CN101611304A - 用于检测设备的气体预浓缩器 - Google Patents

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Abstract

IMS设备在它的进口(7)中具有预浓缩器(9)。与外壳(1)的内部连通的压强脉冲器(8)向外壳提供较小的正负交替压强脉冲，由此空气以波动的方式不断地进出所述进口(7)。这使得分析物被所述预浓缩器(9)所吸附，但不允许分析物充分进入由此被电离或检测。在足够的时间之后，在预浓缩器(9)上聚集了可检测数量的分析物，所述设备转变到释放阶段。预浓缩器(9)被加热以释放所述分析物，并且脉冲器(8)产生较大的负脉冲，以能够将所释放的分析物带到反应区域(3)中的足够远处，以进行电离和检测。

Description

用于检测设备的气体预浓缩器
技术领域
本发明涉及具有进口和位于进口附近的预浓缩器的检测器设备。
背景技术
离子迁移率谱仪或IMS(离子迁移率谱)设备经常被用于检测诸如炸药、毒品、糜烂性和神经性药剂等物质。IMS设备一般包括检测器单元，包含可疑物质或分析物的空气样本被以气体或蒸汽的形式连续地提供到所述检测器单元。所述单元在大气压或接近大气压的条件下运行并且包含电极，对电极加上电压可以沿所述单元产生电压梯度。空气样本中的分子都已被电离(例如通过放射源、UV源或电晕放电等方式来实现)，并由在一端的静电式门(gate)将其提供到所述单元中的漂移区域。电离的分子以和离子的迁移率相关的速度漂移到所述单元的另一端。通过对沿所述单元的飞行时间进行测量，能够对所述离子进行鉴别。在常规的IMS设备中，清洁干燥气流连续地通过反应和电离区域。这种配置能够实现连续采样和较短的恢复时间。当样本分析物在样本气体中只具有很小的浓度时，会存在相对较低的信噪比，这使得可靠地检测很难得以实现。在已知的技术中，可以在进口处使用预浓缩器，以得到一团(a bolus of)具有更高浓度的分析物的样本。所述预浓缩器包含吸附材料，其中被提供到预浓缩器的气体中的分析物质在吸附阶段被束缚到所述吸附材料。所述预浓缩器随后被加热，以将所吸附的分析物质释放，形成一团具有更高浓度的分析物的气体。其它形式的检测器也使用预浓缩器。预浓缩器还可在其它应用中被用于增加物质的浓度。
发明内容
本发明的目的是提供可选择的检测器设备、预浓缩器和方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种上述类型的检测器设备，其特征在于，该设备被配置成在吸附阶段使分析物气体或蒸汽在预浓缩器中交替流动，以使得只有很低的气体或蒸汽净流量流入到检测器中或没有气体或蒸汽净流量流入到检测器中，并使得所感兴趣的分析物质被所述预浓缩器吸附，所述设备还被配置成在释放阶段使所述预浓缩器释放所吸附的分析物质并中断所述气体或蒸汽的交替流动，并产生进入到所述检测器中的气体或蒸汽净流量，由此所释放的分析物质被移动到所述检测器中。
所述设备可以包括与所述设备的内部相连通的压强脉冲器，通过该压强脉冲器可以引起所述交替流动。所述设备可以包括热装置，通过该热装置引起所述预浓缩器进行释放。所述设备优选为IMS设备，分析物气体或蒸汽在所述释放阶段被允许充分地进入到所述装置的反应区域中并在此被电离。所述预浓缩器可被置于通往所述设备的内部的通道中。
根据本发明的另一个方面，提供了一种增加物质浓度的方法，该方法包括下列步骤：提供被配置成吸附和释放所述物质的预浓缩器；在吸附阶段在通道中且在预浓缩器上方提供气体或蒸汽的交替流动，以使得所述物质被所述预浓缩器吸附，并且沿通道基本不存在气体或蒸汽净流量；以及随后在释放阶段，使所述预浓缩器释放所吸附的物质并沿通道提供气体或蒸汽净流量，以使得所释放的物质随气体或蒸汽沿所述通道移动。
根据本发明的又一个方面，提供了一种被配置成对物质进行吸附和释放的预浓缩器设备，该设备包括气流路径以及在该气流路径中的吸附材料，其特征在于，所述设备包括用于在吸附阶段在预浓缩器上方且沿所述气流路径提供气体或蒸汽的交替流动的装置，以使得所述物质被所述预浓缩器吸附，并且沿所述路径基本不存在气体或蒸汽净流量，并且所述设备被配置成使所述预浓缩器在随后的释放阶段释放所吸附的物质，并且所述设备还被配置成在所述释放阶段沿所述气流路径提供气体或蒸汽净流量，以使得所释放的物质随气体或蒸汽沿所述气流路径移动。
用于提供所述交替气体流动的装置可以包括压强脉冲器。
附图说明
下面将以示例的方式结合附图对根据本发明的IMS设备进行描述，其中：
图1示出了吸附阶段的设备示意图；以及
图2示出了释放阶段的设备示意图。
具体实施方式
首先参见图1，所述设备采用具有一般管状外壳1的离子迁移率谱仪(IMS)的形式，所述管状外壳1带有在其右手端的漂移或分析区域2以及在其相对的左手端的反应或电离区域3。
进口管道4在一端5具有开口，与空气或其它将被采样或分析的气体或蒸汽源相连通。空气或气体通过连接在所述管道的另一端的泵6被抽取到管道4中。在管道4的某一点处，毛细通道或针孔7导通所述管道和所述反应区域3的内部，由此感兴趣的分子可以沿气流路径从所述管道流入到反应区域中。所述设备的进口包括预浓缩器。这可以以涂层9的形式提供于进口通道7自身之上，或以独立装置9’的形式安装在进口管道4中，并与进口通道7相邻。与扩音器相类似的压强脉冲器8以US 6073498中所描述的方式连接到外壳1。所述压强脉冲器8按照以下详细描述的方式运行。
所述反应区域3包含某种用于对分析物质的分子进行电离的装置，诸如高电势的电晕放电点10。反应区域3和漂移区域2都处于大气压或只是稍低于大气压。反应区域3和漂移区域2通过可选的常规静电闸板(shutter)(例如B·尼尔森门11)而彼此分离，其中所述门11对流入漂移区域的离子流进行控制。漂移区域2具有一系列的电极对12，所述电极对12分布在相对的两侧并沿所述区域的长度方向彼此分离。电压源13对每个电极对12施加电压，所施加的电压沿漂移区域2的长度方向向右侧逐渐增加，由此经过门11的离子将经历电压梯度，该电压梯度使这些离子沿漂移区域的长度方向移动。集电极(collector)平板14安装在所述漂移区域2的远端(右手端)，负责对通过所述漂移区域的离子进行收集。当离子与集电极平板14发生碰撞时，每个离子所产生的电荷都会向处理器单元15产生电信号。所述处理器单元15对所述信号进行分析，以得到所检测到的不同离子的迁移率的谱表示，并将这些结果提供给显示器或其它应用装置16。
和在常规IMS设备中一样，气流系统20沿外壳1的内部产生与离子流方向相反的清洁干燥空气流。所述气流系统20包括在其进口和出口处分别具有分子筛过滤器22和23的泵21。进口过滤器22连接到进口管24，进口管24与外壳1在反应区域3的左手端(进口端)连通。出口过滤器23连接到出口管25，出口管25与外壳1在漂移区域2的右手端(下游端)连通。泵21运行，以从反应区域3中抽取气体，由此使气体在从漂移区域2的右手端流回到外壳1中之前流经第一过滤器22、泵21和第二过滤器23。
所述设备在两个交替阶段之间进行切换，也就是吸附阶段和释放阶段，其中预浓缩器9，9’在所述吸附阶段对在进口5处提供的气体中的分析物质进行吸附，并在所述释放阶段释放所吸附的物质并将这些物质提供到所述设备的内部以进行电离和检测。在图1示出的第一(吸附)阶段期间，压强脉冲器8被处理器15施加电压以在外壳1中产生短的、规则的正负交替压强脉冲(如图所示)。这将使管道4中的空气在进口通道7波动(pant)式地进出，通过这样做，其以交替的方式在预浓缩器9，9’的表面上前后流动。因此，空气中的分析物质由于空气被抽取到外壳1的内部而被吸附到预浓缩器9，9’中，并且反向返回的空气中的分析物质的浓度已经耗尽了很多。所述波动、交替流动确保了在每个方向都不存在净流量，并且可对所述波动的相位、幅度和频率进行选择，由此所述样本蒸汽不会被喷射到反应区域3中的过远处由此被电离和检测。处理器15将该吸附阶段维持足够长的时间，以确保预浓缩器9，9’上已经吸附了可检测数量的样本蒸汽。通常，这将持续几秒到几十秒的时间。
处理器15随后转变到如图2所示的释放阶段。首先，所述处理器15将脉冲器8的规则的交替压强循环停止。然后，处理器对安装在预浓缩器9，9’上的加热器17施加电压以提高加热器17的温度并引起所述分析物样本蒸汽的热释放。还可以通过其他途径使所述预浓缩器释放所吸附的物质，例如通过对其进行辐射、加压、震动等等。通过引起沿所述进口通道7直到所述反应区域之内的流动，所释放的分析物样本蒸汽随后被传送到反应区域3中。这种流动可以是连续的并可通过单独的泵来实现(未示出)。可替换地，这种流动也可通过外壳1中的由压强脉冲器8导致的较大的、瞬间的(momentary)压强减少或反向脉冲(如图所示)来引发。这将把所释放的蒸汽充分地喷射到反应区域3中以进行电离和检测。该过程还可与吸吮(sip)过程相结合，在所述吸吮过程中，所述压强脉冲器8被施加电压，以不断地将小量空气抽取到反应区域中。
本发明可被使用，以使用改善的信噪比来检测小浓度的分析物。本发明特别地用于IMS设备，但同样可以在其它形式的检测器中应用。本发明还可用于除检测领域之外的其它需要提高物质浓度的领域。

Claims (8)

1.一种具有进口(7)和位于所述进口附近的预浓缩器(9，9’)的检测器设备(1)，其特征在于，该设备被配置成在吸附阶段使分析物气体或蒸汽在所述预浓缩器(9，9’)中交替流动，以使得只有很低的气体或蒸汽净流量流入到所述检测器(1)中或没有气体或蒸汽净流量流入到所述检测器(1)中，并使得感兴趣的分析物质被所述预浓缩器(9，9’)吸附，并且所述设备还被配置成在释放阶段使所述预浓缩器(9，9’)进行释放并中断所述交替流动，并产生进入到所述检测器(1)中的气体或蒸汽净流量，由此所释放的分析物质被移动到所述检测器中。
2.根据权利要求1所述的检测器设备，其特征在于，所述设备包括与所述设备的内部相连通的压强脉冲器(8)，通过该压强脉冲器(8)引起所述交替流动。
3.根据权利要求1或2所述的检测器设备，其特征在于，所述设备包括热装置(17)，通过该热装置(17)引起所述预浓缩器(9，9’)进行释放。
4.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的检测器设备，其特征在于，所述设备是IMS设备，并且分析物气体或蒸汽在所述释放阶段被允许充分地进入到所述设备的反应区域(3)中进行电离。
5.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的检测器设备，其特征在于，所述预浓缩器(9)位于通往所述设备(1)的内部的通道(7)中。
6.一种用于增加物质浓度的方法，该方法包括下列步骤：提供被配置用于吸附和释放所述物质的预浓缩器(9，9’)；在吸附阶段在通道(7)中且在所述预浓缩器(9，9’)上方提供气体或蒸汽的交替流动，由此所述物质被所述预浓缩器(9，9’)吸附，并且沿所述通道(7)基本不存在气体或蒸汽净流量；以及随后在释放阶段，使所述预浓缩器(9，9’)释放所吸附的物质并沿所述通道(7)提供气体或蒸汽净流量，以使得所释放的物质随所述气体或蒸汽沿所述通道(7)移动。
7.一种被配置成对物质进行吸附和释放的预浓缩器设备(9，9’)，该设备包括气流路径(7)以及在该气流路径中的吸附材料，其特征在于，所述设备包括装置(8)，该装置(8)用于在吸附阶段在所述预浓缩器(9，9’)上方沿所述气流路径(7)提供气体或蒸汽的交替流动，由此所述物质被所述预浓缩器吸附，并且沿所述气流路径(7)基本不存在气体或蒸汽净流量，并且所述设备被配置成使所述预浓缩器(9，9’)在随后的释放阶段释放所吸附的物质，并且所述设备还被配置成在所述释放阶段沿所述气流路径(7)提供气体或蒸汽净流量，以使得所释放的物质随所述气体或蒸汽沿所述气流路径(7)移动。
8.根据权利要求7所述的预浓缩设备，其特征在于，用于提供气体的所述交替流动的装置包括压强脉冲器(8)。
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