用于气体样品分析的光电离检测器和方法与流程

1.本技术领域一般涉及气体检测，更具体地涉及用于检测气体样品中的化学化合物的光电离检测器。


背景技术：

2.各种类型的气体检测器和检测技术在本领域中是已知的。光电离检测器(pid)是一种类型的气体探测器。pid是响应于各种有机化合物(诸如挥发性有机化合物(vocs))和一些无机化合物的宽带检测器。pid被广泛用于气相色谱(gc)，以及用于对环境和有害气体进行监测、检测和/或分析的各种其他工业和科学应用。传统的pid通常包括紫外(uv)辐射源、光耦合到uv辐射源的电离室以及置于电离室中的一对电偏置收集电极。uv辐射源典型地是填充有低压惰性气体(诸如氩气(ar)、氙气(xe)或氪气(kr))的真空uv(vacuum uv，vuv)灯，uv辐射源被配置成产生光子能量典型地在约8.0ev至约12.0ev的范围内的uv辐射。uv辐射源具有光学窗口，光学窗口被配置成使得uv辐射能够穿过光学窗口并且进入电离室。光学窗口通常由氟化物盐晶体(诸如baf2、caf2、mgf2和lif)制成。电离室被配置成使得气体样品能够流过电离室。由uv辐射源产生的uv辐射对流动的气体样品中的化学化合物进行电离，该化学化合物的电离能等于或小于uv光子的能量。这导致从化学化合物移除电子并且形成带正电荷的离子。收集电极具有在收集电极之间施加的电势差，该电势差在电离室内产生电场。电场将离子与电子分开，使得一个电极收集离子，另一个电极收集电子。这种电荷分离和收集过程产生电流，该电流可以被测量和分析以传递关于气体样品的定量和定性的成分信息。
3.pid具有各种优点，各种优点的非限制性示例包括pid的高灵敏度、大动态范围、多功能性、易用性、紧凑尺寸和无损检测能力。然而，pid也具有缺点和局限性。一个缺点是pid往往具有有限的寿命，并且受到性能逐渐下降的影响，尤其是在较高的光子能量下受到性能逐渐下降的影响。因此，在延长pid的使用寿命以提高性能方面，在pid领域中仍然存在挑战。


技术实现要素：

4.本说明书一般涉及用于在气相色谱(gc)和其他气体检测应用中使用的光电离检测器(pid)和相关的操作方法。
5.根据一方面，提供了一种pid，该pid包括：
6.电离室，电离室被配置成使得气体样品的流能够穿过电离室，电离室限定电离区域和检测区域；
7.光电离源，光电离源被配置成产生用于对电离区域中的气体样品的流进行辐照的电离辐射；
8.电场电离源，电场电离源被配置成在电离室的内部施加电离电场，以与电离区域中的气体样品的流相交，其中，电离辐射和电离电场被配置成将气体样品电离成经电离的
气体样品；以及
9.离子检测器，离子检测器被配置成在检测区域中检测由经电离的气体样品产生的电离电流。
10.气体样品可以是已知、预期或怀疑含有分析物的任何气态物质，这些气态物质包括气体、汽化的液体和汽化的固体。所关注的分析物可以包括挥发性有机化合物(vocs)，挥发性有机化合物的非限制性示例包括(仅举几个示例)：芳烃、烯烃、溴化物和碘化物、硫化物和硫醇、有机胺、酮、醚、酯和丙烯酸酯、醇、醛、烷烃和烷基卤化物。
11.在一些实施例中，电离室包括室主体、被配置成将气体样品接纳到室主体中的样品入口、以及被配置成从室主体排放气体样品的样品出口。室主体可以围封限定电离区域和检测区域的内部容积。室主体还可以提供样品流动路径，该样品流动路径使得气体样品能够从样品入口依次流过电离区域和检测区域到达样品出口。
12.在一些实施例中，光电离源被配置成在电磁光谱的紫外(uv)区域中发射电离辐射，例如在真空uv(vuv)子区域中发射电离辐射，更具体地在约150nm至约100nm的波长范围内发射电离辐射，该电离辐射大约对应于介于约8.0ev至约12.0ev之间的光子能量。这种光子能量可以使得各种所关注的分析物能够被电离，而不伴随典型运载气体的电离，或者伴随很少或可以忽略不计的典型运载气体的电离。虽然本文所公开的各种实施例使用在uv范围内的电离辐射，但是一些实施例可以使用在电磁光谱的其他区域(例如，可见范围)内的电离辐射。
13.在一些实施例中，pid包括光学窗口，该光学窗口被配置成使得电离辐射的至少一部分在进入电离室的电离区域之前能够穿过该光学窗口。根据应用，光学窗口可以作为光电离源或电离室的部件提供，或者作为pid的不同部件提供。由光电离源产生的电离辐射包含高能光子，该高能光子能够单独或与由电场电离源施加的电离电场一起对气体样品中的所关注的一种或多种分析物进行电离。在一些实施例中，气体样品的流、电离电场和与光学窗口正交的表面彼此相互垂直。在一些实施例中，光学窗口由包括氟化锂(lif)、氟化镁(mgf2)、氟化钙(caf2)、氟化钡(baf2)、氟化锶(srf2)、氟化钠(naf)、蓝宝石(al2o3)或石英(sio2)或其组合的窗口材料制成。
14.在一些实施例中，光电离源包括与电离室光学通信的至少一个uv灯。uv灯可以包括灯主体，该灯主体围封限定放电区域的内部容积，该放电区域被配置成在放电区域中接纳放电气体。uv灯还可以包括或联接到灯电源和相关的电子电路，灯电源被配置成将放电区域的内部的放电气体激励成产生电离辐射的等离子体。uv灯还可以包括光学窗口，该光学窗口被安装到灯主体，并且被配置成使得在放电区域的内部产生的电离辐射的至少一部分能够穿过该光学窗口并进入电离室。在一些实施例中，至少一个uv灯包括一对uv灯，这对uv灯置于电离室的相对侧。
15.放电气体可以是任何气体或气体的组合，任何气体或气体的组合能够产生伴随辐射(例如，uv辐射)发射的等离子体。由气体放电等离子体发射的uv光子的能量可以取决于用于填充放电区域的放电气体的类型。放电气体的非限制性示例包括(仅举几个示例)：氩气(ar)、氙气(xe)、氪气(kr)、氖气(ne)、氦气(he)、氢气(h2)、氧气(o2)、氮气(n2)或其组合。
16.光学窗口可以可移除地安装到灯主体。在这种情况下，可以执行光学窗口的移除以进行检查、清洁、修复、更换和/或任何其他合适的维护操作。光学窗口可以由在某些光谱
范围内具有高uv透射率的材料制成。光学窗口可以用作截止滤光器，该截止滤光器确定在放电区域中产生的电离辐射的光谱，该电离辐射离开uv灯进入电离室，以对在电离区域中的气体样品进行照射。光学窗口可以具有高截止光子能量的特征，超过该高截止光子能量，该光学窗口的透射率显著下降，从实用的角度变得很低或可以忽略不计。窗口材料的非限制性示例包括(仅举几个示例)：晶体材料(诸如氟化锂(lif)、氟化镁(mgf2)、氟化钙(caf2)、氟化钡(baf2)、氟化锶(srf2)、氟化钠(naf)、蓝宝石(al2o3)、石英(sio2)及其组合)以及任何合适的当前或未来的窗口材料。由于不同的窗口材料具有不同的透射光谱，被透射到电离室中的最高能量光子可以通过窗口材料的选择来控制。
17.根据应用，可以使用各种方法来激发uv灯的内部的放电气体并且产生发射uv辐射的气体放电等离子体。激发方法的非限制性示例包括(仅举几个示例)：连续直流(dc)放电、脉冲dc放电、交流(ac)放电、介质阻挡放电(dbd)、电晕放电、射频(rf)放电、微波(mw)放电、空心阴极(hc)放电、电感耦合等离子体(icp)放电和电容耦合等离子体(ccp)放电。
18.在一些实施例中，uv灯可以被配置成根据基于dbd的激发方法进行操作。在这种情况下，uv灯可以包括一对放电电极和一对介质阻挡部，这对放电电极以间隔开的关系置于灯主体的相对侧，以在放电区域中限定放电间隙，这对介质阻挡部置于放电间隙中，每个介质阻挡部沿着放电电极中的相应的一个延伸并且与放电电极中的相应的一个相邻。在一些实施例中，灯主体包括提供这对介质阻挡部的一对相对的侧壁。灯电源可以被配置成通过向放电电极施加放电驱动信号来将放电气体激励成等离子体，以产生跨越放电间隙的放电电场，其中，放电电场被配置成建立和维持在放电区域中发射uv辐射的等离子体。
19.在一些实施例中，uv灯包括一个或多个气体端口，一个或多个气体端口穿过灯主体形成，以提供放电区域与灯主体外部之间的气体连通。一个或多个气体端口可以包括放电气体入口和放电气体出口，放电气体入口被配置成将放电气体接纳到放电区域中，放电气体出口被配置成从放电区域排放放电气体。放电气体入口和放电气体出口可以被配置成连接到气体流通系统。气体流通系统可以被配置成连续地或间隔地使放电气体的流从放电气体入口流通通过放电区域到达放电气体出口。在操作期间使uv灯的内部的放电气体的流流通可以是有用的，例如用于去除在等离子体放电期间形成的污染物和/或用于从uv灯除去热量。气体流通系统可以被配置成能够在不同类型的气体和可以包括掺杂气体的气体混合物之间进行选择，以用作uv灯中的放电气体。
20.在一些实施例中，pid可以包括由窗口材料制成的光学窗口，该窗口材料的最高能量透射光子的能量低于普通氟化物晶体材料(诸如caf2、mgf2和lif)的能量，同时使得能够在相当宽的电离能的范围内检测分析物。这是因为气体样品的电离可以通过由光电离源产生的电离辐射和由电场电离源施加的电离电场的组合作用来实现。例如，光学窗口可以由蓝宝石构成，蓝宝石表现出高机械强度、高耐化学性和高热稳定性。然而，蓝宝石的高截止光子能量小于caf2、mgf2和lif的高截止光子能量。通过使用场辅助光电离，与普通氟化物晶体窗口相比，pid可以受益于蓝宝石光学窗口的增强的鲁棒性和耐久性，而没有或很少受到由蓝宝石uv灯发射的较低光子能量引起的可检测分析物的范围缩小的限制。
21.在一些实施例中，电场电离源可以包括一对电离电极，这对电离电极相对于电离区域布置，例如，以间隔开的关系在电离室的外部置于电离室的相对侧。电场电离源还可以包括或联接到电离电源和相关的电子电路，电离电源被配置成向电离电极施加电离驱动信
号，以在电离区域中产生电离电场。在一些实施例中，电离驱动信号可以是dc信号，dc信号可以是连续dc信号或脉冲dc信号。特别地，dc信号可以具有恒定的幅度，或者可以随时间突然地或者逐渐地变化，使得各种类型的dc波形是可能的，包括完全整流的和部分整流的波形。在其他实施例中，用于产生电离电场的电离驱动信号可以是低强度ac信号和/或低频ac信号。在一些实施例中，电离电源可以被配置成控制电离电场的幅度，以将气体样品中的可检测分析物的电离能的范围的上限增加约1ev至约4ev的量。
22.在一些实施例中，场辅助光电离的使用可以使得本文所公开的pid的实施例采用更耐用但能量更低的uv灯(诸如具有蓝宝石窗口的uv灯)，但是可以响应于具有与能量更高的uv灯(诸如基于caf2、mgf2、lif和其他氟化物晶体的uv灯)提供的范围相当的电离能范围的化合物。
23.在一些实施例中，可以在操作期间或操作之间改变电离电场的强度，以根据可检测分析物的电离能的范围来调节pid的选择性，该选择性通常与电场强度成反比变化。
24.在一些实施例中，离子检测器可以包括一对检测电极，这对检测电极相对于检测区域布置，例如，以间隔开的关系在电离室的外部置于电离室的相对侧。离子检测器还可以包括或联接到检测电源和相关的电子电路，检测电源被配置成在检测电极之间建立和保持偏置电压，以在检测区域中产生检测电场。检测电场被配置成将经电离的气体样品中的离子和电子偏转并分离到检测电极中的相应的一个上，以被检测电极收集。离子检测器还可以包括检测电路，检测电路被配置成基于检测电极收集的离子和电子测量电离电流，并且输出表示测得的电离电流的检测信号。
25.在一些实施例中，pid可以包括控制和处理单元。控制和处理单元可以被配置成控制、监测和/或协调pid的各种部件(诸如，电离室、光电离源、电场电离源和离子检测器)的功能和操作。控制和处理单元还可以被配置成从离子检测器接收表示电离电流的检测信号，并且根据检测信号确定关于气体样品中的分析物的分析物信息。可以基于对已知标准气体的校准来确定分析物信息。分析物信息可以是气体样品中的分析物的存在或不存在，或者气体样品中的分析物的量，或者气体样品中的分析物的存在或不存在和气体样品中的分析物的量。控制和处理单元可以包括处理器和存储器。
26.根据另一方面，提供了一种pid，该pid包括：
27.电离室，电离室被配置成接纳气体样品，电离室限定电离区域和检测区域；
28.uv辐射源，uv辐射源被配置成产生uv辐射，uv辐射源包括光学窗口，光学窗口被配置成将uv辐射的至少一部分透射到电离室中，以对电离区域中的气体样品进行辐照，其中，光学窗口由包括蓝宝石(al2o3)的窗口材料制成；
29.电场电离源，电场电离源被配置成向电离区域中的气体样品施加电离电场，其中，电离电场被配置成与透射的uv辐射结合，以将气体样品电离成经电离的气体样品；以及
30.离子检测器，离子检测器被配置成在检测区域中检测由经电离的气体样品产生的电离电流。
31.在一些实施例中，光学窗口被配置成基本上防止光子能量大于约8.5ev的uv光子的透射，并且其中，透射的uv辐射和电离电场被配置成对气体样品中的电离能大于约10ev的分析物进行电离。
32.在一些实施例中，uv辐射源被配置成产生介质阻挡放电等离子体，并且从介质阻
挡放电等离子体产生uv辐射。
33.在一些实施例中，电场电离源包括一对电离电极和电离电源，这对电离电极以间隔开的关系在电离室的外部置于电离室的相对侧，该电离电源被配置成向电离电极施加电离驱动信号，以在电离区域中产生电离电场。
34.根据另一方面，提供了一种对气体样品进行分析的方法，该方法包括：
35.使气体样品流过包括电离区域和检测区域的电离室；
36.在电离区域中使气体样品经受电离辐射和电离电场，以将气体样品电离成经电离的气体样品；以及
37.在检测区域中检测由经电离的气体样品产生的电离电流，以产生传送关于气体样品的信息的检测信号。
38.在一些实施例中，电离辐射包括uv辐射。
39.在一些实施例中，该方法包括：产生电离辐射，以及将电离辐射供应到电离区域中。在一些实施例中，产生电离辐射包括：将放电气体激励成等离子体，以及从等离子体产生电离辐射。在一些实施例中，等离子体是介质阻挡放电等离子体。在一些实施例中，产生电离辐射包括：使相对于电离室布置的一对uv灯运行。在一些实施例中，将电离辐射供应到电离区域中包括：使电离辐射通过光学窗口透射。在一些实施例中，光学窗口由包括氟化锂(lif)、氟化镁(mgf2)、氟化钙(caf2)、氟化钡(baf2)、氟化锶(srf2)、氟化钠(naf)、蓝宝石(al2o3)或石英(sio2)或其组合的窗口材料制成。
40.在一些实施例中，该方法还包括：提供一对电离电极，以及向电离电极施加电离驱动信号，以在电离区域中产生电离电场。
41.在一些实施例中，检测电离电流包括：提供一对检测电极；使检测电极偏置以在检测区域中产生检测电场，以使经电离的气体样品中的离子和电子偏转到检测电极中的相应的一个上，以被检测电极收集；以及基于检测电极收集的离子和电子测量电离电流。
42.根据另一方面，提供了一种gc系统，该gc系统包括如本文所述的pid。例如，gc系统可以包括样品处理单元和色谱分离单元(例如色谱柱)，样品处理单元被配置成处理气体样品，色谱分离单元被配置成从气体样品处理单元接收样品并且执行气体样品的色谱分离。pid可以被配置成检测经色谱分离的样品，并且从经色谱分离的样品中产生检测信号。gc系统还可以包括控制和处理单元，控制和处理单元被配置成从pid接收检测信号，并且从检测信号获得样品的色谱图。样品处理单元可以包括样品收集器、样品调节器和样品注射器，样品收集器被配置成收集或接收气体样品，样品调节器被配置成处理气体样品，以使气体样品适用于gc分析，样品注射器被配置成将经处理的气体样品作为流动相的一部分计量并注入色谱分离单元。
43.应当注意，其他方法和过程步骤可以在本文所述的步骤之前、期间或之后执行。一个或多个步骤的顺序也可以不同，并且一些步骤可以根据应用被省略、重复和/或组合。还应当注意，可以使用各种数据处理技术来执行一些方法和处理步骤，这些数据处理技术可以以硬件、软件、固件或其任意组合来实施。
44.在阅读以下仅参照附图以示例方式给出的本说明书的特定实施例的非限制性描述时，本说明书的其他目的、特征和优点将变得更加明显。尽管可以相对于特定实施例或方面来描述在上文概述和下文详细描述中描述的特定特征，但是应当注意，除非另有说明，否
则这些特定特征可以彼此组合。
附图说明
45.图1为根据实施例的pid的透视图。
46.图2为图1的pid的局部剖面透视图。
47.图3为沿图1中的截面线3-3截取的图1的pid的横截面透视图。
48.图4为对气体样品进行分析的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
49.在本说明书中，附图中的类似特征被赋予类似的附图标记。为了避免使某些图混乱，如果在前面的图中已经识别了一些元件，则这些元件可能不会被指示。应当理解，附图的元件不一定按比例绘制，因为重点放在清楚地示出本实施例的结构和操作。此外，为了描述的简单性和清晰性，本文使用对一个元件相对于另一个元件的位置和/或取向进行指示的位置描述符。除非另有说明，否则这些位置描述符应在附图的上下文中使用，并且不应被视为是限制性的。应当理解，在本实施例的使用或操作中，除了附图中举例说明的取向之外，这种空间相对术语旨在包含不同的取向。
50.在本说明书中，术语“一”和“一个”被限定为是指“至少一个”，也就是说，除非另有说明，否则这些术语不排除多个元件。
51.修改示例性实施例的特征的值、条件或特性的术语(诸如“基本上”、“通常”和“约”)应当理解为是指该值、条件或特性被限定在对于该示例性实施例用于其预期应用的正确操作的可接受的公差内，或者被限定在落入实验误差的可接受范围的公差内。特别地，术语“约”通常是指本领域技术人员认为等同于所述值的数字范围(例如，具有相同或等同的功能或结果)。在一些情况下，术语“约”是指所述值的
±
10％的变化。请注意，除非另有说明，否则本文所使用的所有数值均假定由术语“约”修饰。
52.术语“匹配”、“正在匹配”和“经匹配的”旨在指两个元件是相同的或在彼此的某个预定公差内的条件。也就是说，这些术语是指不仅包含“精确地”或“相同地”匹配两个元件，还包含“基本上”、“大约”或“主观地”匹配两个元件，以及在多个匹配可能性中提供更高或最佳的匹配。
53.除非另有说明，否则术语“连接”、“联接”及其派生词和变型是指在两个或更多个元件之间直接或间接的任何连接或联接。元件之间的连接或联接可以例如是机械的、光学的、电的、热的、化学的、流体的、磁的、逻辑的、操作的或其任意组合。
54.在本说明书中，术语“同时地”是指在重合或重叠的时间段期间发生的两个过程。术语“同时地”并不一定意味着完全同步，而是包含各种情况，各种情况包括：两个过程的时间重合或同时发生、在第二过程的持续时间期间开始和结束的第一过程的发生、以及在第二过程的持续时间期间开始但在第二过程完成之后结束的第一过程的发生。
55.本说明书一般涉及用于对气体样品中的分析物进行检测的光电离检测器(pid)以及相关的使用方法。根据应用，本文所公开的pid可以适于在实验室环境中使用，诸如在高性能gc应用中或者在领域中使用。所公开的pid可以是固定的、便携式的或手持的仪器，并且可以是外部供电的或电池供电的。
56.pid是气体检测装置，其中，气体样品典型地在vuv范围内被高能光子电离。传统的pid通常包括高能光子源、电离室和收集电极，高能光子被引导到电离室中以对气体样品进行电离，电势差被施加到收集电极以收集经电离的气体样品中存在的离子和电子。收集的离子和电子产生电流，该电流传送与气体样品相关的信息，例如关于气体样品中的分析物的浓度。应当理解，pid的理论、仪器、操作和应用通常在本领域中是已知的，除了便于理解本技术之外，不需要在本文详细描述。
57.在本说明书中，术语“光”和“光学”及其变型和派生词旨在指电磁光谱的任何适当区域中的辐射。这些术语并不限于可见光，还包括电磁光谱的不可见区域，例如uv辐射。uv辐射的光谱通常被限定为在约400nm至约10nm的范围内，并且可以进一步划分为许多子区域。传统的pid典型地用波长在约150nm至约100nm的范围内的vuv辐射进行操作，该vuv辐射大约对应于在约8.0ev至约12.0ev的范围内的光子能量。vuv子区域通常被限定为包含在200nm至10nm的范围内的波长。应当理解，不同uv子区域在光谱范围方面的限定以及不同uv子区域之间的分界线可以根据所考虑的技术领域而变化，并不意味着限制本技术的应用范围。还应当理解，尽管本技术可以在使用uv辐射源的pid中实施或有用，但是其他实施例可以附加地或替代地在电磁光谱的其他区域(例如，在可见范围内)中操作。
58.在本说明书中，术语“气体样品”旨在指已知、预期或怀疑含有分析物的任何气态物质。气体样品可以大致分为有机的、无机的或生物的气体样品。气体样品可以包括分析物和非分析物的混合物。术语“分析物”在本文中旨在指气体样品中的可以由根据本技术的pid检测到的任何所关注的组分，而术语“非分析物”旨在指在给定应用中不需要进行检测的任何样品组分。非分析物的非限制性示例可以包括(仅举几个示例)：水、油、溶剂和可在其中发现分析物的其他介质、以及各种杂质和污染物。在一些情况下，诸如“组分”、“化合物”、“成分”和“物种”等术语可以与术语“分析物”互换地使用。所关注的分析物可以包括挥发性有机化合物(vocs)。vocs是在环境温度下容易产生蒸汽的有机化学物质，并且因此以气体形式从某些固体或液体排放。vocs包括人造和自然产生的化学化合物。vocs的非限制性示例包括(仅举几个示例)：芳烃、烯烃、溴化物和碘化物、硫化物和硫醇、有机胺、酮、醚、酯和丙烯酸酯、醇、醛、烷烃和烷基卤化物。然而，应当理解，本技术也可以用于检测某些挥发性无机化合物和半挥发性有机化合物。在一些实施例中，可测量的气体浓度可以在约1ppb至约10,000ppm的范围内，尽管在其他实施例中可以测量该范围之外的浓度。
59.本技术可以用于或实施于可受益于增强型光电离检测器的各种领域。领域的非限制性示例包括(仅举几个示例)：包括呼气分析的医学、制药、食品分析、环境、石油化工、毒理学、法医、工业卫生、化学过程控制、危险废物监测、土壤修复、室内空气质量测试、以及气体泄漏检测。
60.本文所公开的各种实施例可用作气相色谱(gc)应用中的检测器。术语“气相色谱”在本文中是指用于将气体样品或混合物分离成其单独组分并且用于对经分离的样品组分进行定性和/或定量分析的分析或处理技术。在大多数gc应用中，样品在运载气体中被输送以形成流动相。然后，流动相被运载通过位于柱或另一分离装置中的固定相。流动相和固定相被选择成使得在流动相中输送的气体样品的组分与固定相表现出不同的相互作用强度。这种相互作用强度的差异导致不同的样品组分在系统中具有不同的保留时间。与固定相发生强相互作用的样品组分随着流动相的流动移动得更慢，并且比与固定相发生弱相互作用
的样品组分更晚地从柱中洗脱。当样品组分发生分离时，样品组分从柱中洗脱并且进入检测器。检测器(诸如pid)被配置成每当检测到样本组分的存在时生成检测信号(例如，电信号)。测量数据可以由计算机处理以获得色谱图，色谱图是表示样品组分从柱中洗脱时的峰的时间序列。每个峰的保留时间指示对应洗脱组分的组成，而峰高或峰面积传送洗脱组分的量或浓度的信息。然而，应当理解，本文公开的各种其他实施例可以用于除gc以外的技术领域。这种技术领域的非限制性示例包括(仅举几个示例)：气体净化系统、气体泄漏检测系统和无色谱分离的在线气体分析仪。
61.现在将参照图1至图3描述本技术的各种可能的实施方式，图1至图3示出了用于对气体样品102进行分析的pid 100的可能实施例的多个视图。
62.气体样品102可以包括已知、预期或怀疑含有可以使用本技术进行电离和检测的分析物的任何气态物质，这些气态物质包括气体、汽化的液体和汽化的固体。例如，气体样品102可以包括在运载气体106中流动的分析物104的混合物(诸如vocs)。运载气体的非限制性示例包括(仅举几个示例)：氦气、氮气、氩气、空气、氧气和氢气。所关注的分析物104的电离能可以小于运载气体106的电离能。在一些实施方式中，气体样品102可以来自gc柱。在这种情况下，气体样品102可以是夹带在运载气体流中的分析物的流，其中不同的分析物从gc柱洗脱并且在不同时间到达pid 100。pid 100可以顺序地检测不同的分析物，并且可以输出表示分析物测量值的电信号。电信号可以被处理以产生色谱图。然而，如上所述，pid 100可以用于分析除gc以外的各种应用中的气体样品。
63.图1至图3所示的pid 100通常包括电离室108、光电离源110、电场电离源112和离子检测器114。电离室108被配置成使得气体样品102能够沿着纵向流动轴线116流过电离室108。电离室108限定电离区域118和检测区域120。检测区域120相对于气体样品102的流位于电离区域118的下游。可以是uv辐射源的光电离源110被配置成产生用于对电离区域118中的气体样品102的流进行辐照的电离辐射122。光电离源110可以包括一个或多个光学窗口124，光学窗口被配置成将所产生的电离辐射122的至少一部分透射到电离室108中，以对电离区域118中的气体样品102的流进行辐照。电场电离源112被配置成在电离室108的内部施加电离电场126。电离电场126被配置成与电离区域118中的气体样品102的流相交。电离辐射122和电离电场126结合，以将气体样品102电离成经电离的气体样品。离子检测器114被配置成在检测区域120中测量由经电离的气体样品102产生的电离电流。注意，在电离之前和之后，气体样品将由附图标记102表示。下文更详细地描述pid 100的这些和其他可能的部件的结构和操作。
64.在本说明书中，术语“电离”通常是指从中性原子或分子中去除一个或多个电子从而形成被称为离子的带正电荷的粒子和一个或多个自由电子的能力。特别地，术语“电离辐射”是指能够单独产生离子和自由电子(在本文被称为“纯光电离”，或简称为“光电离”)或由施加的电场辅助产生离子和自由电子(在本文被称为“场辅助光电离”)的任何电磁辐射。在本说明书中，与电离辐射结合使用以实现场辅助光电离的施加的电场被称为“电离电场”。此外，术语“经电离的气体样品”旨在包含被完全电离的气体样品和被部分电离的气体。
65.应当理解，图1至图3提供了旨在示出pid 100的多个基本部件的简化示意图，使得对于pid 100的实际操作可能有用或必要的附加部件和特征可以不具体示出。这种附加特
征和部件的非限制性示例可以包括(仅举几个示例)：电源、电连接件、气体源、气体供应管线(例如，导管，诸如管道或管子)、压力和流量控制装置(例如，泵、阀、调节器、限制器)以及其他类型的硬件和设备。
66.电离室108被配置成接纳待分析的气体样品102。在所示的实施例中，电离室108通常包括室主体128、被配置成将气体样品102接纳到室主体128中的样品入口130、以及被配置成从室主体128排放气体样品102的样品出口132。例如，在gc应用中，样品入口130可以从gc柱或上游gc检测器接纳气体样品102，而样品出口132可以将气体样品102排放到下游gc检测器、其他下游设备或大气。
67.室主体128围封限定电离区域118和检测区域120的内部容积。内部容积还提供样品流动路径134，该样品流动路径沿着纵向流动轴线116延伸，并且使得气体样品102能够从样品入口130依次流过电离区域118和检测区域120到达样品出口132。出于说明的目的，室主体128被示出为具有正方形横截面(例如，边长在约0.1mm至约2mm的范围内)的纵向伸长的管状外壳(例如，长度在约5mm至约30mm的范围内)。然而，应当理解，电离室108的形状、尺寸和构造可以根据应用而变化。室主体128可以由各种材料制成，各种材料包括但不限于电介质材料(诸如聚四氟乙烯(ptfe)、聚醚醚酮(peek))和其他合成聚合物材料。
68.在一些实施例中，可以提供压力控制系统(未示出)来控制电离室108的内部的运行压力。例如，在一些实施例中，电离室108的内部的气体压力可以在约10pa至约200kpa的范围内，尽管在其他实施例中可以使用其他压力范围。
69.仍参照图1至图3，光电离源110被配置成通过一个或多个光学窗口124在电离室108的内部发射电离辐射122，以当气体样品102在电离区域118中流动时对气体样品102进行辐照。由光电离源110产生的电离辐射122包含高能光子，该高能光子能够单独或与由电场电离源112施加的电离电场126一起对气体样品102中的一种或多种分析物104进行电离。应当理解，许多类型的光电离源在本领域是已知的，并且可以用于本文所公开的pid中。
70.光电离源110可以被配置成在电磁光谱的uv区域中发射电离辐射122，典型地在vuv子区域中发射电离辐射122，并且更具体地在约150nm至约100nm的波长范围内发射电离辐射122，该电离辐射大约对应于介于约8.0ev至约12.0ev之间的光子能量。这种光子能量可以使得各种所关注的分析物能够被电离，而不伴随典型运载气体的电离，或者伴随很少或可以忽略不计的典型运载气体的电离。应当理解，虽然本技术的各种实施例使用uv范围内的电离辐射，但是一些实施例可以使用其他光谱范围(例如，可见范围)内的电离辐射。
71.在所示的实施例中，光电离源110包括一对uv灯136，这对uv灯以面对面的关系置于电离室108的室主体128的相对侧。根据应用，两个uv灯136可以相同或可以不相同，并且可以相对于电离室108以对称配置来布置或可以不相对于电离室108以对称配置来布置。还应当理解，虽然图1至图3中示出了两个uv灯136，但其它实施例可以替代地包括单个uv灯或多于两个的uv灯。还应当理解，在光电离源110包括多个uv灯136的实施例中，每个uv灯136可以具有该uv灯自身的特性(例如，在发射特性、放电气体以及运行压力和温度(仅举几个示例)方面)，该uv灯自身的特性可以与一个或多个其他uv灯136的特性相同或可以与一个或多个其他uv灯136的特性不相同。另外地，特定uv灯136的特性可以根据各种特定应用因素(例如，目标分析物的组成和色谱条件(仅举几个示例))来选择。根据应用，这些特性在操作过程中可以变化或保持不变。举例来说，放电气体的组成或任何uv灯136的运行条件可以
在pid 100的操作期间改变，例如，以改变uv灯的发射特性。
72.每个uv灯136可以包括灯主体138，该灯主体围封限定放电区域140的内部容积，该放电区域适于在该放电区域中接纳放电气体。灯主体138可以由电介质材料(例如，玻璃，诸如石英、熔融二氧化硅或硼硅酸盐玻璃)制成。放电气体可以是任何气体或气体的组合，从任何气体或气体的组合中可以产生伴随辐射(特别是uv辐射)发射的气体放电等离子体142。可能的放电气体的非限制性示例包括(仅举几个示例)：氩气(ar)、氙气(xe)、氪气(kr)、氖气(ne)、氦气(he)、氢气(h2)、氧气(o2)、氮气(n2)及其组合。应当理解，由等离子体142发射的uv光子的能量至少部分地取决于放电气体的组成。
73.每个uv灯136还可以包括被安装到灯主体138的至少一个光学窗口124。光学窗口124可以容纳在形成在灯主体138中的对应开口中，例如，容纳在灯主体138的与电离室108相邻的壁中。在所示的实施例中，每个uv灯136的光学窗口124置于形成在电离室108的室主体128中的对应开口的前方。此外，与每个uv灯136的光学窗口124正交的表面垂直于纵向流动轴线116，气体样品102沿着该纵向流动轴线在电离室108中流动，尽管在其他变型中可能有其他取向。在一些实施方式中，光学窗口124可以可移除地安装到灯主体138。在这种情况下，可以执行光学窗口124的移除以进行检查、清洁、修复、更换和/或任何其他合适的维护操作。
74.光学窗口124可以由在某些光谱范围内具有高uv透射率的材料制成。光学窗口124用作截止滤光器，该截止滤光器确定在放电区域140中产生的电离辐射122的光谱，该电离辐射离开uv灯136进入电离室108，以对在电离区域118中流动的气体样品102进行辐照。光学窗口124可以具有高截止光子能量的特征，超过该高截止光子能量，该光学窗口的透射率显著下降，从实用的角度变得很低或可以忽略不计。因此，尽管放电气体的类型可以确定在uv灯136的内部产生的uv光子的能量，但是光学窗口124可以控制这些光子中的哪些光子被允许离开uv灯136并进入电离室108。
75.窗口材料的非限制性示例包括(仅举几个示例)：晶体材料(诸如氟化锂(lif)、氟化镁(mgf2)、氟化钙(caf2)、氟化钡(baf2)、氟化锶(srf2)、氟化钠(naf)、蓝宝石(al2o3)、石英(sio2)及其组合)以及任何合适的当前或未来的窗口材料。由于不同的窗口材料通常具有不同的透射光谱，因此被透射到电离室108中的最高能量光子可以通过窗口材料的选择来控制。应当理解，在包括多于一个的光学窗口的实施例中(例如，在包括两个或更多个uv灯的pid的情况下，两个或更多个uv灯中的每一个uv灯具有其相应的光学窗口)，不同的光学窗口可以具有或不具有相同的组成。除了光学窗口的化学组成之外，光学窗口124的透射率可以取决于该光学窗口的厚度、晶体结构和取向、制造工艺、表面形态和寿命。在一些实施方式中，光学窗口124的厚度在约0.1mm至约1mm的范围内，尽管在其他变型中可以使用其他厚度。
76.在一些实施例中，每个uv灯136可以包括被安装在灯主体138的内部的uv镜144，以将从等离子体142发射的uv辐射引导或帮助引导到光学窗口124。例如，在所示的实施例中，uv镜144置于灯主体138的与灯主体138的壁(形成有用于容纳光学窗口124的开口)相对的壁上。例如，uv镜144可以由uv反射材料的薄层(诸如铝(al)或镁(mg)涂层)制成。
77.应当理解，各种方法可用于激发每个uv灯136的内部的放电气体并且产生发射uv辐射的等离子体142。激发方法的非限制性示例包括(仅举几个示例)：连续直流(dc)放电、
脉冲dc放电、交流(ac)放电、介质阻挡放电(dbd)、电晕放电、射频(rf)放电、微波(mw)放电、空心阴极(hc)放电、电感耦合等离子体(icp)放电和电容耦合等离子体(ccp)放电。应当理解，用于uv灯的激发方法的理论和实施方式通常在本领域中是已知的，并且除了便于理解本技术之外，不需要在本文详细描述。
78.例如，在图1至图3中，uv灯136被各自配置成用于实施基于dbd的激发方法。应当理解，对于本领域技术人员显而易见的是，图1至图3所示的激发方法仅用于说明性目的，并且可以用其它激发方法(无论是否是基于dbd的激发方法)来代替，以适应特定的应用。
79.每个uv灯136可以包括一对板状放电电极146a、146b，这对板状放电电极以间隔开且优选地平行的关系置于灯主体138的相对侧。放电电极146a、146b在放电区域140中、在放电电极之间限定了放电间隙。在一些实施例中，放电间隙的高度可以在约0.1mm至约2mm的范围内。放电电极146a、146b可以由任何合适的导电材料(诸如各种金属、金属合金和半导体材料)制成。应当理解，放电电极146a、146b的数量、尺寸、形状、组成、结构和布置可以根据应用而变化。
80.每个uv灯136还可以包括或联接到灯电源148和相关的电子电路，相关的电子电路通过适当的电连接件连接到这对放电电极146a、146b。替代地，uv灯136可以共享共用电源。灯电源148被配置成向放电电极146a、146b施加放电驱动信号，以产生放电电场150，该放电电场被配置成产生在放电区域140中发射uv辐射的等离子体142，并且在任何期望的时间段内保持等离子体142处于稳定状态。在所示的实施例中，放电电场150垂直于与光学窗口124正交的表面，尽管在其他实施例中可能有不同的配置。
81.根据应用，灯电源148可以是电压控制的或电流控制的。放电驱动信号可以是适当波形(诸如正弦波、方波、三角波或锯齿波)的周期性时变电压或电流。替代地，可以使用脉冲dc信号。在一些实施例中，放电驱动信号可以是周期性时变电压，周期性时变电压的频率在约1khz至约100kh的范围内，周期性时变电压的峰至峰幅度在约500v至约5kv的范围内，尽管在其他实施例中可以使用其他值。应当理解，放电驱动信号的特性可以根据放电的性质和uv灯136的运行条件来选择，以有利于放电气体的击穿和等离子体142的产生。特别地，应当理解，产生dbd所需的峰至峰电压可以取决于多个特定应用因素，诸如放电气体的电离的容易程度及放电气体在放电区域140中的压力。
82.每个uv灯136还可以包括一个或多个介质阻挡部152a、152b，介质阻挡部置于放电电极146a、146b之间的放电间隙中。例如，可以提供一对介质阻挡部152a、152b，这对介质阻挡部中的每一个介质阻挡部沿着放电电极146a、146b中的对应的一个延伸并且与放电电极146a、146b中的对应的一个相邻。在所示的实施例中，介质阻挡部152a、152b可以通过灯主体138的相对壁来实施，如上所述，该灯主体可以由玻璃或另一种合适的介质材料制成。这使得放电电极146a、146b能够置于产生等离子体142的灯主体138的外部。在这种配置中，放电电极146a、146b不暴露于由dbd产生的丝状微放电，从而避免了电极材料的溅射污染和侵蚀。还应当理解，等离子体142本身(即等离子体142中产生的离子、电子和其他核素)保留在uv灯136的灯主体138内。因此，仅穿过光学窗口124的电离辐射122可以进入电离室108，以对气体样品102进行辐照。
83.仍参照图1至图3，每个uv灯136还可以包括一个或多个气体端口154、156，气体端口穿过灯主体138形成，以提供放电区域140与灯主体138的外部之间的气体连通。一个或多
个气体端口154、156可以由适当的密封部件(诸如塞子或阀)气密地密封。根据应用，一个或多个气体端口154、156可以永久地或非永久地密封。在第一种情况下，uv灯136的制造过程可以包括以下连续步骤：对灯主体138进行排空和清洁；通过一个或多个气体端口154、156用期望类型的放电气体填充灯主体138；以及对一个或多个气体端口154、156进行气密地密封，并且使一个或多个气体端口在uv灯136的使用寿命期间内保持原样。在第二种情况下，密封部件可以是可移除的，例如，以对放电区域140进行净化，在对放电区域进行净化之后，可以在相同或不同的压力和温度条件下用相同或不同的放电气体重新填充uv灯136。
84.在所示的实施例中，一个或多个气体端口154、156包括放电气体入口154和放电气体出口156，放电气体入口和放电气体出口可以连接到气体流通系统(未示出)。气体流通系统可以被配置成连续地或间隔地使放电气体的流从放电气体入口154流通通过放电区域140到达放电气体出口156。在所示的实施例中，uv灯136的内部的放电气体的流、放电电场150和与光学窗口124正交的表面彼此相互垂直。然而，其他实施例可以使用不同的配置。应当理解，在操作期间使uv灯136的内部的放电气体的流流通可以例如用于去除在等离子体放电期间形成的污染物或从uv灯136除去热量。污染物的非限制性示例包括溅射沉积物和其他不期望的表面污染物，否则这些污染物可能积聚或形成在光学窗口124和灯主体138的内壁上。气体流通系统还可以或替代地配置成对uv灯136进行填充和净化。应当理解，气体流通系统可以包括各种部件，各种部件包括但不限于：一个或多个放电气体源或储存器(例如，气体罐)、气体管线(例如，导管，诸如用于连接到放电气体入口154和放电气体出口156的管子或管道)、控制放电气体的流的流量调节器(例如，泵、阀和限制器)等。在一些实施例中，气体流通系统可以被配置成能够在不同类型的气体和气体混合物(可以包括掺杂气体)之间进行选择，以用作uv灯136中的放电气体。
85.仍参照图1至图3，在一些实施例中，可以提供压力控制系统(未示出)来控制uv灯136的内部的运行压力。例如，在一些实施例中，uv灯136的内部的压力可以在约10pa至约200kpa的范围内，尽管在其他实施例中可以使用其他压力范围。根据应用，与uv灯136相关的压力控制系统可以与电离室108相关的压力控制系统相同或可以与电离室108相关的压力控制系统不相同。
86.普通商用pid灯的最高光子能级近似为8.4ev(灯窗口：al2o3；放电气体：xe)、9.6ev(灯窗口：baf2；放电气体：xe)、10.0ev(灯窗口：caf2；放电气体：kr)、10.2ev(灯窗口：mgf2；放电气体：h2)、10.6ev(灯窗口：mgf2；放电气体：kr)和11.7ev(灯窗口：lif；放电气体：ar)。这种光子能量通常足以对多种所关注的vocs进行电离，但不足以对电离能通常高于12.0ev的常用运载气体和空气的主要组分进行电离。其光学窗口通常由caf2、mgf2或lif制成的高能灯可以响应于更广泛的分析物。然而，这些高能灯往往具有有限的寿命和逐渐的性能退化，这可能是由许多因素造成的，这些因素包括：窗口劣化、气体泄漏、进水和由放电过程中发生的电子和光子轰击引起的溅射污染。特别地，由氟化物晶体(诸如caf2、mgf2和lif)制成的pid灯窗口往往易于劣化和污染，特别是由于日晒、水蚀刻、窗口起雾、表面沉积物形成和湿气引起的腐蚀。这种对劣化和污染的易感性通常随着光子能量的增加而增加，需要定期且经常过于频繁地对由caf2、mgf2或lif制成的窗口进行检查、清洁、修复和更换。这种经常性的维护操作通常是不期望的，特别是考虑到氟化物晶体窗口材料的相对易碎性和高成本，以及由于停机时间增加而导致的生产率损失。
是指以电荷的单向流动为特征的电信号，而极性没有变化，与术语“交流”相反，术语“交流”是指以电荷的双向流动为特征的电信号，伴随着极性变化。术语“直流”包括连续直流电和脉冲直流电。特别地，dc电信号可以具有恒定的幅度或者可以随时间突然地(例如，方波形)或者逐渐地(例如，斜坡波形)变化，使得各种类型的dc波形是可能的，dc波形包括完全整流的和部分整流的波形。然而，在其他实施例中，低频ac信号(例如，在约100hz至约10khz的范围内，尽管可以使用其他范围)也可以用于产生电离电场126。
94.施加到电离电极158a、158b的电离驱动信号可以具有足够高的幅度，以使得所产生的电离电场126足够强，从而以有意义的方式辅助光电离。在一些实施例中，电离电场126的幅度可以在约105v/m至约5
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107v/m的范围内，尽管在其他实施例中可以使用其他场强值。应当理解，电离电场126的强度可以通过电离电极158a、158b的配置(例如，电离电极的尺寸、形状、组成、结构和布置)和由电离电源160施加到电离电极158a、158b的电离驱动信号的特性(例如，电离驱动信号的幅度和波形)来控制。根据应用，电离电场126在电离区域118中可以是空间均匀的或可以不是空间均匀的，并且电离电场的强度可以根据各种运行条件(诸如电离室108的内部的气体压力)来选择。
95.电离驱动信号的特性可以根据多个特定应用因素(诸如气体样品102中的分析物104的电离能的范围)来选择。在一些实施例中，电离电场126可以足够强，以将pid 100可以检测的分析物的电离能的范围的上限增加约1ev至约4ev的量，尽管在其他实施例中该范围之外的值也是可能的。例如，包括具有蓝宝石窗口的uv灯的传统pid可以单独使用光电离来检测电离能高达约8.5ev的分析物。相反，诸如本文所公开的并且包括相同或相似的蓝宝石uv灯的pid可以使用场辅助光电离来检测电离能高达约12.5ev的分析物。这是因为电离电场被配置成补充用于对具有更高电离能的分析物进行电离的缺失能量，否则该分析物将不能仅通过由蓝宝石uv灯产生的uv辐射来电离。
96.应当理解，通过使用场辅助光电离，所公开的pid可以使用更耐用但能量更低的uv灯(诸如具有蓝宝石窗口的uv灯)，同时响应于具有与能量更高但不太耐用的uv灯(诸如基于caf2、mgf2、lif和其他氟化物晶体的uv灯)提供的范围相当的电离能范围的化合物。
97.还应当理解，通过在操作中或操作之间改变电离电场的强度，可以根据各种特定应用因素(诸如目标分析物的电离能的范围)来调节所公开的pid的选择性，该选择性通常与电场强度成反比变化。这种对选择性的控制通常在仅依靠光电离进行电离的传统pid中不容易实现。
98.在一些实施方式中，所公开的pid可以包括uv灯，uv灯具有由氟化物晶体制成的窗口，但是被配置成在比传统pid更低的光子能级下操作，以试图延长uv灯的寿命。在这种情况下，最高光子能量的降低对可检测分析物的范围的影响可以通过施加电离电场以提供场辅助光电离来减轻或甚至消除。在一些实施方式中，可以通过选择放电气体来降低最高光子能量，在一些情况下，这可以涉及将一种或多种掺杂气体添加到所选择的放电气体中。例如，在一些实施例中，由氦气形成的放电气体可以掺杂有少量的氩气、氪气、氮气或其组合，以降低发射光子的能量。
99.在一些实施方式中，所公开的pid可以包括不全部具有相同组成的多个光学窗口。在一个变型中，pid可以包括一对uv灯，这对uv灯的相应的光学窗口由不同的材料制成。例如，一个uv灯的光学窗口可以由蓝宝石制成，而另一个uv灯的光学窗口可以由氟化物晶体
(诸如caf2、mgf2和lif)制成。根据应用，在pid的操作期间，两个uv灯可以同时激活或可以不同时激活。例如，在某些情况下，氟化物晶体uv灯可能仅在该氟化物晶体uv灯需要使用或特别有用时才被激活，从而有助于有效延长该氟化物晶体uv灯的寿命。
100.在一些实施方式中，可以通过增加放电区域中的放电气体的压力来降低光子发射的强度。这是因为增加压力往往会减少电子平均自由程，从而降低电子漂移速度，这转而又会减少发射光子的数量。降低光子发射的强度可以延长或有助于延长pid灯的寿命。
101.仍参照图1至图3，离子检测器114被配置成在检测区域120中测量由经电离的气体样品102产生的电离电流。离子检测器114可以包括置于检测区域120中的一对检测电极162a、162b。在所示的实施例中，检测电极162a、162b是板状的，并且以间隔开的平行关系置于电离室108的内部。检测电极162a、162b可以由任何合适的导电材料(诸如各种金属、金属合金和半导体材料)制成。应当理解，对于本领域技术人员显而易见的是，检测电极162a、162b的数量、尺寸、形状、组成、结构和布置可以根据应用而变化。检测电极162a、162b具有施加在检测电极之间的偏置电压，该偏置电压在检测区域120中产生检测电场164。在所示的实施例中，检测电场164、与光学窗口124正交的表面和纵向流动轴线116彼此相互垂直。然而，其他实施例可以使用不同的配置。
102.离子检测器114还可以包括或联接到检测电源166和相关的电子电路，相关的电子电路通过适当的电连接件连接到检测电极162a、162b。检测电源166被配置成在检测电极162a、162b之间建立并保持偏置电压，以在检测区域120中产生检测电场164。在一些实施例中，偏置电压可以是幅度在约50v至约150v的范围内的dc电压，尽管在其他实施例中可以使用该范围之外的值。检测电场164使经电离的气体样品102的流中的离子和电子偏转并分离，使得一个检测电极收集离子，而另一个检测电极收集电子。
103.离子检测器114还可以包括检测电路168，该检测电路通过适当的电连接件电连接到检测电极162a、162b。检测电路168被配置成测量由检测电极162a、162b收集的离子和电子产生的电离电流，并且输出表示测得的电离电流的检测信号。根据应用，对于本领域技术人员显而易见的是，检测电路168可以具有各种配置。这些配置的非限制性示例包括(仅举几个示例)：跨阻放大器配置、电流积分放大器配置和对数放大器配置。
104.仍参照图1至图3，pid 100还可以包括控制和处理单元170。控制和处理单元170可以被配置成控制、监测和/或协调pid 100的各种部件(例如，电离室108、光电离源110、电场电离源112和离子检测器114)的功能和操作以及各种压力、温度和流速条件。控制和处理单元170还可以被配置成分析从检测电路168接收的检测信号，以例如基于对已知的标准气体的校准来导出关于气体样品102中的分析物104的存在和浓度的信息。在gc应用中，控制和处理单元170可以将检测信号处理成色谱图。应当理解，处理色谱数据以导出关于测试样品的分析信息的基本原理在本领域中通常是公知的，并且除了便于理解本技术之外，不需要在本文详细描述。
105.控制和处理单元170可以以硬件、软件、固件或其任意组合来实施，并且通过有线和/或无线通信链路连接到pid 100的各种部件，以发送和/或接收各种类型的电信号，例如定时和控制信号、测量信号和数据信号。控制和处理单元170可以由直接用户输入和/或编程指令来控制，并且可以包括被配置成控制和管理pid 100的各种功能的操作系统。根据应用，控制和处理单元170可以完全地或部分地与pid 100的其他硬件部件集成或在物理上分
离。在所示的实施例中，控制和处理单元170通常包括处理器172和存储器174。
106.处理器172可以包括以下部件或者是以下部件的一部分：计算机；微处理器；微控制器；协处理器；中央处理单元(cpu)；图像信号处理器(isp)；在芯片上系统(soc)运行的数字信号处理器(dsp)；单板计算机(sbc)；专用图形处理单元(gpu)；体现在硬件设备中的专用可编程逻辑装置，例如，诸如现场可编程门阵列(fpga)或专用集成电路(asic)；数字处理器；模拟处理器；被设计为处理信息的数字电路；被设计为处理信息的模拟电路；状态机；和/或被配置成以电子方式处理信息并作为处理器共同操作的其他机制。取决于应用，处理器172可以包括单个处理单元或多个处理单元。多个处理单元可以在物理上位于同一装置内，或者处理器172可以表示协同操作的多个装置的处理功能。
107.也可以被称为计算机可读存储介质的存储器174能够存储计算机程序和待由处理器172检索的其他数据。在本说明书中，术语“计算机可读存储介质”和“计算机可读存储器”旨在指非暂时性和有形的计算机产品，非暂时性和有形的计算机产品可以存储和传送用于实施本文所公开的方法的各个步骤的可执行指令。计算机可读存储器可以是任何计算机数据存储装置或这种装置的组件，包括：随机存取存储器(ram)；动态ram；只读存储器(rom)；磁存储装置，诸如硬盘驱动器、固态驱动器、软盘和磁带；光学存储装置，诸如光盘(例如，cd和cd-rom)、数字视频光盘(dvd)和blu-ray
tm
光盘；闪存驱动器存储器；和/或其他非暂时性存储器技术。如本领域技术人员所理解的，可以提供多个这种存储装置。计算机可读存储器可以与计算机或处理器相关、联接到计算机或处理器，或者包括在计算机或处理器中，计算机或处理器被配置成执行指令，该指令包含在存储在计算机可读存储器中的计算机程序中，并且涉及与计算机或处理器相关的各种功能。
108.参照图4，提供了对气体样品进行分析的方法200的实施例的流程图。方法200可以用pid(诸如图1至图3所示的pid)或另一个pid来实施。方法200包括步骤202：使气体样品流过包括电离区域和检测区域的电离室。方法200还包括步骤204：在电离区域中使气体样品经受电离辐射(例如，uv辐射)和电离电场，以将气体样品电离成经电离的气体样品。方法200还包括步骤206：在检测区域中检测由经电离的气体样品产生的电离电流，以产生传送关于气体样品的信息的检测信号。在一些实施例中，该方法可以包括以下步骤：产生电离辐射并且将电离辐射供应到电离区域中。例如，电离辐射可以通过将放电气体激励成等离子体，并且从等离子体产生电离辐射来产生。等离子体可以是介质阻挡放电等离子体。在一些实施例中，产生电离辐射可以包括：使相对于电离室布置的一对uv灯运行。在一些实施例中，将电离辐射供应到电离区域中可以包括：使电离辐射通过光学窗口透射。如上所述，光学窗口可以由包括氟化锂(lif)、氟化镁(mgf2)、氟化钙(caf2)、氟化钡(baf2)、氟化锶(srf2)、氟化钠(naf)、蓝宝石(al2o3)或石英(sio2)或其组合的窗口材料制成。
109.在一些实施例中，方法200可以包括以下步骤：提供一对电离电极并且向电离电极施加电离驱动信号，以在电离区域中产生电离电场。
110.在一些实施例中，检测电离电流的步骤206可以包括：提供一对检测电极；使检测电极偏置以在检测区域中产生检测电场，以使经电离的气体样品中的离子和电子偏转到检测电极中的相应的一个上，以被检测电极收集；以及基于检测电极收集的离子和电子测量电离电流。
111.当然，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对上述实施例进行多种修改。