EP0260469B1 - Apparatus for analytically determining organic substances - Google Patents

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EP0260469B1 EP87112082A EP87112082A EP0260469B1 EP 0260469 B1 EP0260469 B1 EP 0260469B1 EP 87112082 A EP87112082 A EP 87112082A EP 87112082 A EP87112082 A EP 87112082A EP 0260469 B1 EP0260469 B1 EP 0260469B1
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Friedrich Prof. Dr. Korte
Frederik Prof. Dr. Coulston
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Coulston International Corp
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Coulston International Corp
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Abstract

An apparatus for analytically determining organic substances which are present in concentrations up to the ppm and ppt range by mass analysis, in which the substances are to be transferred from a stock container to a mass analyzer, the stock container can be connected directly to the mass analyzer via a metering apparatus and the mass analyzer is a quadrupole mass spectrometer having a channeltron electron multiplier and a mass correction diaphragm. The object of the invention is to design the above apparatus in such a way that substances which are present in the ppm to ppt range can be detected directly by mass analysis. The solution provided by the invention is characterised in that the passage opening of the mass correction diaphragm can be designed to be variably adjustable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur analytischen Bestimmung von organischen Stoffen, die in Konzentrationen bis in den ppm- und ppt-Bereich vorliegen, mittels Massenanalyse, wobei die Stoffe aus einem Vorratsbehälter in einen Massenanalysator zu überführen sind, der Vorratsbehälter über eine Dosiereinrichtung direkt mit dem Massenanalysator verbindbar und der Massenanalysator ein Quadrupol-Massenspektrometer mit einem Channeltron-electro-multipler und Massenkorrekturblende ist (siehe Patentanmeldung Bundesrepublik Deutschland P 35 10 378.7-52).The invention relates to a device for the analytical determination of organic substances, which are present in concentrations up to the ppm and ppt range, by means of mass analysis, the substances being transferred from a storage container to a mass analyzer, the storage container directly via a metering device with the Mass analyzer connectable and the mass analyzer is a quadrupole mass spectrometer with a Channeltron electro-multiple and mass correction aperture (see patent application Federal Republic of Germany P 35 10 378.7-52).

Die analytische Bestimmung von organischen Chemikalien in der Gasphase wird aus allgemein bekannten Gründen von großen Schwierigkeiten begleitet, die einen direkten Einfluß auf die Konzentrationsgrenzen der zu messenden Chemikalien ausüben. Die üblichen Methoden setzen in vielen Fällen einen Anreicherungsschritt voraus. Während dieser komplizierten Prozeduren können aber erhebliche Fehler auftreten, da sowohl die Probennahme als auch die Komprimierung nicht standardisierbar sind. Bei Probentransport treten große Substanzverluste auf, wenn zu diesem Zweck Gasmäuse bzw. Gasspritzen eingesetzt werden. Es ist außerdem zu berücksichtigen, daß im Falle einer Gasphasenreaktion die Umsetzungen während des Transportes naturgemäß weiterlaufen, was mit der Verfälschung der Endresultate direkt gekoppelt ist. In den seltensten Fällen sind die Nachweis- und Bestimmungsmethoden zufriedenstellend direkt mit dem Probenraum oder Rezipienten kombiniert, wobei die bekannten Systeme auf der Basis der speziellen spektroskopischen Methoden arbeiten.For well-known reasons, the analytical determination of organic chemicals in the gas phase is accompanied by great difficulties which have a direct influence on the concentration limits of the chemicals to be measured. In many cases, the usual methods require an enrichment step. However, considerable errors can occur during these complicated procedures, since both sampling and compression cannot be standardized. Large sample losses occur during sample transport if gas mice or gas syringes are used for this purpose. It must also be taken into account that in the case of a gas phase reaction, the reactions naturally continue during transport, which is directly linked to the falsification of the final results. In the rarest of cases, the detection and determination methods are satisfactorily combined directly with the sample space or recipient, whereby the known systems work on the basis of the special spectroscopic methods.

Es existieren zur Zeit noch nicht einmal Systeme zur Direktbestimmung der chemischen Zusammensetzung der Gasphasengemische ohne Anreicherung im ppb-Bereich. Der direkte Einsatz von Massenanalysatoren ist ebenfalls für solche Nachweisbereiche ungeeignet, da ihre Betriebsparameter, z.B. der Betriebsdruckbereich von 1.3332 · 10⁻² - 1.3332 · 10⁻⁴ Pa (10⁻⁴ - 10⁻⁶ Torr), ein derart hohes Rausch/Signal-Verhältnis verursacht, daß die im ppb-Bereich oder darunter vorliegenden Stoffe nicht festgestellt werden können. Eine Reduzierung des Betriebsdruckes auf Werte unterhalb 13332 · 10⁻⁴ Pa (10⁻⁶ Torr), die dem gewünschten Meßbereich nahe kämen, würde lediglich bewirken, daß sowohl das Rauschen als auch das Meßsignal eliminiert sind.At the moment there are not even systems for the direct determination of the chemical composition of the gas phase mixtures without enrichment in the ppb range. The direct use of mass analyzers is also unsuitable for such detection areas because of their operating parameters, eg the operating pressure range of 1.3332 · 10⁻² - 1.3332 · 10⁻⁴ Pa (10⁻⁴ - 10⁻⁶ Torr), causes such a high noise / signal ratio that the substances in the ppb range or below cannot be determined. A reduction in the operating pressure to values below 13332 · 10⁻⁴ Pa (10⁻⁶ Torr), which would come close to the desired measuring range, would only have the effect that both the noise and the measuring signal are eliminated.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die e. g. Einrichtung derart auszugestalten, daß auch Stoffe, die im ppm- bis ppt-Bereich vorliegen, direkt massenanalytisch nachgewiesen werden können.The object underlying the invention is to e. G. To design the device in such a way that substances which are in the ppm to ppt range can also be directly detected by mass analysis.

Die Lösung ist erfindungsgemäß im kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1 beschrieben.The solution is described in the characterizing feature of claim 1.

Die weiteren Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung an.The further claims indicate advantageous embodiments of the invention.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Bestimmung der Photostabilität leicht flüchtiger organischer Verbindungen (z.B. Umweltchemikalien, Konzentration-/Zeitdiagramme. Halbwertzeiten, Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten), der Photostabilität schwer verdampfbarer Verbindungen (Umweltchemikalien, die zu den 1,2-Diketonen gezählt werden; das entstehende CO mit einer Nachweisgrenze von 200 ppt), der Arbeitsplatzkonzentration organischer Chemikalien in einer Produktionsstätte (Benzol und 1,2-trans-Dichlorethylen-Konzentration; Nachweisgrenze 100 ppt - 5 ppb), der Konzentration organischer Chemikalien in geschlossenen Räumen (Pentachlorphenol-Nachweis in Büroräumen; 40 µg/m³ - 55 µg/m³), Analyse wäßriger und fester Proben (Benzolnachweis aus dem Fluß Goldach/Kreis Erding; Nachweisgrenze 10 ppb; und CO₂-Nachweis aus dem Trägermaterial (Kieselgel, Aluminiumoxid neutral, Montmorillonid, Sände aus Tulorosa, Ägypten, Libyen und Saudi Arabien nach den Mineralisierungsexerpimenten unter standardisierten Bedingungen; Nachweisgrenze für CO₂ mind. 100 ppt)) sowie der Konzentration von toxischen Substanzen in Inhalationskammern (Biacetyl, Benzol, Tetrachlorkohlenstoff, Freon 11 und 12, Benzaldehyd, Chlorbenzol und 1,2-Trans-Dichlorethylen; Nachweisgrenze mind. 100 - 500 ppt).The invention is particularly suitable for determining the photostability of volatile organic compounds (for example environmental chemicals, concentration / time diagrams, half-lives, reaction rate constants), the photostability of compounds which are difficult to evaporate (environmental chemicals which are counted among the 1,2-diketones; the CO formed with a detection limit of 200 ppt), the workplace concentration of organic chemicals in a production facility (benzene and 1,2-trans-dichlorethylene concentration; detection limit 100 ppt - 5 ppb), the concentration of organic chemicals in closed rooms (Pentachlorophenol detection in offices; 40 µg / m³ - 55 µg / m³), analysis of aqueous and solid samples (benzene detection from the Goldach / Erding river; detection limit 10 ppb; and CO₂ detection from the carrier material (silica gel, aluminum oxide neutral, Montmorillonide, sands from Tulorosa, Egypt, Libya and Saudi Arabia after the mineralization experiments under standardized conditions; detection limit for CO₂ at least 100 ppt)) and the concentration of toxic substances in inhalation chambers (biacetyl, benzene, carbon tetrachloride, freon 11 and 12, benzaldehyde, Chlorobenzene and 1,2-trans-dichlorethylene; detection limit at least 100 - 500 ppt).

Als Anwendungsgebiete eignen sich die Blutalkoholbestimmung, Bestimmung leicht flüchtiger Verbindungen im Urin (z.B. Ketone), Bestimmung chlorierter Kohlenwasserstoffe im Fettgewebe, Bestimmung leicht flüchtiger Produkte aus dem Klärschlamm, Müllschlacke und Flugasche, Überwachung der Straßen- und Stadtluft (alle Schadstoffe einschließlich Stickoxide, Schwefeldioxid und organische Umweltchemikalien in der Luft), Kontrolle der Abgase aus Verbrennungsmaschinen und deren einwandfreie Identifizierung und Quantifizierung, Überprüfung der Vollständigkeit der Gasphasenreaktion in der chemischen Industrie (z.B. Ammoniak-Synthese), thermische Zersetzbarkeit der Marktartikel aus der Halbleiterindustrie, Bestimmung von Wasserstoff, Helium, Stickstoff und anderen Gasen in verschiedenen Bereichen der Industrie und die Kontrolle der thermischen Zersetzung organischer Umweltchemikalien bei der Müllverbrennung und Pyrolyse-Prozessen.Areas of application include blood alcohol determination, determination of volatile compounds in urine (e.g. ketones), determination of chlorinated hydrocarbons in fatty tissue, determination of volatile products from sewage sludge, waste slag and fly ash, monitoring of street and city air (all pollutants including nitrogen oxides, sulfur dioxide and organic environmental chemicals in the air), control of the exhaust gases from internal combustion engines and their correct identification and quantification, checking the completeness of the gas phase reaction in the chemical industry (e.g. ammonia synthesis), thermal decomposability of market articles from the semiconductor industry, determination of hydrogen, helium, nitrogen and other gases in various areas of industry and control of thermal decomposition of organic environmental chemicals in waste incineration and pyrolysis processes.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels der Fig. 1 und 2 näher erläutert.The invention is explained below with reference to an embodiment using FIGS. 1 and 2.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Anlage besteht im wesentlichen aus 3 Teilen, nämlich aus einem Vakuum-kontrollierbaren Rezipiententeil 1, einem optimierten Massenanalysatorsystem 2 und einem speziellen Separatorsystem 3.The plant shown in FIG. 1 essentially consists of 3 parts, namely a vacuum-controllable recipient part 1, an optimized mass analyzer system 2 and a special separator system 3.

Der Rezipiententeil 1 besteht aus einem kugelförmigen Glasreaktor 4 mit variierbaren Rezipientengrößen zwischen 1 - 400 l und Zusatzeinsätzen, z.B. Bestrahler 5, für verschiedene Zwecke. Der Rezipient ist von einem Heizmantel 6 umgeben, der Temperaturbereiche bis zu 200°C ermöglicht. Das gesamte System 1 kann mit Hilfe einer Turbomolekularpumpe 7 (hier Galileo PT-60) bis auf 1.3332 · 10⁻⁶ Pa (10⁻⁸ Torr) evakuiert werden. Durch Einsatz eines viton-gedichteten Schieberventils kann der Reaktionsraum 8 vom Pumpenstand getrennt werden (Vorpumpe 9: Edwards E2 M8). Nach Erreichen des gewünschten Druckes können aus dem Einlaßsystem 10 die Proben oder Probenteile mit den Stoffen in die Gasphase gebracht und deren Konzentration mit Hilfe der Druckmessungen bestimmt werden. Das Einlaßsystem 10 besteht aus einem Edelmetallgehäuse mit 4 Vakuumabdichtbaren Öffnungen. Von der oberen Seite ist es mit einem gefederten Metallstab 11 versehen, mit dessen Hilfe die flüchtigen Proben, die sich in standardisierbaren Kapillaren befinden, mechanisch freigesetzt werden können. Für Festproben stehen Porzellanschiffchen zur Verfügung. Unterhalb des Einlaßsystems 10 ist eine variierbare Gasventilkombination 12 (CJT Vakuum-Technik, Ramelsbach) untergebracht, die die Aufgabe hat, gasförmige Proben kontrolliert in den Reaktor 4 einzulassen.The recipient part 1 consists of a spherical glass reactor 4 with variable recipient sizes between 1 - 400 l and additional inserts, for example irradiators 5, for various purposes. The recipient is surrounded by a heating jacket 6, which enables temperature ranges up to 200 ° C. The entire system 1 can be evacuated to 1.3332 · 10⁻⁶ Pa (10⁻⁸ Torr) with the help of a turbomolecular pump 7 (here Galileo PT-60). The reaction chamber 8 can be separated from the pump stand by using a viton-sealed slide valve (backing pump 9: Edwards E2 M8). After the desired pressure has been reached, the samples or sample parts with the substances can be brought into the gas phase from the inlet system 10 and their concentration can be determined with the aid of the pressure measurements. The inlet system 10 consists of a noble metal housing with 4 vacuum sealable openings. From the upper side it is provided with a spring-loaded metal rod 11, with the aid of which the volatile samples, which are located in standardizable capillaries, can be released mechanically. Porcelain boats are available for solid samples. A variable gas valve combination 12 (CJT vacuum technology, Ramelsbach) is accommodated below the inlet system 10 and has the task of admitting gaseous samples into the reactor 4 in a controlled manner.

Der Rezipiententeil 1 bietet Arbeitsmöglichkeiten in den Druckbereichen 133.32 - 1.3332 · 10⁻⁶ Pa (1 - 10⁻⁸ Torr) und in verschiedenen Druckbereichen mit unterschiedlichen Rezipientenvolumen unter Verwendung von Gas bzw. Gasgemischen.The recipient part 1 offers work possibilities in the pressure ranges 133.32 - 1.3332 · 10⁻⁶ Pa (1 - 10⁻⁸ Torr) and in different pressure ranges with different recipient volumes using gas or gas mixtures.

Beim optimierten Massenanalysatorsystem 2 mit dem speziellen Separatorteil 3 wird ein Quadrupol-Massenspektrometer 13 (UTI, 10-02) verwendet, das durch Installation eines channeltron-electro-multipliers 14 mit einer Massenkorrekturblende 15, sowie durch Einbau einer Ionenpumpe 16 (Varian Vacion 8 l/s) modifiziert ist, wobei die Ionenpumpe 16 senkrecht zu der Massenanalysatorturbomolekularpumpeneinheit 17 angebracht wird. Die optimale Funktionsweise der Anlage wurde nach folgenden Punkten bewertet:

  • a) Dichtigkeit des gesamten Systems mit Hilfe der Druckanstiegsmessungen gegen Zeit, wobei die maximale zulässige Leckrate 1 x 1.3332 · 10⁻³ Pa l/s (1 x 10⁻⁵ Torr l/s) beträgt und
  • b) Empfindlichkeitsmessungen am Quadrupol 13 anhand der Referenzverbindungen Benzol, Diacetyl und Chloroform, wobei eine Nachweisgrenze von mindestens 100 ppb erreicht wird.
In the optimized mass analyzer system 2 with the special separator part 3, a quadrupole mass spectrometer 13 (UTI, 10-02) is used, which is achieved by installing a channeltron electro multiplier 14 with a mass correction aperture 15 and by installing an ion pump 16 (Varian Vacion 8 l / s) is modified, the ion pump 16 being mounted perpendicular to the mass analyzer turbomolecular pump unit 17. The optimal functioning of the system was assessed according to the following points:
  • a) tightness of the entire system using the pressure increase measurements against time, the maximum permissible leakage rate being 1 x 1.3332 · 10⁻³ Pa l / s (1 x 10⁻⁵ Torr l / s) and
  • b) Sensitivity measurements on the quadrupole 13 using the reference compounds benzene, diacetyl and chloroform, a detection limit of at least 100 ppb being reached.

Der Massenanalysator 13 wird gewöhnlicherweise im Druckbereich zwischen 1.3332 · 10⁻² - 1.3332 · 10⁻⁴ Pa (10⁻⁴ und 10⁻⁶ Torr) betrieben. Der Nachweis der Ionen, und zwar sowohl die der zu untersuchenden Stoffe als auch der anderen Gasbestandteile (Verunreinigungen), erfolgt mittels eines Sekundärelektronenvervielfachers. Sollen Konzentrationen der Stoffe im ppb- bzw. ppt-Bereich nachgewiesen werden, genügt es nicht einfach,den Vakuumbereich im Massenanalysator 13 entsprechend zu erhöhen, da in diesem Falle das Signal/Rausch-Verhältnis die Messung unmöglich macht. Andererseits würde zwar eine reine Druckerniedrigung wiederum für saubere Meßbedingungen sorgen, im vorliegenden Falle würde sie den Nachweis der Stoffe aber verhindern, da ihre Konzentration in der Ionenquelle entsprechend erniedrigt würde. Bei der Erfindung wird zwar auch der Druckbereich des Massenanalysators 13 in Bereiche von 1.3332 · 10⁻⁷ Pa (10⁻⁹ Torr) heruntergedrückt, so daß das Rauschen verschwindet, aber durch die Verwendung des channeltron-electromultipliers 14 mit Massenkorrekturblende 15 die Empfindlichkeit des Nachweises der Stoffe erheblich verbessert. Es entstehen quasi Reinspektren der Stoffe.The mass analyzer 13 is usually operated in the pressure range between 1.3332 · 10⁻² - 1.3332 · 10⁻⁴ Pa (10⁻⁴ and 10⁻⁶ Torr). The ions, both those of the substances to be investigated and the other gas components (impurities), are detected by means of a secondary electron multiplier. If concentrations of the substances in the ppb or ppt range are to be detected, it is not simply sufficient to increase the vacuum range in the mass analyzer 13 accordingly, since in this case the signal / noise ratio makes the measurement impossible. On the other hand, a pure pressure reduction would in turn ensure clean measuring conditions, in the present case, however, it would prevent the detection of the substances, since their concentration in the ion source would be reduced accordingly. In the invention, the pressure range of the mass analyzer 13 is depressed in ranges of 1.3332 · 10⁻⁷ Pa (10⁻⁹ Torr) so that the noise disappears, but by using the channeltron electromultiplier 14 with mass correction aperture 15, the sensitivity of the detection of fabrics improved significantly. There are quasi pure spectra of the substances.

Die Massenkorrekturblende 15 ist nicht direkt beim Canneltron 14 angeordnet, sondern zwischen dem Eingang zur Turbomolekularpumpe 17 und dem Zugang zur Ionenpumpe 16 eingefügt, d. h. unterhalb der Ionenpumpe 16. Diese Lage ist besonders günstig, da eine Plazierung oberhalb der Ionenpumpe den Reinigungsprozeß unnötig verzögern könnte.The mass correction aperture 15 is not arranged directly at the Canneltron 14, but is inserted between the entrance to the turbomolecular pump 17 and the entrance to the ion pump 16, i. H. underneath the ion pump 16. This position is particularly favorable, since placement above the ion pump could unnecessarily delay the cleaning process.

Die Massenkorrekturblende 15 dient der Regulierung und Erhöhung der relativen Aufenthaltswahrscheinlichkeiten bzw. Konzentrationen der einzelnen Moleküle im Analysator 13. Hierzu ist ihre Durchtrittsöffnung 31 in ihrem Durchmesser variabel entweder manuell oder automatisch einstellbar. Sie weist einen Aufbau auf, der dem einer Irisblende einer optischen Kamera entsprechen kann. Der Regulator 32 für die Massenkorrekturblende 15/31 kann entweder von Hand (Stellung des Schalters 43 auf Position 33) oder automatisch (Stellung auf 34) betrieben werden.The mass correction orifice 15 serves to regulate and increase the relative residence probabilities or concentrations of the individual molecules in the analyzer 13. For this purpose, its diameter 31 can be adjusted variably either manually or automatically. It has a structure that can correspond to that of an iris diaphragm of an optical camera. The regulator 32 for the mass correction aperture 15/31 can either be operated manually (position of the switch 43 in position 33) or automatically (position in position 34).

Bei automatischem Betrieb steht er über eine Kontrolleinheit 35 und ein Interface 36 mit einer Prozessoreinheit 37 in Verbindung. Diese Prozessoreinheit 37 kontrolliert bzw. steuert über eine weitere Kontrolleinheit 38 den Regulator 39 für das Channeltron 14, wenn der Schalter 40 auf die Position 41 geschaltet ist (Automatik). Die Stellung 42 ist wiederum für Handbetrieb gedacht.In the case of automatic operation, it is connected to a processor unit 37 via a control unit 35 and an interface 36. This processor unit 37 controls or controls the regulator 39 for the channeltron 14 via a further control unit 38 when the switch 40 is switched to position 41 (automatic). Position 42 is again intended for manual operation.

Die variable Massenkorrekturblende 15 wird in Zusammenarbeit mit dem Channeltron 14 von der Prozessoreinheit gesteuert. Diese Maßnahme (Öffnen oder Schließen der Durchtrittsöffnung 31) führt zur Intensitätsänderung der Fragmentionen der betreffenden, auszumessenden Verbindungen. Für jeden Druckbereich sind substanzspezifische Einstellungen der Durchtrittsöffnung 31 zur Optimierung der Nachweisgrenze notwendig. Im Gegensatz zu allen bisherigen Geräten, bei denen die Durchtrittsöffnung konstant auf einen Wert, z. B. für Stickstoff, eingestellt wird, kann somit für jede nachzuweisende Verbindung automatisch die optimale Einstellung der Massenkorrekturblende 15 gefunden werden.The variable mass correction aperture 15 is controlled by the processor unit in cooperation with the Channeltron 14. This measure (opening or closing the passage opening 31) leads to a change in the intensity of the fragment ions of the relevant compounds to be measured. Substance-specific settings of the passage opening 31 are necessary for each pressure range in order to optimize the detection limit. In contrast to all previous devices, in which the passage opening constantly to a value, for. B. for nitrogen, the optimum setting of the mass correction aperture 15 can thus be found automatically for each connection to be detected.

Dieser Sachverhalt ist in der Figur 2 dargestellt. Sie zeigt den Verlauf der Intensität in % gegenüber der Fläche der Durchtrittsöffnung 31 der Massenkorrekturblende 15 mm²/100 für die Verbindungen Benzol (Kurve 44) und Trichlorethylen (Kurve 45). Der Druck ist bei 2.933 · 10⁻⁴ Pa (2,2 x 10⁻⁶ Torr) festgelegt. Beide Kurven 44 und 45 verdeutlichen, daß jeweils eine optimale Durchtrittsfläche (Maximum), z. B. bei ca. 54 mm²/100 und ca. 42 mm²/100, für die Messung automatisch einstellbar ist. Der Außendurchmesser der Massenkorrekturblende 15 beträgt 48 mm, ihre Dicke 2 mm.This state of affairs is shown in FIG. 2. It shows the course of the intensity in% compared to the area of the passage opening 31 of the mass correction aperture 15 mm² / 100 for the compounds benzene (curve 44) and trichlorethylene (curve 45). The pressure is set at 2,933 · 10⁻⁴ Pa (2.2 x 10⁻⁶ Torr). Both curves 44 and 45 illustrate that an optimal passage area (maximum), z. B. at approx. 54 mm² / 100 and approx. 42 mm² / 100, for the measurement is automatically adjustable. The outside diameter of the mass correction orifice 15 is 48 mm and its thickness is 2 mm.

Nach der optimalen Einstellung der Massenkorrekturblende 15 werden mittels der Prozessoreinheit 37 und der Kontrolleinheit 38 über die Outputspannungen des Channeltron 14 die Intensitäten der Mol- und Fragmentionen erhöht. Dabei werden alle die zu einem Fragment gehörenden Peaks durch gezielte Reduzierung der Auflösung kumulierend registriert.After the optimal adjustment of the mass correction aperture 15, the intensities of the mol and fragment ions are increased by means of the processor unit 37 and the control unit 38 via the output voltages of the Channeltron 14. All peaks belonging to a fragment are registered cumulatively by deliberately reducing the resolution.

Der Separatorteil 3 zwischen dem Reaktor 4 und dem Massenanalysatorsystem 2 besteht aus 3 Nadelventilen 28 - 20, die sowohl in Serie als auch parallel kombiniert werden können. Das Nadelventil 18 ist unter normalen Bedingungen geschlossen, d.h. die Drücke im Reaktor 4 liegen über 1.3332 · 10⁻⁴ Pa (10⁻⁶ Torr) und die Konzentration der zu untersuchenden Stoffe ist entsprechend hoch. Dann muß die Dosierung über die beiden Reduziernadelventile 19, 20 stufenlos durchgeführt werden, damit sowohl der Druck als auch die Konzentration der Stoffe in für den Massenanalysator 13 geeigneten Wertbereichen liegen. Für den Fall, daß bereits diese Wertbereiche im Reaktor 4 vorherrschen, kann direkt über das Nadelventil 18 angeschlossen werden.The separator part 3 between the reactor 4 and the mass analyzer system 2 consists of 3 needle valves 28-20, which can be combined both in series and in parallel. The needle valve 18 is closed under normal conditions, i.e. the pressures in reactor 4 are above 1.3332 · 10⁻⁴ Pa (10⁻⁶ Torr) and the concentration of the substances to be investigated is correspondingly high. Then the metering must be carried out continuously via the two reducing needle valves 19, 20, so that both the pressure and the concentration of the substances lie in value ranges suitable for the mass analyzer 13. In the event that these value ranges already prevail in the reactor 4, connection can be made directly via the needle valve 18.

Zur Durchführung der Experimente können kugelförmige Reaktoren 4 aus Pyrexglas verwendet werden, wobei als Lichtquelle 5 unterschiedliche Lampentypen einsetzbar sind. Bei der Verwendung des Gasphase-Massenanalysatorsystems 2 wird das folgende Versuchsschema eingehalten:

  • 1. Einschmelzungen der luftfreien Substanzen in Kapillarröhrchen.
  • 2. Erzeugung der Vakuumbereiche in dem Rezipienten 1 bis auf 1.3332 · 10⁻⁵ - 1.3332 · 10⁻⁶ Pa (10⁻⁷ - 10⁻⁸ Torr).
  • 3. Dosierung der Chemikalien aus dem Einlaßsystem 10 in den Reaktor 4 bis zu den Anfangskonzentrationen (1-25 ppm).
  • 4. Stabilisierung des Massenanalysators 13 auf die angegebene Konzentration.
  • 5. Betätigung der Lichtquelle 5 nach der Einbrennzeit der Lampe.
  • 6. Messung der Abnahme der Ausgangsverbindungen und Nachweis der Bildung der Photoprodukte mit Hilfe des optimierten Massenanalysatorsystems 2.
Spherical reactors 4 made of pyrex glass can be used to carry out the experiments, 5 different lamp types being usable as the light source. The following test scheme is followed when using the gas phase mass analyzer system 2:
  • 1. Melting of the air-free substances in capillary tubes.
  • 2. Generation of the vacuum areas in the recipient 1 up to 1.3332 · 10⁻⁵ - 1.3332 · 10⁻⁶ Pa (10⁻⁷ - 10⁻⁸ Torr).
  • 3. Dosage of the chemicals from the inlet system 10 into the reactor 4 up to the initial concentrations (1-25 ppm).
  • 4. Stabilization of the mass analyzer 13 to the specified concentration.
  • 5. Actuation of the light source 5 after the lamp burn-in time.
  • 6. Measurement of the decrease in the starting compounds and detection of the formation of the photo products with the aid of the optimized mass analyzer system 2.

Claims (3)

  1. Apparatus for analytically determining organic substances, which are in concentrations up to the ppm and ppt ranges, by means of mass analysis using a mass analyzer, a turbomolecular pump, an ion pump and a supply container, the substances having to be transferred from the supply container to the mass analyzer, the supply container (4) is directly connectable to the mass analyzer (13) via a metering means (18-20), and the mass analyzer is a quadrupole mass spectrometer having a channeltron-electromultiplier (14) and a mass correction diaphragm, characterised in that
    a) the mass correction diaphragm (15) is inserted between the inlet to the turbomolecular pump (17) and the entrance to the ion pump (16); and
    b) the through-aperture (31) in the mass correction diaphragm (15) is variably adjustable.
  2. Apparatus according to claim 1, characterised in that the optimum adjustment of the through-aperture (31) is automatically accomplishable by a processor unit (37) in association with the operational parameters of the channeltron-electromultiplier (14).
  3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterised in that the mass correction diaphragm (15) has a construction which corresponds to that of an iris diaphragm of an optical camera.
EP87112082A 1986-09-19 1987-08-20 Apparatus for analytically determining organic substances Expired - Lifetime EP0260469B1 (en)

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