CN101120247B - 分析设备 - Google Patents

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Abstract

一种离子迁移谱仪或其它分析仪器具有用以使样品气体或蒸气产生电离的电晕放电针(20)。门(3)被打开或关闭从而允许和防止通过电晕放电所产生的离子进入漂移室(4)中。对电晕放电针(20)和门(3)的工作进行控制，从而使得所述门在至少两次放电过程中被打开，从而允许通过最近放电所产生的更快的离子连同通过较早放电所产生的较慢的离子一起通过。

Description

分析设备
本发明涉及分析设备，所述类型的分析设备包括位于电离区中的电离源、室、位于所述室一端邻近电离区且被布置用以控制离子进入所述室中的通路的门，所述电离源包括电晕放电源和用于对电晕放电源和所述门的工作进行控制的控制装置。
本发明特别是，但不排他地，与离子迁移谱仪(IMS)相关。
离子迁移谱仪(IMS)被用于在大气压力下检测蒸气或气体中是否存在少量空气传播的化学品。离子迁移谱仪具有一些用于使化学品样品产生电离的装置，例如电晕放电装置或放射源。当应用电晕放电时，可连续进行工作或以脉冲方式进行工作。门允许所述离子进入其上施加有电压的漂移室的一端中从而致使离子漂移至相对端，在那里，所述离子被收集在收集板上。在以脉冲方式进行电晕放电时，在每次发生电晕放电或一组放电时所述门同步进行工作。离子从所述门移动至所述收集板所花费的时间取决于质量、尺寸、形状和离子上的电荷量。通过测定该时间，可提供表示所述化学品特性的指示信号。在处置放射源过程中所存在的问题已导致远离这些放射源移动至可连续进行工作或以脉冲方式进行工作的电晕放电电离源。由于打开门的周期仅允许离子产生一定程度的迁移以进入漂移区中，因此脉冲电离源存在一定问题。如果门保持打开长达更长的一段时间从而允许来自放电的更宽范围的离子产生迁移，那么所述设备的分辨率会大大降低。
本发明的一个目的在于提供一种备选的分析设备。
根据本发明的一个方面，提供一种上述特定类型的设备，其特征在于，在每次打开门时，所述电晕放电源至少进行两次放电，且所述门被布置以使通过一次放电所产生的更快的离子连同通过前一次放电所产生的较慢的离子一起通过。
优选布置所述设备，从而使得在每一个打开门的周期中产生三次电晕放电。所述设备可以是离子迁移谱仪且所述室可以是漂移室。所述电晕放电源可包括在金属管内进行延伸的电晕放电针。所述门优选包括第一栅极，脉冲电压被施加到所述第一栅极上。所述设备可包括与所述第一栅极相邻的第二栅极，恒定电压被施加到所述第二栅极上，以便吸引离子通过所述门。所述门的开关周期优选为大约200μs。
根据本发明的另一个方面，提供一种对样品气体或蒸气进行分析的方法，所述方法包括以下步骤：产生至少两次电晕放电从而使气体或蒸气中的物质发生电离，交替地允许和防止两次放电所产生的离子中的一些离子进入室中，向所述室施加场从而致使进入的离子移动至检测器并且由所述检测器提供输出。
下面结合附图通过实例的方式对根据本发明所述的离子迁移谱仪进行描述，其中：
图1示意性地示出了所述离子迁移谱仪；并且
图2示出了离子生产和门开关的过程。
所述离子迁移谱仪具有进口1，空气传播的化学品和蒸气通过所述进口进入仪器并且传到电离室2，空气传播的化学品和蒸气在电离室中产生电离。门3允许离子进入漂移室4的左手端，在漂移室中，在被施加到电极5上的电压场的作用下，致使所述离子流动至右手端。离子被收集在收集板6上，在此所述离子被检测到从而向处理单元7提供输出，进而向显示器8或其它应用装置提供表示化学品特性的输出。
电离室2具有一端受电绝缘箍21支承从而沿电绝缘壳体22同轴伸出且与进口1成直角的金属电晕放电针20。针20的尖锐点23位于黄铜或镍管24内。电晕放电驱动电路25被连接在针20与管24之间，从而在其间施加足以产生对通过进口1进入的化学品和蒸气产生电离而言有效的电晕放电的约5kV的高电压。电离室2的右手端经由门3通向漂移室4的左手端。
门3包括两个由与门控栅极电路32相连的细电线形成的栅极(grid)阵列30和31。门控栅极电路32向第一栅极30施加脉冲电压并且向第二栅极31施加恒定电压。第二栅极31有助于限定吸引离子通过打开的门的场。通过来自处理单元7的信号控制门控栅极电路32的工作。门控栅极电路32能够相对于电离源管24而言向上浮动达到几百伏特，以便产生将离子从电晕放电点23拉出的加速电位。
漂移室4呈现圆柱形电绝缘管或小室40的形式，所述圆柱形电绝缘管或小室40具有八个围绕所述管的外部同轴进行延伸并且沿所述管的长度彼此等距隔开的环形电极5。所述电极5被连接到沿所述管40提供约0.24kV/cm的场的电极供应单元42上。
气体进口50通向小室40的右手端，由此漂移气体被允许进入小室沿与离子流动方向相反的方向从右向左进行流动。进口50与经由两个分子筛53和54以及阀门55延伸至泵52的输出端的管路51相连。泵52的进口经由第三分子筛56连接至位于小室40左手端的排气出口57。气动回路进一步包括经由第四分子筛59和阀门60在进口1与泵52的出口之间延伸的支管58。支管58进一步包括位于分子筛59与进口1之间的开口61，用于采样的外部空气通过所述开口被允许进入离子迁移谱仪。补充空气可经由第五分子筛62和通气限制装置63而进入到气动系统中。可以看到：空气沿小室40从位于其右手端的进口50流至位于其左手端的排气出口57，并且该排出空气在再循环回到进口50之前被分子筛56、54和53过滤。待进行采样的外部空气随着经过过滤的载气气流被供应至离子迁移谱仪。如WO00/79261所述，分子筛59可包括被选定用以增强对感兴趣的离子种类的识别性能的化学掺杂剂。小室40的内部大体上处于大气压力下。
位于小室40右手端的收集板6与电流放大器70相连，所述电流放大器进而向处理单元7提供输出。处理单元7生成按照常规方式到达收集板6的离子的光谱。所述光谱不需要表现为图形的形式，但是可被处理以提供对识别出的化合物的名称的显示或在识别出特定化合物时报警。
泵52通电以通过开口61吸入空气传播的分子，在此所述空气传播的分子随可能包括掺杂剂的载气流动至电离室2的进口1。所述分子在电晕放电点23处通过放电发生电离，并且当通过门控栅极电路32打开门3时，所述离子进入漂移室4的左手端。由电极5上的电压在小室40中产生的场致使离子沿小室向右漂移，方向与气体沿小室的流动方向相反。所述离子沿小室的移动速度由尺寸、形状和离子上的电荷量决定。当离子达到小室40的远端时，所述离子落到收集板6上，由此在所述收集板上产生较小量的电荷，所述电荷被放大器70放大并且被供应至处理单元7。所述处理单元7测量离子的飞行时间，即在打开门3与在收集板6上接收电荷之间的时间，并且生成具有表示不同离子的峰值的随时间的谱线。
所述处理单元7还控制电晕放电驱动电路25的工作。特别是，所产生的电晕放电脉冲与门3的打开和关闭相关联。如图2中所示，在任一时间处，位于电晕放电点23与门3之间的电离区将包含来自不同次放电的慢速移动离子和快速移动离子的混合物。在图2中，图中示出了来自三次不同放电的离子，分别标为“1”、“2”和“3”。电晕放电的接通和断开足够快，从而使得一次放电中的慢速移动离子将接近随后的下一次放电的快速移动离子或者被所述快速移动离子重叠。门3在重复的时间周期T中被打开。开门周期的开始与电晕放电同步进行，从而使得在第一次放电中的较慢的离子、第二次放电中的快速和中速离子以及第三次放电中的快速离子接近门3时发生所述过程。通过适当地接通电晕放电，开门周期可相对较短，典型地约为200μs，从而在谱中产生可接受的分辨率，同时依然确保允许整个范围内的快速、中速和慢速移动的离子进入。应该意识到：可这样布置所述设备，从而使得在每一个开门周期中来自仅仅两次连续放电中的离子被允许进入。另一种可选方式是，可这样布置所述设备，从而使得来自四次或更多次放电中的离子被允许进入。

Claims (8)

1.分析设备，所述分析设备包括：位于电离区(2)中的电离源(20，23，25)、室(4)、位于所述室(4)一端邻近电离区(2)且被布置用以控制离子进入所述室中的通路的门(3)，所述电离源包括电晕放电源(20，23)和用于对所述电晕放电源和所述门的工作进行控制的控制装置(7，25)，其特征在于，在每次打开门(3)时，所述电晕放电源(20，23)至少进行两次放电，且所述门(3)被布置以使通过一次放电所产生的更快的离子连同通过前一次放电所产生的较慢的离子一起通过。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，布置所述设备，从而使得在每一个打开门(3)的周期中产生三次电晕放电。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备是离子迁移谱仪且所述室是漂移室(4)。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电晕放电源包括在金属管(24)内进行延伸的电晕放电针(23)。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述门(3)包括第一栅极(30)，脉冲电压被施加到所述第一栅极上。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备包括与所述第一栅极(30)相邻的第二栅极(31)，恒定电压被施加到所述第二栅极上，以便吸引离子通过所述门(3)。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述门(3)的开关周期为200μs。
8.一种对样品气体或蒸气进行分析的方法，所述方法包括以下步骤：产生至少两次电晕放电从而使气体或蒸气中的物质发生电离，交替地允许和防止两次放电所产生的离子中的一些离子进入室(4)中，向所述室(4)施加场从而致使进入的离子移动至检测器(6)并且由所述检测器(6)提供输出。
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