Файл: Ротин В.А. Радиоионизационное детектирование в газовой хроматографии.pdf

активности будут различаться и по току насыщения и по напряжению, обеспечивающему этот ток. Если для этих детекторов определить зависимость сигнала от напря­

щения. В этом случае максимумы чувствительности при­ ходятся на существенно различные напряженности поля [см. формулу (5.41)], следовательно, максимальный сиг­ нал наблюдается при различных энергиях электронов и его нельзя объяснить резонансным характером захвата.

Во-вторых, с увеличением активности ^-источника максимум чувствительности может смещаться в сторо­ ну меньших степеней насыщения. Это характерно для резонансного захвата, происходящего при определенной энергии электронов.

Для трех электронозахватных детекторов одинако­ вой конструкции (той же, что и в предыдущих экспери­ ментах) были получены вольт-амперные характеристики

гоне. Очевидно, что чувствительность возрастает с уве­ личением активности источника и максимумы чувстви­ тельности во всех случаях соответствуют примерно одинаковым степеням насыщения. Более того, для детектора с наивысшей активностью источника макси­ мум чувствительности смещен в сторону больших степе­

ней насыщения.

Таким образом, максимум чувствительности детек­

Полученные результаты однозначно показывают, что экстремальный характер зависимости сигнала (или чув­ ствительности) от напряжения в общем случае не мо­ жет быть связан с резонансным захватом электронов при их определенных энергиях. Таким образом, они служат экспериментальным подтверждением полевой теории детектирования. Это указывает на определяю­

136

щую роль поля отрицательных ионов в процессе элект­ ронозахватного детектирования.

Очевидно, отсюда не следует, что зависимость сече­ ния захвата электронов от их энергии не влияет на ха­ рактеристики детектирования. Например, когда воз­ можен захват лишь электронов больших энергий, не до-

Рис. 29. Зависимость фонового тока (а) и сигнала (б) электронозахватных детекторов с источниками различной активности от йапря-

жения:

/ — минимальная активность; 2 — промежуточная активность; 3 — максималь­ ная активность.

стижимых в режиме тока проводимости, осуществить детектирование таких веществ в этом режиме нельзя. Резонансный характер захвата электронов детекти­ руемыми веществами в какой-то степени влияет на по­ ложение максимума чувствительности. Однако этот эффект невелик, так как функция распределения элект-

137

ролов по энергиям в газовом разряде достаточно ши­ рока.

Влияние геометрических размеров камеры детекто­ ра на чувствительность детектирования. С увеличением расстояния между электродами ток насыщения повы­ шается до тех пор, пока оно меньше длины пробега 13частиц в газе-носителе. Дальнейшее увеличение рас­ стояния между электродами не влияет на ток насыще­ ния, а лишь приводит к расширению неионизуемой области в камере детектора.

Существующие теории дают разные выводы в отно­ шении влияния неионизуемых областей на чувстви­ тельность детектирования. В соответствии с рекомби­ национной теорией увеличение неионизуемой области

вкамере детектора не должно приводить к повышению чувствительности. Действительно, если сигнал детек­ тора обусловлен лишь большей скоростью ион-нонной рекомбинации, то все процессы, определяющие ток де­ тектора, происходят в биполярной зоне и выход ионов за ее пределы затрудняет рекомбинацию зарядов. Снос ионов в биполярную зону встречным потоком газа-носи­ теля маловероятен, так как скорость дрейфа ионов даже

вслабых электрических полях много больше линейной скорости движения газового потока в камере детек­ тора.

Полевая теория следующим образом связывает чув­ ствительность детектирования с протяженностью неиони­

зуемой области в камере детектора.

Зависимость чувствительности детектирования от длины I зоны отрицательного объемного заряда описы­ вается выражением вида [см. формулу (5.30)]

5

(5.43)

Если длина пробега (3-частиц в газе-носителе сущест­ венно меньше расстояния между электродами, то / оп­ ределяется в основном протяженностью неионизуемой области. Поэтому увеличение расстояния между элект­ родами должно приводить к повышению чувствительно­ сти, даже если при этом расширяется лишь неионизуемая область разряда. Связь чувствительности с протяжен­ ностью зоны отрицательного объемного заряда в общем

138

сителе почти всегда присутствуют примеси кислорода и паров воды, то п практически зависит от чистоты газаносителя. Однако в любом случае чувствительность должна повышаться с увеличением расстояния между электродами.

Были проведены экспериментальные исследования зависимости чувствительности детектирования в опти­

при работе с аргоном. Очевидно, что во всех случаях достигается одинаковый ток насыщения, т. е. излучение используемого тритиевого p-источника полностью погло­ щается газом-носителем на расстоянии, меньшем 3 мм. Как и в предыдущих экспериментах, зависимость сигна­ ла от напряжения коррелирует с вольт-амперной харак­ теристикой. Поэтому оптимальное значение напряжения питания изменяется при увеличении расстояния между электродами. Следовательно, определение зависимости чувствительности от расстояния между электродами при постоянном значении напряжения лишено физического смысла.

Аналогичные зависимости получены в случае исполь­ зования азота и гелия. При изменении природы газа-но­ сителя характер зависимостей качественно воспроизво­ дится. Изменяются лишь диапазоны напряжений, в кото­ рых осуществляется режим тока проводимости.

На рис. 31 показаны зависимости сигнала детектора в соответствующем оптимальном по напряжению режиме от расстояния между электродами для трех газов-носи­ телей. Во всех случаях чувствительность детектирова­ ния повышается с увеличением расстояния между элек­ тродами. При использовании гелия этот эффект значи­ тельнее, чем при использовании азота, что, возможно, связано с чистотой газов.

139

Протяженность зоны отрицательного объемного за­ ряда зависит не только от расстояния между электрода­ ми, но и от знака напряженности электрического поля. Во всех предыдущих экспериментах положительный по­ тенциал прикладывался к электроду, не являющемуся источником p-излучения. Так как ионизация мягким из­ лучением трития осуществляется лишь вблизи поверхно-

Рис. 31. Зависимость сигнала электроноза­ хватного детектора в оптимальном режиме от расстояния между электродами для трех га­ зов-носителей:

/ — N2 ; 2 — Аг; 3 — Не. Масштабы h для этих газовносителей различны.

сти источника, протяженность зоны отрицательного объемного заряда при такой полярности питания много больше протяженности зоны положительного объемно­ го заряда. Если полярность питания обратна, т. е. поло­ жительный потенциал прикладывается к электроду — источнику p-излучения, протяженность зоны отрицатель­ ного объемного заряда значительно уменьшается. Од­ новременно увеличиваются положительный объемный заряд и протяженность его зоны. Причем крутизна вольт-амперной характеристики в режиме тока прово­ димости заметно снижается, т. е. уменьшается dl/dU. Все это приводит к значительному уменьшению чув­ ствительности электронозахватного детектирования. На­ пример, если расстояние между электродами равно 15 мм, чувствительность детектирования в аргоне умень­ шается при смене полярности более чем на три по­ рядка.

141

Известно, что влияние объемных зарядов повышается с уменьшением площади электродов н может быть чрез­ вычайно большим при разряде с острия. Были опреде­ лены характеристики детектирования в случае несамо­ стоятельного разряда с острия, служившего анодом де­

тектора. Вольт-амперные

вания максимальна. Сравнение чувствительности детек­ тирования при разряде с острия и разряде между пло­ скими электродами в оптимальных режимах показывает, что в случае детектирования с острия может быть полу­ чена значительно большая чувствительность. Этот ре­ зультат, хорошо согласующийся с полевой теорией электропозахватного детектирования, имеет главным об­ разом теоретическое значение. Связано это с тем, что при разряде с острия чрезвычайно трудно добиться ста­ бильной работы детектора. Даже незначительные коле­ бания состава газа-носителя способны вывести детектор

142