The component 10 is provided at one end with a screwable connection 13 for fixing to the detector head and at the other end with a plug 14 .

Der Detektorkopf enthält als weiteres Bauelement eine aus o. g. Legierung gefertigte Blende 7 zur Stabilisation der Flamme sowie als Polarisationselektrode. Hierzu wird eine Gleichspannung zwischen 50 und 300 Volt mit negativer Polarisation an die Blende angelegt. The detector head contains, as a further component, an aperture 7 made of the abovementioned alloy for stabilizing the flame and as a polarization electrode. For this purpose, a DC voltage between 50 and 300 volts with negative polarization is applied to the diaphragm.

Die elektrische Isolation gegen den Detektorkopf erfolgt mit Hilfe isolierender Werkstoffe 8. Hierzu kann ohne Beeinflussung der Meßsignalgröße z. B. der Kunststoff Vespel eingesetzt werden.The electrical insulation from the detector head takes place with the aid of insulating materials 8 . This can be done without influencing the measurement signal size z. B. the plastic Vespel can be used.

Zur Zuführung der elektrischen Gleichspannung dient ein ent sprechend der Meßsignalleitung aufgebautes Element 15. In Ab weichung hiervon ist die Stromzuführung in Form eines metallischen Rundstabes 16 mit Endaußengewinde ausgeführt, das zur Verbindung und Fixierung der Blende eingesetzt wird.For supplying the DC electrical voltage, a correspondingly constructed measuring signal line element 15 is used . In deviation from this, the power supply is in the form of a metallic round rod 16 with an external thread, which is used to connect and fix the panel.

Die auf der Innenseite mit einer Metallschicht 17 versehene keramische Kollektorelektrode ist durch eine entsprechende Bohrung ohne zusätzliche Bauelemente im Detektorkopf fixiert.The ceramic collector electrode provided on the inside with a metal layer 17 is fixed in the detector head by means of a corresponding bore without additional components.

Example 2

Der Detektor ist wie in Beispiel 1 beschrieben aufgebaut, jedoch ist eine metallische Ringelektrode 17, die in ihren Abmessungen der Länge und dem Innendurchmesser des Keramikrohres entspricht, bündig in ein Keramikrohr eingepaßt.The detector is constructed as described in Example 1, but a metallic ring electrode 17 , the dimensions of which correspond to the length and the inner diameter of the ceramic tube, is fitted flush into a ceramic tube.

Die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter 12 und der aufgebrachten Metallisierung erfolgt mit Hilfe geeigneter Verfahren, z. B. durch Hartlöten oder eine Schraub/Klemmvorrichtung.The electrically conductive connection between the electrical conductor 12 and the applied metallization is carried out with the aid of suitable methods, e.g. B. by brazing or a screw / clamp.

Der elektrische Leiter 12 ist mit der Ringelektrode über Löt- oder Schraub/Klemmverbindungen leitend verbunden.The electrical conductor 12 is conductively connected to the ring electrode via solder or screw / clamp connections.

Example 3

Der Detektor ist wie im Beispiel 1 beschrieben aufgebaut, jedoch wird die Blende 7 in Form eines Konuses im Detektorkopf 2 gebildet. Hierdurch wird eine weitere Vereinfachung des Aufbaus ohne Änderung der Funktionalität erreicht. Die Polarisations spannung wird in diesem Beispiel an die metallisch leitende und gegen Masse isolierend ausgebildete Brenndüsenspitze 3 angelegt. Hierzu wird ein entsprechend dem Beispiel 1 gefertigtes Bauteil 15 eingesetzt.The detector is constructed as described in Example 1, but the diaphragm 7 is formed in the form of a cone in the detector head 2 . This further simplifies the structure without changing the functionality. The polarization voltage is applied in this example to the metallically conductive and insulated from the burning nozzle tip 3 . For this purpose, a component 15 manufactured in accordance with Example 1 is used.

In Abänderung des Beispiels 1 wurde in dieser Ausführung die Metallisierung 18 zusätzlich von der Innenseite der keramischen Kollektorelektrode an einem Ende auf die Außenseite herausgeführt, um das elektrische Meßsignal von der Metallisierung 18 an der Außenseite des Rohres abzugreifen. Hierdurch wird die laminare Strömung der Verbrennungsgase, die physikalische Voraussetzung für die erforderliche Diffusionsflamme ist, durch den Verzicht auf Bauteile innerhalb der keramischen Kollektorelektrode vorteilhaft beeinflußt, und ein stabilerer Betrieb (verbessertes Signal/Rausch verhältnis) des Detektors erreicht.In a modification of example 1, in this embodiment the metallization 18 was additionally led out from the inside of the ceramic collector electrode at one end to the outside in order to tap the electrical measurement signal from the metallization 18 on the outside of the tube. As a result, the laminar flow of the combustion gases, which is the physical prerequisite for the required diffusion flame, is advantageously influenced by the omission of components within the ceramic collector electrode, and a more stable operation (improved signal / noise ratio) of the detector is achieved.

Claims

1. collector electrode for high-temperature gas chromatography, characterized by a tubular electrode made of ceramic, which has an electrically conductive layer on the inside, which is connected to an electrical conductor for signal derivation.

2. Collector electrode according to claim 1, characterized by a inside metallized ceramic tube.

3. collector electrode according to claim 1, characterized by a metallic ring electrode made with a ceramic material is covered.

4. collector electrode according to claim 1 to 3, characterized characterized in that the metallization of the pipe for connection with the electric body up to the outside of the tube is executed.

5. collector electrode according to claim 1 to 4, characterized by a ceramic sheath of the electrical conductor for the signal derivative.