CN101647086B - 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通过静电门(21)而与漂移区(20)分开的反应区(5)。掺杂回路(8)向所述反应区(5)提供掺杂剂，而所述漂移区(20)是不掺杂的。两个高电场离子改性器(30和31)相继地设置在所述漂移区(20)内。可以开启一个离子改性器(30)，以从接纳的离子中除去掺杂剂加合物；或者开启两个离子改性器(30和31)，以使所述离子同时被碎裂。通过该方式，可以产生多种不同的响应，从而提供关于分析物质的特性的额外信息，并区分出干扰物。

Description

离子迁移率谱仪
技术领域
本发明涉及一种具有漂移区和反应区的离子迁移率谱仪(ion mobilityspectrometers)。
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。该检测器池在大气压力或接近大气压力的条件下工作，并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。
在不掺杂(undoped)的IMS系统中，已经发现当通过高电场进行离子改性(ion modification)时，特定的神经性试剂产生可鉴别的裂解峰。这就增加了可以从光谱中获得的信息，并提高了分析物检测中的可信度。
为了区分产生相似光谱输出的干扰物质，向分析物质中添加掺杂剂物质来改进检测是通常的做法。选择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，以使其不与所述干扰物质结合，或以所产生的输出易于区分且与所述目标物质不同的方式进行结合。
已经发现在掺杂系统中不可能进行离子改性。相反，该离子改性过程从特定离子中除去了掺杂剂加合物，而离子本身不产生任何改变。这可能是因为当离子已经通过了改性器(modifier)的大部分路径时，仅从所述从离子中除去了所述掺杂剂加合物，而在该改性器中所留下的距离不足以使离子发生进一步的改性。如果所述离子改性器的区域不含掺杂剂，则去除了加合物的离子将只能保持这种方式，因为否则会发生再结合。
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，该谱仪被配置成反应区是掺杂的，而漂移区是不掺杂的，该谱仪包括至少两个选择性地起作用的离子改性器，该离子改性器沿所述离子流动通路相继地设置，从而当使所述离子改性器起作用，以从离子中除去掺杂剂加合物时，至少一个所述离子改性器是有效的。
优选至少一个所述离子改性器被配置成能够建立足以碎裂(fragment)所述离子的高电场。可选择地，至少一个所述离子改性器可以有效地将温度升高到足以碎裂所述离子的水平。所述谱仪优选包括从所述漂移区流过的过滤的气体流动通路，以从该漂移区中除去任何的掺杂剂。所述谱仪可以包括掺杂回路，该掺杂回路被配置成向所述反应区的邻近所述漂移区的区域提供掺杂剂蒸汽，并在所述反应区的另一端除去所述掺杂剂蒸汽，从而使所述掺杂剂从所述漂移区流走。所述谱仪可以包括位于所述反应区和所述漂移区之间的静电门。所述谱仪可以被配置成：响应于检出与已知干扰物相对应的峰，使所述离子改性器起作用，从而随后除去所述掺杂剂加合物。该谱仪可以被配置成：当两个所述离子改性器都关闭时，得到第一输出；当只有一个所述离子改性器工作时，得到第二输出；以及当两个所述离子改性器都工作时，得到第三输出。
附图说明
图1是根据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1，在该漂移池1(drift cell)的左侧端具有入口2，分析物气体样品或蒸汽样品通过该入口2经由选择性的隔层(例如膜、针孔等等(未示出))而进入所述漂移池。该入口2通向电离区3，该电离区3包括一些常规的电离源4，例如：电晕电离点、放射源、紫外光致电离源等等。所述电离区3通向反应区5，在该反应区5中由所述电离源4产生的离子与所述分析物分子反应。该反应区5包括多个电极对6，该多个电极对6沿该区域间隔排列，且由电压源7驱动以沿该区域产生一个电势梯度，将离子推向右侧。所述反应区5与掺杂回路8相连，该掺杂回路8包括常规的掺杂剂源9和泵10。所述掺杂回路8的出口11与所述漂移池1在所述反应区5的右侧端相连；该掺杂回路8的入口12与所述反应区的左侧端相连，以使掺杂剂气体沿所述反应区从右向左流动。
所述反应区5的右侧端与漂移区20通过常规的静电门21而连通，来自所述反应区5的离子通过该静电门21而被接纳进入所述漂移区或被所述漂移区所排除。通过处理和控制单元22来控制所述静电门21的运作。所述漂移区20包括离子收集器盘或检测器盘23，该收集器盘或检测器盘23的输出以通常的方式与处理单元22的输入相连，从而产生表示入射于所述盘上的离子的输出光谱。将该输出提供给显示器24或其它应用装置。电极对25沿所述漂移区20间隔排列，并与电压源26相连，以提供沿该漂移区的长度方向的电势梯度，从而有效地推动所述离子从左向右并面向所述收集器盘23迁移。
在所述漂移区20的内部紧邻所述静电门21沿所述漂移池1的轴向安装有两个离子改性器30和31，各以一对平行的电极栅的形式沿离子流动通路的横向而延伸。所述电极栅30和31的构造可以允许离子自由通过，且在这一方面，该电极栅优选由导电线网构成，这些导电线之间具有间隔，离子可以流过这些间隔。所述离子改性器30和31与所述处理单元22相连，该处理单元22可用于在所述电极栅之间施加高电压，该高电压例如通过碎裂所述离子而足以改变位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掺杂剂加合物。可选择的离子改性器可以例如涉及加热、辐射、放电、磁场或激光。尽管所述离子改性器30和31被显示为彼此接近，但是它们彼此之间是有间隔的，右侧的离子改性器可以定位于沿所述漂移区20的下游的一定距离上。
清洁干燥的空气通过空气流动系统32沿所述漂移区20循环，该空气流动系统32具有一个进入所述漂移池1的出口33，该出口33邻近所述收集器盘23。所述空气流动系统32的入口34正好位于所述静电门21的左侧。所述空气流动系统32包括泵35和为分子筛36的形式的过滤器，该泵35和分子筛36串联连接在所述入口34和出口33之间。因此，空气沿所述漂移区20从右向左循环流动，且通过所述分子筛36的作用而被干燥并净化。所述空气流动系统32可以有效地除去任何可能从所述反应区5渗透进来的掺杂剂蒸汽。通过这种方式，所述反应区是掺杂的，而所述漂移区是不掺杂的。
在操作过程中，分析物样品蒸汽通过所述入口2而被接纳进入所述漂移池组件1，并在反应室5中进行掺杂和离子化。随后，获得的离子通过由极板6建立的电场而向静电门21迁移。掺杂的离子以时控的方式被处于所述处理/控制单元22的控制之下的静电门21所接纳并进入所述漂移区20。在正常操作中，离子改性器30和31不通电也不起作用，掺杂的离子沿所述漂移区20向所述检测器盘23迁移，并在所述处理器22上产生相应的响应。然而，如果该输出包括一个已知干扰物的峰，那么将开启两个离子改性器30和31，而使其起作用。其效果为上游的、左侧的离子改性器30从通过该离子改性器的离子中除去任何掺杂剂加合物。然后不掺杂的离子通过下游的离子改性器31，在该离子改性器31中，该不掺杂的离子被进一步改性，以引起离子碎裂或离子化学中的其它变化。因为所述漂移区20是不掺杂的，因此不掺杂的并被改性的离子沿该区域迁移而不会暴露于任何掺杂剂。这引起了所述收集器盘23上的输出响应的改变，从而当所述离子改性器30和31开启时，由目标分析物质和其干扰物所产生的响应通常是不同的。因此，通过在使用前用分析物质和其干扰物来检定该装置，可能区分所述分析物质和其干扰物。
可以将该系统配置成开始只有一个离子改性器30起作用来监测所述收集器盘23的输出，从而仅有的改变是除去了所述掺杂剂加合物。然后可以开启第二个离子改性器31。通过这种方式，将产生三种不同的输出：两个所述离子改性器都关闭时，由掺杂的离子获得的第一输出；一个所述离子改性器工作时，由不掺杂的且未改性的离子获得的第二输出；以及两个所述离子改性器都工作时，由不掺杂的且改性的离子获得的第三输出。
所述谱仪也可以具有两个以上的所述离子改性器。

Claims (8)

1.一种离子迁移率谱仪，该离子迁移率谱仪具有漂移区(20)和反应区(5)，其特征在于，该谱仪被配置成所述反应区(5)是掺杂的，而所述漂移区(20)是不掺杂的，该谱仪包括至少两个选择性地起作用的离子改性器(30和31)，该离子改性器(30和31)沿离子流动通路相继地设置在所述漂移区(20)内，从而当使所述离子改性器起作用，以从离子中除去掺杂剂加合物时，至少一个所述离子改性器(30，31)是有效的。
2.根据权利要求1所述的谱仪，其中，至少一个所述离子改性器(30、31)被配置成能够建立足以碎裂所述离子的高电场。
3.根据权利要求1所述的谱仪，其中，至少一个所述离子改性器有效地将温度升高到足以碎裂所述离子的水平。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的谱仪，其中，该谱仪包括从所述漂移区(20)流过的过滤的气体流动通路(32)，以从该漂移区中除去任何的掺杂剂。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的谱仪，其中，该谱仪包括掺杂回路(8)，该掺杂回路(8)被配置成向所述反应区(5)的邻近所述漂移区(20)的区域提供掺杂剂蒸汽，并在所述反应区(5)的另一端除去所述掺杂剂蒸汽，从而使所述掺杂剂从所述漂移区(20)流走。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的谱仪，其中，该谱仪包括处于所述反应区(5)和所述漂移区(20)之间的静电门(21)。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的谱仪，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，使所述离子改性器(30、31)起作用，从而随后除去所述掺杂剂加合物。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的谱仪，其中，该谱仪被配置成：当两个所述离子改性器(30和31)都关闭时，得到第一输出；当只有一个所述离子改性器(30或31)工作时，得到第二输出；以及当两个所述离子改性器(30和31)都工作时，得到第三输出。
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