專利名稱：通過催化轉(zhuǎn)化提高分析靈敏度的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體試樣中的雜質(zhì)分析。具體地說，涉及使用催化劑來提高氣體試樣中雜質(zhì)的檢測靈敏度。
背景技術(shù)：
在許多工業(yè)處理中，必須高速和準(zhǔn)確地測量和分析流動氣流和液體中微量物質(zhì)的濃度。之所以要求這樣的測量和分析是因為污染物的濃度對最終產(chǎn)品的質(zhì)量往往是關(guān)鍵性的。例如，氣體如氮氣N2、氧氣O2、氫氣H2、氬氣Ar、氦氣He被用于制造集成電路，在這些氣體中即使有ppb(parts per billion，10億分之幾)含量的雜質(zhì)存在都會損害和降低運算電路的產(chǎn)量。因此，對于半導(dǎo)體工業(yè)中使用的高純度氣體的制造廠商而言，可以利用相對較高的靈敏度來監(jiān)控這種雜質(zhì)是很重要的。其它工業(yè)應(yīng)用中也需要檢測各種雜質(zhì)。對許多分析應(yīng)用而言，光譜技術(shù)因其測量的高靈敏度和高速性而成為優(yōu)選，其使實時量化雜質(zhì)成為可能。
作為一種分析技術(shù)，吸收型光譜學(xué)提供高靈敏度、微秒級響應(yīng)時間、防毒以及來自分子物質(zhì)而非所研究物質(zhì)的有限干涉。吸收型光譜學(xué)可以檢測或識別各種分子物質(zhì)。因此，吸收型光譜學(xué)提供了檢測重要微量物質(zhì)的通用方法。在氣相下，因為這些物質(zhì)的吸收強度集中在一組銳利的光譜線上，這一方法的靈敏度和選擇性被最優(yōu)化。光譜上的窄線用來區(qū)別于大部分干涉物質(zhì)。
光譜學(xué)可檢測到高純度氣體中ppm(parts per million，百萬分之幾)含量的氣態(tài)污染物。在某些情況下可獲得ppb水平的檢測靈敏度。因此，有幾種光譜學(xué)方法被用于氣體中定量污染物監(jiān)控的應(yīng)用，包括傳統(tǒng)的長光程盒(long pathlength cell)吸收測量、光聲光譜學(xué)、頻率調(diào)制光譜學(xué)以及腔內(nèi)激光吸收光譜學(xué)。這些方法所具有的幾種特性，在頒發(fā)給Lehmann的美國專利No.5528040中作了論述，其使得這些方法難以使用并且對于工業(yè)應(yīng)用而言不切實際。因此，這些方法被主要限制于實驗室研究。
近年來，一種叫做“腔環(huán)降光譜學(xué)”(CRDS-cavity ring-downspectroscopy)的光譜學(xué)技術(shù)成為應(yīng)用于科學(xué)、工業(yè)進(jìn)程控制以及大氣微量氣體檢測的重要的光譜學(xué)技術(shù)。作為光學(xué)吸收測量技術(shù)，CRDS被證明是傳統(tǒng)方法靈敏度不足的低吸光率領(lǐng)域的優(yōu)勝技術(shù)。CRDS利用高精密光學(xué)共振器中光子的平均壽命作為可觀察的吸收靈敏度。
通常，共振器由一對額定等效的窄帶超高反射率電介質(zhì)反射鏡構(gòu)成，電介質(zhì)反射鏡被適當(dāng)?shù)貥?gòu)造以構(gòu)成一個穩(wěn)定的光學(xué)共振器。通過一個發(fā)射鏡將激光脈沖射入共振器以經(jīng)過一個平均壽命，該平均壽命依賴于光子往返通行時間、共振器長度、該物質(zhì)的吸收截面和數(shù)量密度(number density)、以及共振器固有損失因素(當(dāng)衍射損失忽略不計時，共振器固有損失主要產(chǎn)生于頻率相關(guān)的鏡面反射率)。因此，光學(xué)吸收的確定從傳統(tǒng)的功率比測量轉(zhuǎn)變?yōu)樗p時間測量。CRDS最終的靈敏度取決于共振器固有損失的量級，其可以通過超低損失的光學(xué)加工如超級拋光等技術(shù)被最小化。
在頒發(fā)給Lehmann等人的美國專利5973864、6097555、6172823 B1以及6172824 B1號中提供了各種新穎的方法以實現(xiàn)基于發(fā)射鏡的CRDS系統(tǒng)，在此引用作為參考。這些方法教授如何使用由2個反射元件或者棱鏡元件構(gòu)成的近共焦共振器。
盡管與其它光譜學(xué)方法比較起來，腔環(huán)降光譜學(xué)實現(xiàn)起來更簡單并且成本也比較低，并且對于檢測某些物質(zhì)具有非常高的靈敏度水平，但是對于濃度非常低情況下的某些物質(zhì)仍然不能提供足夠的靈敏度。
因此，仍然需要可以方便地量化氣體試樣中的濃度非常低的某些物質(zhì)的分析技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有領(lǐng)域的不足，本發(fā)明提供用于實現(xiàn)氣流中雜質(zhì)的高靈敏度分析的設(shè)備和方法。
一方面，本發(fā)明是一種用于確定輸入氣流中雜質(zhì)的濃度的設(shè)備。該設(shè)備包括裝有催化劑的催化轉(zhuǎn)化器，選擇該催化劑以基本上將全部雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成輸出氣流中的可檢測物質(zhì)，以及與催化轉(zhuǎn)化器相連的檢測器，用于確定輸出氣流中可檢測物質(zhì)的濃度。
另一方面，本發(fā)明是一種通過使用裝有催化劑的催化轉(zhuǎn)化器，來確定輸入氣流中雜質(zhì)的濃度的方法。該方法包括以下步驟將輸入氣流輸入到催化轉(zhuǎn)化器；將雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成輸出氣流中的可檢測物質(zhì)；并檢測輸出氣流中的可檢測物質(zhì)的存在。
另一方面，本發(fā)明是一種用于確定輸入氣流中雜質(zhì)的濃度的設(shè)備。該設(shè)備包括裝有催化劑的催化轉(zhuǎn)化器，用于基本上將全部雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成輸出氣流中的可檢測物質(zhì)；輸入裝置，用于將輸入氣流輸入到催化轉(zhuǎn)化器；以及檢測裝置，用于檢測輸出氣流中的可檢測物質(zhì)的存在。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性設(shè)備的示意圖。
具體實施例方式
在此引用2001年12月12日提交的美國專利申請10/017367號；2002年5月29日提交的美國專利申請10/157400號；以及美國專利5528040、5973864、6097555、6172823B1和6172824 B1的全部公開作為參考。
以下將參照附圖闡明本發(fā)明，附圖用于進(jìn)行說明而不是加以限制，并便于解釋本發(fā)明。附圖不是按比例的，也無意作為工程圖。
本發(fā)明提供設(shè)備和方法，用于定量地確定氣流中低含量雜質(zhì)的濃度。通常，該設(shè)備及方法包括通過轉(zhuǎn)化器傳遞氣流，該轉(zhuǎn)化器將雜質(zhì)催化轉(zhuǎn)化成可檢測物質(zhì)，隨后通過適當(dāng)?shù)臋z測器來測量可檢測物質(zhì)的濃度，該檢測器通過典型的氣體處理設(shè)備(如連接器、閥、調(diào)整器以及管子或?qū)Ч?與轉(zhuǎn)化器相連。該技術(shù)適用于測量各種雜質(zhì)的濃度，并且雜質(zhì)的類型和濃度是選擇轉(zhuǎn)化器類型和構(gòu)造以及檢測器類型時的兩個決定因素。
現(xiàn)在參見圖1，圖1所示為本發(fā)明的一個示例性實施例，其提供設(shè)備10，用于確定輸入氣流12中氧氣的濃度。這種輸入氣流可用于例如半導(dǎo)體處理中。其中氧氣被檢測的氣體的非限定性實例，可以包括例如氮氣、氦氣、氬氣以及氫氣，但是也可以用其它氣體。
設(shè)備10包括催化轉(zhuǎn)化器14，該轉(zhuǎn)化器包括裝有催化劑(未示出)的容器?？紤]到容器本身不會改變輸入氣流中的氧氣的含量，可以用任何適合氣體處理的材料來構(gòu)造容器?？梢杂迷谑褂脳l件下對于氧氣為惰性的材料來構(gòu)造整個容器。該材料對于輸入氣流中的其它成分而言也可以是惰性的。或者，可以僅僅把容器的內(nèi)部覆蓋上這種材料。這種材料的非限定性實例包括石英和銅。在示例性實施例中，容器主要由銅構(gòu)造而成。
考慮到輸入氣體中的氧氣與催化劑(下面說明)之間有足夠的接觸時間以確?；旧先垦鯕舛寄苻D(zhuǎn)化成水，容器的確切的尺寸和容積對于本發(fā)明的實施并不重要。在一個示例性實施例中，容器是一個銅管。管內(nèi)徑通常從約1毫米到約20毫米，管長度通常從約2厘米到約100厘米。在一個示例性實施例中，內(nèi)徑約為3/16″(約為4.8毫米)而長度約為20英寸。
容器中裝有催化劑，用于基本上將輸入氣流中的全部氧氣轉(zhuǎn)化為水，而水隨后將被適當(dāng)?shù)臋z測器檢測。依照本發(fā)明，可以使用通過結(jié)合氫氣將輸入氣流中的氧氣有效轉(zhuǎn)化為水的任何催化劑?？紤]到催化劑被裝入容器后能使充分的氣體流過催化轉(zhuǎn)化器14，如下面說明的，該催化劑的物理結(jié)構(gòu)基本上可以包含任何微粒尺寸或形狀，包括比如珠狀、纖維、不規(guī)則微粒、絲狀結(jié)構(gòu)、或者其它形狀和尺寸。合適的催化劑的非限定性實例包括鎳，尤其是鎳棉或鎳網(wǎng)。示例性的直徑約為0.038毫米的鎳棉是從N.Chelmsford，MA的Exeter Analytical公司獲得的。合適的鎳網(wǎng)(100網(wǎng)眼，鎳絲直徑為0.114毫米)是從Ward Hill，MA的Alfa Aesar獲得的。將氧氣轉(zhuǎn)化成水的其它合適的催化劑材料是催化劑領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，并且作為非限定性實例可包括鉑和鈀。除催化劑外，容器可以裝其它材料，考慮到這些材料不對氧氣到水的轉(zhuǎn)化產(chǎn)生實質(zhì)性的干擾，同時也不干擾當(dāng)水存在于容器內(nèi)的輸出氣流中時對水的準(zhǔn)確分析。
氫氣源16與催化轉(zhuǎn)化器14相連，其連接方式適合于提供氫氣與催化劑之間的接觸，從而提供氧氣可以接觸以轉(zhuǎn)化成水的活性催化劑表面?；蛘?，在一個示例性實施例中，氫氣源就是催化劑本身并包含預(yù)吸附氫氣。這種含有預(yù)吸附氫氣的催化劑/氫氣源的一個實例是來自于St.Louis，MO的Sigma-Aldrich公司的Raney預(yù)加氫鎳。這種混合催化劑/氫氣源可以單獨使用，或者與另外的氫氣源結(jié)合使用。在Raney預(yù)加氫鎳情況下，通常在商業(yè)上用于水介質(zhì)中的，脫水必須在催化劑被用于氧分析之前進(jìn)行，例如通過真空烘干和/或?qū)⒏稍锏牡獨饣蛘邭錃饬魍ㄟ^鎳。
可以提供純氫氣或者氫氣和稀釋氣體(如氮氣、氦氣或者氬氣)的混合物的氫氣源16也可以包括氣罐(未示出)。或者，在本發(fā)明的另一個示例性實施例中，氫氣源16是一個氫氣發(fā)生器。這種氫氣發(fā)生器是本領(lǐng)域所熟知的，象Matheson Tri-Gas of Irving，TX以及ScottSpecialty Gases of Plumsteadville，PA這種公司都提供商用產(chǎn)品。這種氫氣發(fā)生器通常提供含氧量很低的非常純凈的氫氣源，因此，它尤其適合本發(fā)明使用。
將來自氫氣源16的氫氣或者氫氣混合物通常在靠近輸入氣流12進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的位置，被充入催化轉(zhuǎn)化器14，并且通過氣體處理領(lǐng)域所熟知的標(biāo)準(zhǔn)計量設(shè)備對其進(jìn)行計量(將在下面定量描述)。如圖1所示，調(diào)整器18用于提供便利的氫氣壓，而質(zhì)量流量控制器20可用于計量單位時間內(nèi)期望數(shù)量的氣體。盡管圖1顯示了調(diào)整器18和質(zhì)量流量控制器20的使用，但是也可以不用其中之一或者都不用，或者使用流量控制設(shè)備。一般而言，可以使用具有足夠純度的任何氫氣源。
所需的氫氣純度根據(jù)輸入氣流中氧氣的含量而不同，并且也基于測量所需的準(zhǔn)確度和精確度。氫氣不應(yīng)該包含足以基本上影響催化劑活性的任何催化劑中毒物質(zhì)的含量。這種催化劑中毒物質(zhì)也為催化劑領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，包括如硫化氫。氫氣中含氧氣要盡可能的少，以最小化對輸入氣流中氧氣測量的干擾。通常，為了分析約2.5ppm的含氧量的輸入氣流，氫氣源帶入氣流中的氧氣含量最好低于0.1ppb。因此，假設(shè)氣流進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器14時，氣流中的氫氣含量為0.5％，氫氣源最好含有少于大約0.1ppb/0.5％＝20ppb的氧氣。某些情況下可以接受更高的含量，盡管它會引起測量靈敏度的下降。
另外，輸入氣流中的含水量(如果有)會影響測量的靈敏度和準(zhǔn)確度，高水量含量會導(dǎo)致靈敏度的損失。因此，如果這種方式不干擾測量，可以通過任何便利的方式將氣體試樣本身中的水去除，比如通過俘獲氧氣的方式。這種去除水的方式包括商用的水分清除器(未示出)，例如SS-70KF-N-4R型提純器，來自Aeronex，San Diego，CA。出于同樣的原因，經(jīng)由運載氣體或者氫氣源偶然帶入的水也會降低測量的靈敏度和精度，因此應(yīng)該被最小化。通常，對于氧氣檢測固有上限為L(百萬分之幾，或其它單位)的檢測器而言，其實際檢測上限L(A)通過等式L(A)＝L-(B/2)給出，其中B是輸出氣流中水的本底水平(background level)。進(jìn)行兩次測量就可以方便地測出水的本底水平，氧催化轉(zhuǎn)化成水時測一次而未轉(zhuǎn)化時測一次。
在本發(fā)明的一個示例性實施例中，如圖1所示，設(shè)備10可包括止回閥22，以及第二個可選的止回閥23，二者可防止氣體逆流。通過這種設(shè)置，含有待測量的氧氣的輸入氣流12可以未經(jīng)催化轉(zhuǎn)化而被導(dǎo)向到檢測器26，從而進(jìn)行本底水的測量，也可以被導(dǎo)向到催化轉(zhuǎn)化器14。來自催化轉(zhuǎn)化器14的輸出氣流隨后沿路徑28流入檢測器26中。利用這一設(shè)置，可以確定轉(zhuǎn)化前后水的含量，從而計算出本底水平。在轉(zhuǎn)化后含量之前、之后或者同時，都可以確定轉(zhuǎn)化前含量。另外，盡管元件22和23可以是止回閥，但是根據(jù)預(yù)期，單向流控制，例如流開關(guān)，可以取代止回閥22和23中的一個或兩個，并且處于進(jìn)程控制器(未示出)的控制下。
在本發(fā)明的另一個可選的實施例中，在檢測器用于進(jìn)行同時測量的情況下，可以操作閥22和23使輸入氣體12分成路徑24和28，檢測器26同時進(jìn)行水含量的測量。盡管圖1所示為利用止回閥22和23的一個實施例，但是也可以使用其它的氣體處理結(jié)構(gòu)來測量本底水和氧氣到水轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的水。在另一個示例性實施例中，不提供本底水的測量，只將來自催化轉(zhuǎn)化器14的輸出氣流充入檢測器26。例如，這種設(shè)置對于其中已知輸入氣流12中水的本底水平可以忽略不計、或者濃度已知的應(yīng)用是合適的。
檢測器26與催化轉(zhuǎn)化器14相連并用于確定輸出氣流中水的濃度。檢測器26可以是適合于測量氣流中低濃度水的任何類型，可以包含例如電化電池。這種電化電池的合適的實例可以從Warrignton，PA的Meeco公司獲得，并以Tracer、Aquavolt和Accupoint命名出售。根據(jù)檢測器所選擇的適當(dāng)?shù)碾娀姵?，以較低的檢測限測量輸出氣流中的水量，低達(dá)1ppb和高達(dá)20ppm。
檢測器26可適用于測量電磁輻射的吸收，例如紅外輻射。這里使用的術(shù)語“紅外輻射”是指在光譜近紅外、中紅外以及遠(yuǎn)紅外區(qū)中的任何或者全部區(qū)域內(nèi)的輻射。例如可以使用傅立葉變換紅外分光計，這種分光計在分析領(lǐng)域廣為人知而且在各種結(jié)構(gòu)和型號中都廣泛商用。在一個示例性實施例中，檢測器26包括腔環(huán)降分光計(CRDS--Cavity Ring Down Spectrometer)。例如在Lehmann的美國專利5528040號中，以及全部是頒發(fā)給Lehmann等人的美國專利5973864、6097555、6172823 B1和6172824 B1號中，對這種檢測器進(jìn)行了說明。同樣適合的是例如來自Warrington，PA的Tiger OpticsL.L.C.的商用的CRDS分光計，其合適的實例是以MTO-1000命名出售的。通過使用CRDS檢測器，可以獲得非常高的靈敏度。例如，根據(jù)本發(fā)明可以量化大約200ppt(parts per trillion，萬億分之幾)到2.5ppm(parts per million，百萬分之幾)之間的氧氣含量。如果首先用例如氮氣、氦氣、氬氣或者氫氣等運載氣體稀釋輸入氣流12，則使用CRDS檢測器可以測量更高含量的氧氣濃度。
操作時，應(yīng)該供給用于根據(jù)本發(fā)明測量輸入氣流12中氧氣含量的設(shè)備10足夠的氫氣以確保輸入氣流中基本上全部的氧氣被轉(zhuǎn)化成水。通常，供給輸入氣流12的氫氣的量應(yīng)該大大超過氧氣。氫氣對氧氣的局部體積比率可以在大約500∶1的范圍或者更高，以確保完全轉(zhuǎn)化。典型比率可以是大約2000∶1。例如，在一個氧氣含量預(yù)計是大約2.5ppm的應(yīng)用中，可以使用大約0.5％的氫氣容量。
可以使用相當(dāng)大的氫氣對氧氣的比率，并且事實上也可以使用沒有惰性運載氣體的純氫氣。使用如此高含量的氫氣主要局限于以下期望避免增加隨氫氣而來的任何雜質(zhì)的輸入，避免設(shè)備中由未反應(yīng)氫氣排放而引起的潛在易燃危險，以及避免由于氫氣損耗導(dǎo)致的不必要成本。通常，為了測量高達(dá)約2.5ppm的氧氣含量，反應(yīng)前輸入氣流12中的氫氣容量可以是大約0.25％到4％，并通常是約0.5％。
為使設(shè)備10提供足夠迅速和完全的氧氣到水的轉(zhuǎn)化，并為避免水在到達(dá)檢測器之前就凝結(jié)從而未被測量到，催化轉(zhuǎn)化器14以及傳送輸出氣流到檢測器26的任何連接部分都應(yīng)該提高溫度。通常，如果使用鎳催化劑，催化轉(zhuǎn)化器14的溫度要保持在大約200℃到500℃的范圍內(nèi)，最典型是在大約200℃到大約250℃。優(yōu)選的使用溫度是大約200℃。大大低于大約200℃的溫度會引起氧氣到水的不完全轉(zhuǎn)化，而高于大約500℃的溫度被發(fā)現(xiàn)(至少在某些情形下)會引起對轉(zhuǎn)化的抑制，也會引起鎳和氧氣的結(jié)合，導(dǎo)致不正確的低氧氣濃度指示?？梢酝ㄟ^任何便利的方式(未示出)實現(xiàn)對催化轉(zhuǎn)化器14的加熱，例如用烤箱或者使用電阻帶。
也可以加熱連接催化轉(zhuǎn)化器和檢測器的連接件30，其加熱溫度通常在大約60℃到大約100℃的范圍內(nèi)，最常用溫度是大約80℃，以避免凝結(jié)產(chǎn)生的水損失。可以通過任何便利的方式進(jìn)行加熱，包含例如使用電熱帶32。這種連接件30可以包括例如電解法拋光的不銹鋼。對這種材料而言，超過大約100℃的溫度可引起因氫氣與不銹鋼反應(yīng)而產(chǎn)生水份，從而通常要避免發(fā)生?；蛘撸梢杂勉~做連接件，或者內(nèi)層覆銅。在催化轉(zhuǎn)化器14的上游也可以加熱，例如使用加熱帶，以預(yù)熱引入的氣流。
為了氧氣到水基本完全的轉(zhuǎn)化，輸入氣體在催化轉(zhuǎn)化器14中必須有充分的駐留時間。因此，輸入氣流12通過催化轉(zhuǎn)化器14的流速必須不能太快。合適的流速(單位為SCCMStandard Cubic Centimetersper Minute，標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘)依賴于容器的內(nèi)徑和長度、容器內(nèi)部自由空間(氣相空間)的體積百分比，以及催化劑的表面積和催化活性。其它一些因素也會起作用。通常，輸入氣流12通過催化轉(zhuǎn)化器14的空速在大約5到大約220每秒之間是合適的，其中空速的定義是體積流速對催化劑體積的比率。熟練技工可以用最少的實驗輕易地查出合適的流速，但是例如可以在大約50到大約2000SCCM之間，對應(yīng)于大約5到大約220每秒之間的空速，銅管外徑1/4″(內(nèi)徑大約3/16″)而長度為大約10到大約20英寸，裝有大約1.5克鎳棉(大約0.038毫米直徑)作為催化劑，操作溫度大約為200℃。
在本發(fā)明的另一個實施例中，上面說明的測量氧氣的設(shè)備和方法可以用于臭氧或者氧氣和臭氧混合物的分析?？梢允褂门c上面概述的氧氣測量基本相同的設(shè)備構(gòu)造、條件和操作參數(shù)。
盡管本發(fā)明是參照具體的實施例來說明的，但本發(fā)明無意于局限所描述的細(xì)節(jié)。相反地，在與權(quán)利要求書等效的范圍內(nèi)以及不背離本發(fā)明的情況下，可以對其進(jìn)行細(xì)節(jié)的各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于確定輸入氣流中雜質(zhì)的濃度的設(shè)備，該設(shè)備包括包括催化劑的催化轉(zhuǎn)化器，所述催化劑被選擇以基本上將全部所述雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成輸出氣流中的可檢測物質(zhì)；以及檢測器，其與所述催化轉(zhuǎn)化器相連并用于確定所述輸出氣流中的可檢測物質(zhì)的濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述雜質(zhì)是氧氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述雜質(zhì)是臭氧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括連接到所述催化轉(zhuǎn)化器并用于提供氫氣與所述催化劑之間的接觸的氫氣源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其中，所述氫氣源包括氫氣發(fā)生器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其中，所述氫氣源包括預(yù)吸附在所述催化劑上的氫氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述催化劑包括鎳。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其中，所述鎳包括鎳棉和鎳網(wǎng)中的至少之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述催化轉(zhuǎn)化器包括裝有所述催化劑的容器，該容器內(nèi)表面基本上由惰性材料構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其中，所述惰性材料包括銅。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述檢測器用于測量電磁輻射的吸收。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中，所述電磁輻射包括紅外輻射。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中，所述檢測器包括傅立葉變換紅外分光計。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述檢測器包括腔環(huán)降分光計。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述檢測器包括熒光分光計。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述檢測器包括電化電池。
17.一種用于確定輸入氣流中的氧氣的濃度的設(shè)備，該設(shè)備包括催化轉(zhuǎn)化器，其包括裝有催化劑的容器，該容器內(nèi)表面基本上由惰性材料構(gòu)成，所述催化劑被選擇以基本上將全部所述氧氣轉(zhuǎn)化成輸出氣流中的水；氫氣源，其與所述催化轉(zhuǎn)化器相連并用于提供氫氣與所述催化劑之間的接觸；以及檢測器，其與所述催化轉(zhuǎn)化器相連并用于確定所述輸出氣流中的水的濃度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中，所述催化劑包括鎳，所述惰性材料包括銅，并且所述檢測器包括腔環(huán)降分光計。
19.一種用于通過使用包括催化劑的催化轉(zhuǎn)化器來確定輸入氣流中雜質(zhì)的濃度的方法，該方法包括以下步驟將所述輸入氣流輸入到所述催化轉(zhuǎn)化器；將所述雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成輸出氣流中的可檢測物質(zhì)；以及檢測所述輸出氣流中的可檢測物質(zhì)的存在。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，還包括在所述輸入步驟之前或者與所述輸入步驟基本同時，檢測所述輸入氣流中的可檢測物質(zhì)的本底水平的存在的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，所述檢測步驟還包括步驟確定所述可檢測物質(zhì)的濃度。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，所述雜質(zhì)是氧氣。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，所述雜質(zhì)是臭氧。
24.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，還包括以下步驟提供氫氣源；以及配置該氫氣源以提供氫氣和所述催化劑之間的接觸。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中，所述提供氫氣源的步驟包括提供氫氣發(fā)生器。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中，所述提供氫氣源的步驟包括在所述催化劑上預(yù)吸附氫氣。
27.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，所述催化劑包括鎳。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，所述鎳包括鎳棉和鎳網(wǎng)中的至少之一。
29.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，所述催化轉(zhuǎn)化器包括內(nèi)表面基本上由惰性材料構(gòu)成的容器，所述催化劑被裝在該容器內(nèi)。
3O、根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，所述惰性材料包括銅。
31.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，所述檢測步驟還包括測量電磁輻射的吸收的步驟。
32.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，所述檢測步驟還包括測量紅外輻射的吸收的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，所述檢測器包括傅立葉變換紅外分光計。
34.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，所述檢測步驟還包括以下步驟采用腔環(huán)降分光計以檢測所述可檢測物質(zhì)；以及確定所述可檢測物質(zhì)的濃度。
35.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，所述檢測步驟還包括以下步驟采用電化電池以檢測所述可檢測物質(zhì)；以及確定所述可檢測物質(zhì)的濃度。
36.一種方法，用于通過使用包括裝有催化劑的容器的催化轉(zhuǎn)化器，來確定輸入氣流中的氧氣的濃度，所述容器內(nèi)表面基本上由惰性材料構(gòu)成，該方法包括以下步驟將所述輸入氣流輸入到所述催化轉(zhuǎn)化器；輸入氫氣到所述催化轉(zhuǎn)化器；基本上將全部所述氧氣轉(zhuǎn)化成輸出氣流中的水；以及確定所述輸出氣流中的水的濃度。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其中，所述催化劑包括鎳，所述惰性材料包括銅，并且其中所述確定步驟包括采用腔環(huán)降分光計以測量電磁輻射的吸收的步驟。
38.一種用于確定輸入氣流中雜質(zhì)的濃度的設(shè)備，該設(shè)備包括包括催化劑的催化轉(zhuǎn)化器，用于基本上將全部所述雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成輸出氣流中的可檢測物質(zhì)；輸入裝置，用于將所述輸入氣流輸入到所述催化轉(zhuǎn)化器；以及檢測裝置，用于檢測所述輸出氣流中的可檢測物質(zhì)的存在。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，其中，所述檢測裝置還包括用于確定所述可檢測物質(zhì)的濃度的裝置。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，其中，所述雜質(zhì)是氧氣。
41.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，其中，所述雜質(zhì)是臭氧。
42.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，還包括用于提供氫氣和所述催化劑之間的接觸的裝置。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的設(shè)備，其中，所述提供接觸的裝置包括氫氣發(fā)生器。
44.根據(jù)權(quán)利要求42的設(shè)備，其中，所述提供接觸的裝置包括所述催化劑上的預(yù)吸附的氫氣。
45.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，其中，所述催化劑包括鎳。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的設(shè)備，其中，所述鎳包括鎳棉和鎳網(wǎng)中的至少之一。
47.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，其中，所述催化轉(zhuǎn)化器包括傳送裝置，用于基本上將全部所述雜質(zhì)傳送到所述催化劑，而沒有傳送前損失。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的設(shè)備，其中，所述傳送裝置包括內(nèi)表面基本上由惰性材料構(gòu)成的容器，所述催化劑被裝在該容器內(nèi)。
49.根據(jù)權(quán)利要求47的設(shè)備，其中，所述惰性材料包括銅。
50.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，其中，所述檢測裝置包括用于測量電磁輻射的吸收的裝置。
51.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，其中，所述檢測裝置包括測量裝置，用于測量紅外輻射的吸收。
52.根據(jù)權(quán)利要求51的設(shè)備，其中，所述測量裝置包括腔環(huán)降分光計。
53.根據(jù)權(quán)利要求51的設(shè)備，其中，所述測量裝置包括電化電池。
54.根據(jù)權(quán)利要求38的設(shè)備，其中，所述測量裝置包括傅立葉變換紅外分光計。
全文摘要
一種用于量化輸入氣流中雜質(zhì)的設(shè)備及方法。該設(shè)備及方法使用催化劑將雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成輸出氣流中的可檢測物質(zhì)，并通過檢測器測量可檢測物質(zhì)的濃度。
文檔編號G01N33/00GK1759315SQ03826150
公開日2006年4月12日 申請日期2003年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月13日
發(fā)明者凱文·K·萊曼, 陳瑜, 閻文斌 申請人:普林斯頓大學(xué)理事會