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 0/,-, где j=M_e — массовое число. Результаты такого исследования для омегатрона даны в табл. 7.2.

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: здесь I/ — интенсивность линии масс-спектра газовой смеси, соответствующая массовому числу /; 7//— интенсивность линии масс-спектра t-газа, соответствующая массовому числу /; pi — парциальное давление i-компонента смеси; п — число компонентов в смеси; 7<₍/— коэффициент чувствительности по i-газу для /-массового

(Ki — коэффициент чувствительности по главной линии спектра; i — порядковый номер компонента смеси).

В расчетах используют относительные коэффициенты чувствительности (см. табл. 7.1) по главным линиям: где Ко — коэффициент чувствительности по главной линии для опорного газа (обычно азот или аргон); величины С; зависят только от типа газоанализатора, а Ко определяют индивидуально для каждого прибора.

Подставляя (7.11) и (7.12) в (7.10), получим

Система уравнений (7.13) не имеет решения, если /<i; имеет одно решение при j—i и несколько при />1. Решением в последнем случае, который обычно встречается на практике, считаются значения парциальных давлений p_t, для которых квадраты невязок уравнений (7.13) имеют минимальное значение.

Для проведения газового анализа ионизационными приборами в диапазоне давлений 10⁵… 10^-1 Па используют схему понижения давления (рис. 7.9). Из баллона 1, заполненного исследуемой смесью газов, через капилляр U 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 Если /?13>/?₂ 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, Uipi — U₂p2, откуда p2=piU_l/U₂. Это соотношение не учитывает влияния адсорбционных процессов после напуска газа в камеру 2 и откачивающего действия анализатора на измеряемое давление.

Отношение проводимостей U₂/Ui, а следовательно, и степень снижения давления р1р₂ могут достигать значений 10³… 10⁶. При молекулярном режиме течения газа в трубопроводах отношение ^i/t/₂ 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.