Пульсирующий разрядный детектор (ПРД) теперь производится в России

В данной статье мы познакомим Вас с пульсирующим разрядным детектором (Pulsed Discharge Detector). По принципу действия в основном режиме ионизации детектор ПРД имеет другое распространенное название – Гелиевый Ионизационный Детектор (ГИД). ПРД-ГИД - это новинка 2025 года в линейке новых детекторов Хроматэк. Хроматограф.ру готов одним из первых рассказать об этом высокочувствительном детекторе.

ПРД является недеструктивным детектором и способен регистрировать почти все органические и неорганические летучие соединения, за исключением гелия.

ПРД характеризуется высокой чувствительностью. Минимальная определяемая концентрация зависит от природы соединения. В большинстве случаев ПРД способен детектировать порядка 10–50 пг вещества, что эквивалентно примерно 10–50 ppb.

Линейный динамический диапазон ПРД составляет 1×10⁴ - 1×10⁵

Принцип работы

В качестве источника ионизации детектор использует гелиевую плазму, которая образуется с помощью пульсирующего источника питания постоянного напряжения. Сталкиваясь с первичными электронами гелий переходит в неустойчивое метастабильное состояние, переход из которого в основное сопровождается испусканием фотона с энергией в диапазоне от 13,5 до 17,7 эВ. Это превращение известно так же, как эмиссия Хопфилда.

Анализируемые компоненты, поступающие из колонки в потоке газа-носителя против потока гелия из зоны разряда, ионизируются фотонами из гелиевого разряда. В результате их взаимодействия происходит вторичная ионизация. Образовавшие электроны и ионы фокусируются поляризующим электродом в направлении коллекторного электрода. Последний формируют выходной сигнал.

Ионизации подвергаются все компоненты за исключением неона, который имеет потенциал ионизации 21,56 эВ, для последнего ионизация выражена очень слабо, поскольку этот потенциал близок к энергии метастабильного He* (19,8 эВ). Для анализа неона существует специальный режим работы. В этом режиме предел обнаружения по неону составляет 0.1 ppm.

Газы для работы ПРД

В качестве газа-носителя и поддувного газа для детектора ПРД используют гелий. Любые примеси в гелии существенно влияют на уровень фонового сигнала и чувствительность детектора. Для питания хроматографа используют гелий чистотой не менее 99,9999 % (марка 6.0) с содержанием неона не более 150 ppb. Если требуется определение следовых концентраций, то чистота гелия должна быть не менее 99,99999 % (марка 7.0) с содержанием неона не более 15 ppb.

Использование столь чистого гелия предъявляет особые требования к применяемым материалам.

Регулятор давления, устанавливаемый на баллон с гелием, должен обязательно содержать металлическую мембрану (диафрагму). Использование регуляторов с резиновой, полимерной или пластиковой диафрагмами не допускается, т.к. они будут загрязнять гелий.

Питающий газ подключается к хроматографу с помощью нержавеющих трубопроводов, имеющих квалификацию высокой степени чистоты или предназначенных для хроматографии. Количество переходников, тройников и других соединений должно быть минимизировано. Если требуется осуществить коммутацию газовых линий, то следует использовать специальные переходники и тройники.

Газ-носитель и поддувной газ должны обязательно проходить через гелиевый очиститель. Основной элемент очистителя – поглотитель (геттерный сплав). Этот геттерный сплав наилучшим образом работает на высоких температурах, хотя способен поглощать даже при комнатной температуре. На входе фильтра температура поддерживается 380–400°C и на выходе 170–190°C. Фильтр очищает газ-носитель от следующих примесей:  H₂O, H₂, O2, N2, NO, NH3, CO, CO₂, CF4, CCl4, SiH4,   CH₄. Кроме гелия фильтр способен очищать Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. Есть специальная модификация для очистки азота. Уровень содержания примесей на выходе менее 10 ppb.

Особенности применения ПРД

Оптимальная температура ПРД находится в диапазоне от 50 до 150 °С. При увеличении температуры чувствительность детектора снижается.

ПРД является концентрационным детектором, соответственно при увеличении расхода поддувного газа чувствительность уменьшается.

ПРД очень критичен к качеству газа-носителя и поддувного газа. Негерметичности, грязь приведут к увеличению фона детектора. Для работающего прибора внезапное увеличение фона на ПРД в первую очередь говорит о возможном появлении течи.

В техническом обслуживании детектор прост. Требуется ежегодная замена гетерного фильтра и очистка электрода.

Возможности и применение

Детектор ПРД, работающий в режиме ионизации гелия, широко применяется в анализе чистых газов. Использование детектора ПРД позволяет контролировать примеси в чистых газах на уровне pbb, на сегодняшний день это одно из самых популярных применений детектора. Детектор позволяет без сложной пробоподготовки определить почти все примеси в чистых газах. Кроме этого направления ПРД применяется также в анализе примесей в силане, гексафториде серы, ксеноне, в различных нефтехимических процессах.

Наши сервисные инженеры имеют многолетний опыт запуска и обслуживания хроматографических комплексов с детектором ПРД.