2.7. Градуировка ионизационных газоанализаторов

В связи с различной эффективностью ионизации, возможным фракционированием компонентов смеси при напуске, появлением молекулярных осколков, многократной ионизацией, наличием лож­ных пиков, свойственных отдельным приборам, интенсивности ли­ний в спектре могут не соответствовать парциальным давлениям газов в смеси.

При проведении количественного анализа приборы предвари­тельно калибруют по каждому компоненту смеси. Пробу i-газа вводят в стандартный объем, из которого она поступает в источ­ник ионов. Давление в стандартном объеме измеряют обычным манометрическим преобразователем. Выбирают главную линию спектра этого компонента и по ней определяют чувствительность прибора. После этого находят отношение интенсивностей всех ли­ний спектра данного газа к интенсивности главной линии β_ij, где j = М_е – массовое число. Результаты такого исследования для омегатрона даны в табл. 2.2.

Имея спектры чистых газов, можно по интенсивностям масс-спектра смеси определить состав и парциальные давления ее ком­понентов. Считая, что масс-спектр смеси образуется аддитивным наложением масс-спектров отдельных компонентов, можно соста­вить систему линейных уравнений:

_(2.10)

где – интенсивность линии масс-спектра газовой смеси, соот­ветствующая массовому числу ; – интенсивность линии масс-спектра i-газа, соответствующая массовому числу j; р_i – парциаль­ное давление i-компонента смеси; n – число компонентов в смеси; K_ij – коэффициент чувствительности по i-газу для массового числа:

_(2.11)

где K_i – коэффициент чувствительности по главной линии спектра; i – порядковый номер компонента смеси.

Таблица 2.2

Относительные интенсивности спектральных линий чистых газов βij

Газ	Массовое число, а.е.м
	2	3	4	12	13	14	15	16	17	18	20	22	25	26	27	28	29	32	40	44
H2	1	0,01
Не			1
СН4	0,01			0,20	0,60	0,14	0,8	1
H2O	0,01							0,02	0,25	1
Не											1	0,1
Н2						0,08										1	0,01
СО				0,02		0,01		0,01								1	0,02
С3H4				0,02	0,04	0,06							0,12	0,62	0,65	1	0,02
С2Н6					0,01	0,03	0,05						0,04	0,23	0,33	1	0,22
O2								0,1										1
Аг											0,15								1
СО2				0,03		0,03		0,08				0,02				0,14				1

В расчетах используют относительные коэффициенты чувствительности (см. табл. 2.1) по главным линиям:

С_i = K_iK₀, (2.12)

где К₀ – коэффициент чувствительности по главной линии для опорного газа (обычно азот или аргон); величины С зависят только от типа газоанализатора, а К₀ определяют индивидуально для каждого прибора.

Подставляя (2.11) и (2.12) в (2.10), получим

(2.13)

Система уравнений (2.13) не имеет решения, если i > j; имеет одно решение при i = j и несколько – при i < j. Решением в послед­нем случае, который обычно встречается на практике, считаются значения парциальных давлений р_i, для которых квадраты невязок уравнений (2.13) имеют минимальное значение.

Для проведения газового анализа ионизационными приборами в диапазоне давлений 10⁵... 10^–1 Па используют схему понижения давления (рис. 2.9). Из баллона 1, заполненного исследуемой смесью газов, через капилляр U₁ смесь газов поступает в камеру 2, откуда откачивается насосом 3 через трубопровод U₂. К каме­ре 2 подключается газоанализатор, в который попадает смесь га­зов при давлении р₂, отличном от давления р₁. Если р₁ >> р₂ и про­водимость трубопровода U₂ значительно меньше быстроты откач­ки насоса для всех газов, составляющих анализируемую смесь, то из условия равенства потоков, входящих и выходящих из камеры 2, U₁ р₁ = U₂ р₂, откуда р₂ = U₁ р₁/U₂. Это соотношение не учитывает влияния адсорбционных процессов после напуска газа в камеру 2 и откачивающего действия анализатора на измеряемое давле­ние.

Рис. 2.9 Схема понижения давления

Отношение проводимостей U₂/U₁, а следовательно, и степень снижения давления р₁/р₂ могут достигать значений 10³... 10⁶. При молекулярном режиме течения газа в трубопроводах отношение U₁/U₂ не зависит от давления и молекулярной массы газа, т. е. парциальное давление каждого компонента смеси в камере 2 про­порционально ее парциальному давлению в камере 1. При этом процентный состав смеси в камере анализатора сохранится таким же, как и в исследуемом объеме.