CN101641593B - 包括两个漂移室的离子迁移率谱仪 - Google Patents
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Abstract
一种离子迁移率谱仪，该离子迁移率谱仪具有两个漂移室(11)和(12)和一个公用的掺杂的反应区(2)。所述漂移室各自包括离子改性器(14)和(24)，例如一个离子改性器通过高电场来碎裂掺杂的离子。一个漂移室(11)是掺杂的，而另一个漂移室(12)是不掺杂的。通过这种方式，由改性过程来除去掺杂剂加合物，但是随后仅在掺杂的漂移室(11)中与掺杂剂再结合，从而通过两个所述漂移室产生不同的输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有两个漂移室和一个公用的反应区的离子迁移率谱仪(ion mobility spectrometers)。
背景技术
离子迁移率分析是用于检测爆炸物、危险化学品和其它蒸汽的存在的通用技术。离子迁移率谱仪(IMS)通常包括检测器池(detector cell)，含有可疑物质或分析物的空气样品以气体或蒸汽的形式被持续供应至该检测器池。所述检测器池在大气压力或接近大气压力的条件下工作，且含有通电的电极，以沿该检测器池产生电压梯度。所述空气样品中的分子例如通过放射源、紫外(UV)源或电晕放电的方法而被离子化，并通过在一端的静电门而被接纳进入所述检测器池的漂移区。该离子化的分子漂移到所述检测器池的另一端，漂移的速度依赖于离子的迁移率。通过检测离子沿所述检测器池的飞行时间就可以鉴别该离子。为了改进检测，通常的做法是向分析物质中添加掺杂剂物质，以区分产生相似的光谱输出的干扰物质。选择所述掺杂剂以与目标物质结合，使不掺杂的分析物质和掺杂的分析物质产生一对可鉴别的光谱峰。也可以选择所述掺杂剂，以使其不与干扰物质结合，或以所产生的输出易于区分并与目标物质不同的方式结合。可以在离子改性器(ion modifier)中将掺杂剂加合物从特定的离子中除去，例如：在该离子改性器中，通过施加高电场来对离子进行改性。然而，这只有当所述离子改性器的区域是不含掺杂剂时才有效，因为否则将发生再结合。可选择地，可以通过升高温度来除去掺杂剂加合物。然而所述掺杂剂加合物的去除是沿所述漂移区的整个路径逐渐发生的，因此不是产生尖锐的不掺杂的单体峰和掺杂的单体峰，而是产生两个彼此桥接的畸形的峰。
发明内容
本发明的目的是提供一种可供选择的离子迁移率谱仪。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种上述类型的离子迁移率谱仪，其特征在于，反应区是掺杂的，从而在供应给各个漂移室之前，所有的分析物样品都进行了掺杂，所述漂移室各自包括离子改性器，一个所述漂移室是掺杂的，而另一个所述漂移室是不掺杂的，从而当掺杂的分析物离子在不掺杂的所述漂移室中进行离子改性时，将掺杂剂加合物除去，但是，当掺杂的分析物离子在掺杂的所述漂移室中进行离子改性时，该分析物离子与该漂移室中的掺杂剂结合，从而由两个所述漂移室提供不同的输出。
至少一个离子改性器可以包括用于建立足以碎裂所述离子的高电场的装置。可选择地，至少一个离子改性器可以有效地升高温度。优选将两个所述漂移室配置成背靠背。所述反应区和掺杂的所述漂移室中的掺杂剂可以是相同的，或可以是不同的。掺杂的所述漂移室可以通过掺杂的分子过滤器进行掺杂。可以将所述谱仪配置成：响应于检出与已知干扰物相对应的峰，启动离子改性器，从而仅在不掺杂的所述漂移室中除去所述掺杂剂加合物。
附图说明
图1是本发明的离子迁移率谱仪的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并参考附图来描述根据本发明的离子迁移率谱仪。
所述谱仪具有一个管状的漂移池(drift cell)组件1，该组件1具有一个设置在中间的反应区或室2和一个成倒置的T形的入口3。该谱仪在大气压力或接近大气压力的条件下工作。所述入口3通过选择性的隔层4(例如膜、针孔等等)而通向所述反应室2的上端。所述反应室2包括一些常规的电离装置，如所显示的电晕离子化点5，但也可以是任意的可选择的形式，例如：放射源或紫外光致电离源。所述反应室2还包括常规的掺杂装置6，例如：吸收剂材料中的掺杂剂化学品的加热供应，将该加热供应配置成以缓慢的速率释放所述掺杂剂化学品。
所述反应室2的底端与两个漂移室或漂移池11和21相通，将该两个漂移室彼此轴向并背靠背地配置，以将它们的入口端12和22安置在中间并通向所述反应室。从US5227628中可以获知这种成对的IMS漂移池的构造。所述漂移池11和21各自包括常规的静电门13和23，来自所述反应室2的离子通过该静电门13和23而被接纳进人所述漂移池或被所述漂移池所排除。通过处理单元20来控制所述静电门13和23的运作。在每个漂移池11和21中，在所述静电门13和23的下游沿所述漂移池的轴向安装有离子改性器装置，该离子改性器装置以一对平行的电极栅14和24的形式沿离子流动通路的横向而延伸。所述电极栅14和24的构造使得离子可以自由通过，且在这一方面，该电极栅优选由导电线网构成，所述导电线之间具有间隔，离子可以流过这些间隔。所述电极栅14和24与所述处理单元20相连，该处理单元20可用于在所述电极栅之间施加高电压，该高电压例如通过使所述离子碎裂而足以改变处于所述电极栅之间的所述间隔内的任意离子的特性。该高电场的额外作用是从所述离子中除去所述掺杂剂加合物。所述漂移池11和21各自具有多个常规类型的漂移电极15和25，这些电极沿所述漂移池间隔排列，并与处理/控制单元20相连，该处理/控制单元20对所述电极施加电压，以建立沿所述漂移池的电势梯度，从而有效地推动所述离子向远端迁移。所述离子改性器可以采用各种不同的形式，并可以例如包括加热器，该加热器可以有效地将所述离子的温度升高到足以对它们进行改性。
在所述漂移池11和21各自的远端，设置有与所述离子流动通路成一条直线的收集器盘或检测器盘16和26，以接受沿各个漂移池的长度方向通过的离子。所述收集器盘16和26各自以通常的方式与所述处理/控制单元20相连，从而产生表示入射于该盘上的离子的输出光谱。将该输出提供给显示器21或其它应用装置。
分别通过独立的空气流动系统17和27，使空气沿所述漂移池11和21以与所述离子的流动方向相反的方向循环。右侧的流动系统27包括流动通路270，该流动通路270具有进入所述漂移池21并与所述收集器盘26相邻的出口271。该流动通路270的入口272位于邻近所述静电门23的位置。通过泵273而使空气沿所述流动通路270流动，在所述流动通路入口272和该泵的入口275之间，成直线地连接有一个分子过滤器单元274。因此，空气沿着所述漂移池21从右向左循环，且通过所述过滤器单元274的作用而被干燥并净化。相似地，与左侧漂移池11相连的所述流动系统17连接有泵173和分子过滤器174，以提供沿所述漂移池从左向右并与所述离子的流动相反的循环空气流。然而，所述流动系统17与所述右侧漂移池21的不同之处在于：所述分子过滤器174充有掺杂剂化学品，以使在该漂移池11中循环的空气持续地被掺杂。也可以使用可选择的装置而使所述漂移池11是掺杂的。右侧的漂移池21没有任何这样的掺杂，因此该漂移池是不掺杂的，与所述左侧漂移池11的掺杂特性相反。
在操作过程中，分析物样品蒸汽通过入口3和隔层4而被接纳进入所述漂移池组件1，并在所述反应室2中进行掺杂和离子化。随后，获得的离子例如通过由带电的极板(未示出)而产生的电场向两个漂移池11和21的入口端12和22迁移。掺杂的离子以时控的方式被处于所述处理/控制单元20的控制之下的所述静电门13和23所接纳并分别等量地进入所述漂移池11和21。在正常操作中，离子改性器14和24是不通电的，掺杂的离子分别沿所述漂移池11和21向所述检测器盘16和26迁移，并在处理器20上产生基本相同的响应，将这些响应组合在一起，以产生表示分析物质的输出。然而，如果该输出包含一个已知干扰物的峰，那么将启动处于所述漂移池11和/或21的任何一个或两个中的所述离子改性器14和/或24。在不掺杂的右侧漂移池21中，该启动的效果为在它的不掺杂的漂移区中除去掺杂剂加合物，并且这些不掺杂的离子继续在它们的通道中沿该漂移池向所述检测器板26迁移。也可以引发碎裂或离子化学中的其它变化。然而，在掺杂的左侧漂移池11中，尽管开始时所述离子改性器14有效地从离子中除去所述掺杂剂加合物，但是所述离子迅速地与沿所述漂移池流动的掺杂剂物质再结合。所述漂移池11中的掺杂剂可以与所述反应室2中所使用的掺杂剂相同或不同。然而，所述离子改性器14可以有效地改变掺杂的离子的离子化学。因此可以观察到：两个漂移池11和21的输出是不同的。当启动所述离子改性器时，在一个或两个所述漂移池中，由目标分析物质和其干扰物所产生的输出响应通常是不同的。因此，通过在使用前用所述分析物质和其干扰物来标定该装置，可以区分开所述物质和其干扰物。
Claims (7)
1.一种离子迁移率谱仪，该离子迁移率谱仪具有两个漂移室（11、21）和一个公用的反应区（2），其特征在于，所述反应区（2）的底端与两个漂移室（11、21）相通，将该两个漂移室彼此轴向并背靠背地配置，以将它们的入口端（12、22）安置在中间并通向所述反应区（2），所述反应区（2）是掺杂的，从而在供应给各个所述漂移室（11、21）之前，所有的分析物样品都进行了掺杂，所述漂移室（11、21）各自包括离子改性器（14、24），一个所述漂移室（11）是掺杂的，而另一个所述漂移室（21）是不掺杂的，从而当掺杂的分析物离子在不掺杂的所述漂移室（21）中进行离子改性时，将掺杂剂加合物除去，但是，当掺杂的分析物离子在掺杂的所述漂移室（11）中进行离子改性时，该分析物离子与该漂移室中的掺杂剂结合，从而由两个所述漂移室（11、21）提供不同的输出。
2.根据权利要求1所述的离子迁移率谱仪，其中，至少一个所述离子改性器（14、24）包括用于建立足以碎裂离子的高电场的装置。
3.根据权利要求1所述的离子迁移率谱仪，其中，至少一个所述离子改性器有效地升高温度。
4.根据权利要求1所述的离子迁移率谱仪，其中，在所述反应区（2）和掺杂的所述漂移室（11）中的所述掺杂剂是相同的。
5.根据权利要求1所述的离子迁移率谱仪，其中，在所述反应区（2）和掺杂的所述漂移室（11）中的所述掺杂剂是不同的。
6.根据权利要求1所述的离子迁移率谱仪，其中，掺杂的所述漂移室（11）通过掺杂的分子过滤器（174）进行掺杂。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的离子迁移率谱仪，其中，该谱仪被配置成：响应于检出与已知干扰物相对应的峰，启动所述离子改性器，从而仅在不掺杂的所述漂移室（21）中除去所述掺杂剂加合物。
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