Development of plasma electron spectroscopy (PLES) method based on a non-local plasma of a short glow discharge for gas chromatography

Abstract

В настоящее время определение компонентного состава является актуальной задачей, решение которой востребовано во многих сферах экономики. Одним из перспективных вариантов развития современного инновационного приборостроения является объединение нескольких методов на одной общей схеме. Объединение метода плазменной электронной спектроскопии (ПЛЭС) в нелокальной плазме с низкой температурой основной группы электронов с предварительным газохроматографическим разделением соединений является одним из таких вариантов. Поскольку в обоих случаях используется буферный инертный газ (гелий или аргон), то такая комбинация позволяет существенно упростить и миниатюризировать конструкцию прибора в один аналитический цикл. В данной работе описан метод плазменной электронной спектроскопии, который нашел применение для анализа газовых смесей в широком диапазоне давлений буферного газа, в том числе и атмосферном. Реализация этого метода осуществлена, когда в качестве рабочей среды ионизационной ячейки используется нелокальная плазма короткого тлеющего разряда с низкой температурой основной группы электронов. В качестве развития метода и создания компактных газоаналитических устройств и их внедрения в практику предложено объединение ПЛЭС-анализаторов в одной схеме с газохроматографическим разделением соединений. В работе получил дальнейшее развитие метод ПЛЭС на основе нелокальной плазмы короткого тлеющего разряда и создан прототип газоанализатора хромато-ПЛЭС для определения состава газовых смесей: Была собрана газоразрядная ячейка, позволяющая зажигать устойчивый микроразряд в условиях продува через нее буферного гелия при атмосферном давлении. Были сняты вольтамперные характеристики стеночного электрода-сенсора, в собранной разрядной ячейке и получены спектры пеннинговских электронов, рожденных в реакциях метастабилей гелия с частицами кислорода и азота.

At present, the definition of the component composition is an actual problem, the solution of which is in demand in many spheres of the economy. One of the promising options for the development of modern innovative instrumentation is the combination of several methods on one common scheme. Combining the method of plasma electron spectroscopy (PLES) in a nonlocal plasma with a low temperature of the main group of electrons with preliminary gas-chromatographic separation of compounds is one such option. Both methods use a buffer inert gas (helium or argon). This combination makes it possible to simplify and miniaturize the device design in one analytical cycle. In this work we describe a method of plasma electron spectroscopy, which has found application for the analysis of gas mixtures over a wide range of buffer gas pressures, including atmospheric pressure. This method is realized when a nonlocal plasma of a short glow discharge with a low temperature of the main group of electrons is used as the working medium of an ionization chamber. As a development of the method and creation of compact gas analytical devices and their introduction into practice it is proposed to combine PLES analyzers in one scheme with gas-chromatographic separation of mixture. In the work the PLES method was developed on the basis of a nonlocal plasma of a short glow discharge. A prototype of a chromato-PLES gas analyzer have been designed to determine the consist of gas mixtures: A gas-discharge chamber was assembled, which made it possible to organize a stable microdischarge under conditions of blowing buffer helium through it at atmospheric pressure. The voltage-current characteristics of the wall probe in the collected discharge chamber were taken. The spectra of Penning electrons produced in the metastable reactions of helium with oxygen and nitrogen particles were obtained.