Ионизационные методы

Ионизационные методы основаны на ионизации анализируемого вещества и измерении ионного тока, пропорционального концент­рации определяемого компонента. Они широко применяются в ваку­умметрах, ионизационных газоанализаторах, в масс-спектромет­рах, а также для измерения аэрозолей, влажности газов и др. Существуют многочисленные и весьма разнообразные способы ионизации анализируемого вещества. Наибольшее применение для целей анализа получили:

а) ионизация газов электронами, возникающими вследствие автоэлектронной эмиссии (преобразова­тели с холодным катодом) и термоэлектронной эмиссии (преобразо­ватели с горячим катодом);

б) электроразрядный способ ионизации, основанный на зависимости характеристик электрического разряда в газах от его состава;

в) ионизация за счет облучения анализиру­емого вещества радиоактивным и рентгеновским излучением;

г) тер­мическая ионизация молекул в пламени водорода.

Наряду с указан­ными методами ионизации для анализа находит также применение и ряд других способов, таких, как окислительно-ионизационный, поверхностной ионизации, эмиссия положительных ионов, захват электронов, фотоионизационный и др.

Ионизация атомов и молекул электронами, возникающими вследствие авто-и термоэлектронной эмиссии, широко применяется в ваку­умметрах и масс-спектрометрических анализаторах. Датчик такого ионизационного вакуумметра обычно представляет собой вакуум­ный триод с патрубком для присоединения объекта, где измеряется вакуум, постоянных значениях анодного напряжения и тока накала величина ионного тока, проходящего через сетку, зависит от абсолютной концентрации газа в межэлектродном пространстве. Недостатком таких вакуумметров является зависимость показаний от рода газа и влияния внешних магнитных полей.

Ионизационный метод с использованием радиоактивного излуче­ния применяется в вакуумметрах, газоанализаторах и детекторах хроматографов. Для ионизации газа обычно используются α (ядра атомов гелия)- и β (электроны, позитроны)излучения, обла­дающие большой ионизирующей способностью.

Наиболее распространенными разновидностями этого метода являются непосредственная ионизация атомов и молекул анализируемого газа радиоактивным излучением и ионизация с помощью метастабильных атомов. Первый способ, в частности, применяется в радиоактивных ионизационных вакуумметрах, состоящих из иони­зационной камеры и измерительной цепи, входной усилитель кото­рой монтируется в одном корпусе с преобразователем и обычно пред­ставляет собой электрометрический усилитель.

Метод ионизации метастабильными атомами, который можно на­звать методом двойной ионизации, применяется в аргоновых и гели­евых анализаторах для измерения концентрации широкого класса веществ на выходе хроматографической колонки. Метод заключается в том, что в электрическом поле с помощью β-излучения происходит ионизация атомов газа-носителя аргона, которые в свою очередь ионизируют молекулы анализируемого компонента. Для анализа веществ, имеющих более высокий потенциал ионизации, в качестве газа-носителя применяется гелий, энергия метастабильного состояния атомов которого равна 19,8 эВ.

Ионизационно-пламенный метод (рис. 8-7) основан на иони­зации молекул исследуемого вещества в водородном пламени. Чистый водород, сгорая в воздухе, почти не образует ионов, поэтому водородное пламя имеет очень большое сопротивление (10¹²—10¹⁴ Ом). Если вместе с водородом в преобразователь поступает исследуемый горючий газ, то в результате термической диссоциа­ции и окисления происходит ионизация молекул органических соединений, сопротивление между электродами 1 и 2 преобразова­теля резко падает. Вследствие этого увеличиваются ток и падение напряжения на резисторе R, которое через усилитель 3 подается на самопишущий прибор 4.

Рис. 8-7