CN101060050A - 光电离离子迁移质谱仪中的离子门 - Google Patents

Abstract

一种光电离离子迁移质谱仪中的离子门的制备方法，采用一圆环状绝缘板，厚度为2～3mm，外径为30～44mm，内孔直径为12～15mm；沿圆环外径印刷一层金属环，该金属环的外径与绝缘板外径相同，内径比绝缘板内径小6.5mm；在内孔两侧处且与金属环不相连地设有固定金属丝的小孔，该小孔直径为0.3mm，同一列中孔心间距为1.4～1.8mm，与金属环同面层上穿绕金属丝，相邻两金属丝的间距为0.7～0.9mm。本发明提供的离子门结构合理，电路控制效果好，制备工艺简单，成本低。

Description

光电离离子迁移质谱仪中的离子门

技术领域

本发明属于光电离离子迁移质谱仪中的离子门，具体地说，涉及一种离子门的制备方法。

背景技术

离子迁移谱(Ion Mobility Spectrometry，IMS)技术在国外上世纪70年代出现的一种分离检测技术，80年代将该技术应用于现场分析检测，它主要是通过气态离子的迁移率来表征各种不同的化学物质，已达到对各种物质分析检测的目的。在弱电场(小于1000V/cm)的范围内，离子运动的速度正比于电场强度， ，这里v为离子的速度，E为电场强度，K为离子迁移率，离子的迁移率在弱电场的范围内为常数，其数值主要取决于离子的结构，质量，电荷数和尾吹气体的种类等因数，不同的离子其迁移率的数值大多数是不同的]。

现有的离子门主要有两种类型：Bradbury-Nielson型和Tyndall型[Ionmobility spectrometry by Gary Alan Eiceman and Zeey Karpas 1994 by CRCPress，Inc.]。请参阅图1，为现有的离子门的工作原理，其中高压源(总电压)通过串连的电阻使得各不锈钢金属环具有一定的电压，聚四氟乙烯主要用来使各不锈钢金属环绝缘开，这样在离子迁移谱仪的内部腔体中便形成一定程度上相当均匀的轴向电场。真空紫外灯(VUV灯)将样品电离成离子，离子在电场力的作用下沿轴向向前运动。离子门用来控制离子以脉冲的方式进入后面的迁移管中，不同的离子由于其迁移率的不同因而具有不同的速度，从而到达法拉第盘的时间不同，便形成了离子迁移谱图。因此离子门是控制离子进入迁移管的关键部件。离子门能够在离子门开启时保证离子有效的通过离子门，离子门关闭时有效拦截离子通过离子门。离子门是控制离子有效的进入迁移管的关键部件，其加工精度要求较高，一般机械加工较困难，采用精密数控机床加工成本太高。

发明内容

本发明的目的是提供一种光电离离子迁移质谱仪中的离子门制备方法。

为实现上述目的，本发明提供的制备方法，采用一圆环状绝缘板，厚度为2～3mm，沿圆环外径印刷一层金属环(即金属环外径为离子门电路板的外径)，该金属环的外径与绝缘板外径相同，金属环内径比绝缘板内径小6.5mm；在内孔两侧且与金属环不相连地设有数列固定金属丝的小孔，与金属环同面层上相交错且不相连地穿绕两条金属丝，相邻两金属丝间距为0.7～0.9mm。

所述的制备方法，其中的金属丝为不锈钢或镍金属丝。

所述的制备方法，其中的金属丝直径为0.1～0.2mm。

所述的制备方法，其中固定金属丝的小孔其同一列中孔心间距为1.4～1.8mm，

本发明提供的离子门结构合理，电路控制效果好，制备工艺简单，成本低。

附图说明

图1离子迁移谱的基本原理图。

图2离子门相邻金属丝具有相同电压时离子运行状态示意图。

图3离子门相邻金属丝具有不同电压是离子运行状态示意图。

图4a为本发明离子门的结构实物图；图4b为本发明离子门的控制电路示意图；图4c为本发明在电路板上缠绕金属丝的方法示意图。

图5脉冲宽度为0.1ms，0.2ms，0.4ms，0.7ms和1ms所得到的丙酮样品谱图。

具体实施方式

请结合附图，本发明的离子门为Bradbury-Nielson型，当离子门相邻金属丝电压相同时，离子可以穿过离子门进入迁移管；当离子门上相邻金属丝的电压不同时，离子在离子门处将会在电场力的作用下撞到离子门的金属丝上而中和成中性分子，如图2和图3所示。本发明当离子门开启时，离子门上的金属环印刷层，和离子门上的金属丝具有相同的电压值；当离子门关闭时，离子门上的相邻金属丝具有不同的电压值，其相应的丝上电压值相对于金属环印刷层上的电压为±ΔU，ΔU为25～30V。

本发明离子门的加工采用印刷电路板的工艺，可以保证相邻金属丝空的位置准确，采用这种工艺可以使金属孔的直径为0.3mm，并且位置准确，这使得金属丝的位置可以精确固定。图4中固定金属丝位置的小孔7，直径0.3mm，同一列中孔心间距为1.4～1.8mm，所用金属丝(不锈钢丝或镍丝)直径为0.1～0.2mm。相邻两丝分别从电路板左右的小孔7开始穿绕这样可以保证离子门的相邻金属丝在间距为0.7～0.9mm而不会发生短路现象。

图4b中脉冲6的宽度为0.2ms，频率为40Hz，由光电偶合器件5转换为0.2ms的5V脉冲，使得U1＝U2＝U0，从而使得离子门上金属丝和金属环印刷层具有相同的电压，这有利于离子在离子门开启时有效的通过离子门，金属环印刷层对于迁移管和离子源形成较均匀的电场都非常有益。当脉冲6处于低电压时，电阻R使得金属丝上的电压相对于金属环印刷为±ΔU，这既可以有效的拦截离子通过离子门，又可以有利于迁移管中形成均匀的电场强度。

本发明采用电路板工艺加工离子门，可以简化制作过程，降低成本，所采用的绕丝方式可以充分避免相邻金属丝的短路。

离子门上的印刷金属环使得离子门上电势在整台迁移谱仪中的定位简单，在充分发挥离子门作用的同时，对迁移管中形成均匀电场又有重要作用。

实施例1：

本发明的实施方案结合图4描述如下：

采用印刷电路板工艺，结构尺寸为厚度为2～3mm，外径1为30～44mm，内径3为12～15mm，固定金属丝位置的小孔7间错地呈数列状，其直径0.3mm，同一列中孔心间距为1.4～1.8mm，金属丝可以采用不锈钢或镍金属丝，其直径0.1～0.2mm，相邻两丝间距为0.67～0.75mm。本发明离子门上金属空分A、B两列，用两条金属丝分别在A和B中缠绕。其具体缠绕方法参阅图4c，是将其中一条金属丝从电路板反面A列空的“A”空开始引出，然后从同行A列空进入反面，然后从同侧相邻A列空引出至正面，如此反复；另一条根金属丝从反面B列空的“B”空开始引出，然后从同行B列空进入反面，然后从同侧相邻B列空引出至正面，如此反复。图4c中实线为正面缠绕情况，虚线为反面缠绕情况。缠绕后的两条金属丝在电路板上相交错，但不相连。在金属丝同面的面板上印刷一层金属环4，金属环外径为离子门电路板的外径1，金属环4的内径2比外径1小10～18mm，制备的离子门实物如图4a所示。请阅图4b，其脉冲6的宽度为0.2ms，频率为40Hz，光电偶合器件5将脉冲6转换为0.2ms的5V脉冲电信号，使得U1＝U2＝U0，从而使得离子门上金属丝和金属环印刷层具有相同的电压，当脉冲6处于低电压时，电阻R使得金属丝上的电压相对于金属环印刷为±ΔU，这既可以有效的拦截离子通过离子门，又可以有利于迁移管中形成均匀的电场强度。

Claims (4)

1、一种光电离离子迁移质谱仪中的离子门的制备方法，其电路板为一圆环状绝缘板，沿圆环外径印刷一层金属环，该金属环的外径与绝缘板外径相同，金属环的内径比绝缘板内径小6.5mm；在内孔两侧且与金属环不相连地设有数列固定金属丝的小孔，与金属环同面层上相交错且不相连地穿绕两条金属丝，相邻两金属丝的间距为0.7～0.9mm。

2、如权利要求1所述的制备方法，其中的金属丝为不锈钢或镍金属丝。

3、如权利要求1或2所述的制备方法，其中的金属丝直径为0.1～0.2mm。

4、如权利要求1所述的制备方法，其中固定金属丝的小孔其同一列中孔心间距为1.4～1.8mm。

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