CN101752176B - 一种阵列式离子迁移管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列式离子迁移管，其采用阵列式一体化设计制作的迁移管，可以同时提供多个具有相同电场和离子门脉冲的检测通道，实现多种检测手段的集成化应用，提高迁移谱仪的检测能力。该迁移管的特征在于一体化阵列式结构，由阵列化的进样通道、电离源、反应区、离子门、漂移区、栅网、法拉第盘等部分构成。该新型离子迁移管可以使用不同的电离源及漂气，掺杂气体等，从而实现对待测物质的高选择性测定以及检测过程中迁移率影响因素的一致化，大大降低了迁移谱仪的误报率。

Description

一种阵列式离子迁移管

技术领域

本发明涉及离子迁移管，具体地说是一种新型阵列式离子迁移管，该新型的阵列式离子迁移管的所有检测通道采用结构上的一体化设计，具有阵列式一体化的载气入口、电离源、反应区、离子门、漂移区、栅网结构、法拉第盘结构、以及放大检测部件，实现了多个具有相同电场和离子门脉冲的检测通道的同时检测，大大提高了仪器检测的准确性和可靠性。

背景技术

离子迁移谱技术是自1970年代初发展起来的一门物质分析检测技术。它采用的基本原理是在大气压条件下生成的离子，在特定的电场特征下，自相同的起点开始漂移经过相同的距离时，不同的离子会因具有不同的迁移率需要不同的时间，测量这一时间即可对物质进行定性监测。离子迁移谱技术具有检测灵敏度高，检测速度快，可以实现在线快速检测，检测成本低等优点，近年来越来越受到人们的重视。离子迁移谱目前应用领域很多，例如爆炸物的监测，毒品稽查，生化战剂的检测等领域，近年来还越来越多的应用于有机污染物检测等领域。

离子迁移谱技术影响迁移率的因素很多，包括物质分子本身的质量、结构、碰撞截面、形成团簇的能力，以及外界条件如电场强度，温度、湿度、漂气种类、漂气的分子数密度(压强)等都有关系。这使得众多的物质具有相同或相近的迁移率。目前，离子迁移谱的分辨率一般只有几十，分辨能力比较低。也正是由于这一特点，在给定的条件下，使得众多的物质虽然能够形成检测信号，却因具有相同或相近的迁移率而不能够被区分。

针对这一问题，人们开发了多种方法来提高迁移谱仪的分辨率和准确性，如利用不同的电离源电离选择性，利用不同的漂气对迁移率的影响不同，以及利用添加掺杂气体掩盖干扰物等方法来提高对物质检测定性的准确性。在仪器实现上意味着需要多个检测通道才能较为迅速和方便的实现多手段同时交叉、可靠的检测。目前，国际上已有多套迁移管并行使用的报道，但是结构上集成为一体的设计尚未出现。

另外，由于迁移管工作状态参数如湿度，气体压力，温度等控制上的难度比较大，尤其是湿度的控制相当困难，这使得测定时的物质迁移率不断变化。如何即时校准这些参数的变化，是一个重要的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多通道阵列式离子迁移管；其为一种集成度高，结构紧凑的一体化阵列式离子迁移管；该新型阵列式离子迁移管的所有检测通道采用结构上的一体化设计，实现了多个具有相同电场和离子门脉冲的检测通道的同时检测，并可以利用掺杂剂技术，内标物技术以及不同的漂气的使用技术，大大提高了仪器检测的准确性和可靠性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种阵列式离子迁移管，从左至右沿一轴线依次包括电离源区、反应区、离子门、漂移区、栅网、法拉第盘，所述电离源区和法拉第盘分别为二个或二个以上的，二个或二个以上的电离源区或法拉第盘分别相互平行的，且电离源区和法拉第盘于迁移管的轴线二端分别一一对应，形成二个或二个以上的迁移管检测通道。实现了多个具有相同电场和离子门脉冲的检测通道的同时检测。

具体结构如下：所述漂移区是由绝缘环和电极环同轴交替叠加构成的筒状空间结构；沿筒状空间结构的轴线方向，于漂移区的一端依次设置有离子门和相互平行的二个或二个以上的电离源区，在离子门与电离源区之间设置有由绝缘环和电极环，绝缘环和电极环内部的筒状空间结构作为反应区；

在靠近离子门的反应区的绝缘环上设置有载气入口或出气口；在电离源区或在靠近电离源区的反应区的绝缘环上设置有出气口或载气入口；

于漂移区的另一侧依次设置有栅网和二个或二个以上的法拉第盘，法拉第盘与电离源区沿漂移区的筒状空间结构的轴线方向一一对应，形成二个或二个以上的迁移管检测通道；

于法拉第盘的外侧设置有法拉第盘屏蔽筒，在法拉第盘屏蔽筒漂气入口。

电离源区为至少一端开口的筒状结构，反应区处于电离源区的开口端；所述反应区是由绝缘环和电极环同轴交替叠加构成的筒状空间结构；构成漂移区的电极环通过绝缘环按等间距均匀排布设置；所述当电离源区采用脉冲电离源时可以不使用离子门；

沿漂移区的筒状空间结构的轴线方向，从所述离子门至每个法拉第盘之间分别设置有一个绝缘套筒，那么每个绝缘套筒的内腔即为漂移区，且相互平行的绝缘套筒的直径和长度完全相同，以实现一致性的检测。

所述迁移管是由同一个高压电源给漂移区的电极环供电，以保证各个检测通道的电场是完全相同的。迁移管可以由多个高压电源供电，但是要保证各个检测通道的电场是完全相同的。

阵列式离子迁移管可以采用同一离子门注入脉冲，相同的离子注入方式，以及离子接收放大方式；各通道可以采用单独的离子门，但须具有相同的脉冲特征如脉宽、频率等，以保证注入离子的效果相同。各个检测通道的某一个或几个通道中分别添加一种或几种掺杂剂，添加内标物，或采用不同载气，可以大大提高检测能力。

本发明装置的反应区内径为10～30mm，漂移区内径为10～30mm之间，迁移管总体长度为几厘米到几十厘米。

本发明的优点是：

1.通过一体化设计实现结构紧凑，阵列式的离子迁移管，具有部分参数一致性可控的特点，包括电场分布，离子门脉冲注入等。

2.实现了多通道相同参数下的同时测定，不仅提高了检测的效率，而且使得各通道的工作参数具有同步性和一致性。

3.可以利用阵列式迁移管的一致性和同步性的优点，实现更加准确的实现实时捕捉待测物质的信息。

4.可以通过一定的技术，如掺杂剂技术，内标物技术，以及不同漂气技术实现迁移谱仪检测能力的极大提高。

5.可以利用如前所述的阵列式迁移管的优点，实现研究目的，更加清楚的了解某一参数对迁移率的影响，消除干扰因素的影响，使得研究更加科学可靠。

附图说明

图1为双通道阵列式离子迁移管结构示意图；

图2为三通道阵列式离子迁移管结构示意图；

图3为相同条件下两通道RIP峰的峰位图；

图4为气压不同时，双通道RIP峰的峰位图；

图5为添加掺杂剂时，双通道RIP峰的峰位图

具体实施方式

实施例1

本发明的阵列式离子迁移管二维阵列的示意图如图1所示。

一种阵列式离子迁移管，从左至右沿一轴线依次包括电离源区2、反应区3、离子门4、漂移区5、栅网6、法拉第盘7；

所述漂移区5是由绝缘环和电极环8同轴交替叠加构成的筒状空间结构；沿筒状空间结构的轴线方向，于漂移区5的一端依次设置有离子门4和相互平行的二个电离源区2，在离子门4与电离源区2之间设置有由绝缘环和电极环，绝缘环和电极环内部的筒状空间结构作为反应区3；在靠近离子门4的反应区3的绝缘环上设置有出气口；在电离源区2上设置有载气入口1；

于漂移区5的另一侧依次设置有栅网6和二个法拉第盘7，法拉第盘7与电离源区2沿漂移区5的筒状空间结构的轴线方向一一对应，形成二个迁移管检测通道；于法拉第盘7的外侧设置有法拉第盘屏蔽筒，在法拉第盘屏蔽筒漂气入口9。

电离源区2为一端开口的筒状结构，反应区3处于电离源区2的开口端；所述反应区3是由绝缘环和电极环8同轴交替叠加构成的筒状空间结构。

构成漂移区5的电极环8通过绝缘环按等间距均匀排布设置；且由同一个高压电源给漂移区5的电极环8供电，以保证各个检测通道的电场是完全相同的

所述当电离源区2采用脉冲电离源时可以不使用离子门4；沿漂移区5的筒状空间结构的轴线方向，从所述离子门4至每个法拉第盘7之间分别设置有一个绝缘套筒，那么每个绝缘套筒的内腔即为漂移区5，且相互平行的二个绝缘套筒的直径和长度完全相同，以实现一致性的检测。

测量时，自电离源至法拉第盘，中间经电极环均匀分压，建立起电场，离子门上接入脉冲电压(典型的脉冲为脉宽0.2ms、周期40ms的脉冲)，法拉第盘经导线连接入放大器。自尾端进气口9入经过过滤干燥净化的漂气，自载气入口1入载气。气体自中间的出气口10。(也可以自图1中的出气口通入载气，而自载气入口流出气体)样品由载气携带进入，依次经过电离源区，电离反应区，待测样品被电离，然后在轴向电场的推动下，由离子门以一定的周期将离子注入漂移区进行分离检测。测量不同离子到达法拉第盘的时间，进而求得迁移率，依次可以进行物质的定性检测。

二维阵列式迁移管的一致性检测：如图3所示的为两通道在相同的条件包括温度(室温25℃)，湿度912ppm(压缩空气经硅胶过滤)，漂气流量均为1000ml/min，载气流量为500ml/min，电场强度为250V/cm时的RIP峰(试剂离子峰，为空气被电离产生的离子峰)图。分析显示，两峰的峰位相差仅为±0.02ms，在仪器误差的最小分度范围内，可以说，两峰重合性非常好。

如图4所示的为两通道中条件同上时，仅压力不同造成的两峰位置不同，试验证明，压力对于迁移谱仪谱峰位置影响极为显著。

二维阵列式迁移管掺杂剂应用检测：

如图5所示的为一通道添加掺杂剂二氯甲烷(负离子模式下)，另一路仍用压缩空气，条件同实施例1中所示时的RIP峰位图。分析显示，两峰位置明显不同，说明RIP峰成分已经发生变化，1仍为空气离子峰，2显示的是二氯甲烷的离子峰。由于试剂离子发生了变化，其电离物质的能力也发生了变化，进而提高了选择性，使电离能较高的物质不再被电离，从而掩盖了其干扰。

实施例2

一种阵列式离子迁移管，从左至右沿一轴线依次包括电离源区、反应区、离子门、漂移区、栅网、法拉第盘，与实施例1不同之处在于，所述电离源区和法拉第盘分别为三个，三个电离源区或法拉第盘分别相互平行的，且电离源区和法拉第盘于迁移管的轴线二端分别一一对应，形成三个或二个以上的迁移管检测通道。

Claims (7)

1.一种阵列式离子迁移管，从左至右沿一轴线依次包括电离源区(2)、反应区(3)、离子门(4)、漂移区(5)、栅网(6)、法拉第盘(7)，其特征在于：所述电离源区(2)和法拉第盘(7)分别为二个或二个以上的，二个或二个以上的电离源区(2)或法拉第盘(7)分别相互平行的，且电离源区(2)和法拉第盘(7)于迁移管的轴线二端分别一一对应，形成二个或二个以上的迁移管检测通道；

所述漂移区(5)是由绝缘环和电极环(8)同轴交替叠加构成的筒状空间结构；沿筒状空间结构的轴线方向，于漂移区(5)的一端依次设置有离子门(4)和相互平行的二个或二个以上的电离源区(2)，在离子门(4)与电离源区(2)之间设置有绝缘环和电极环，绝缘环和电极环内部的筒状空间结构作为反应区(3)；

在靠近离子门(4)的反应区(3)上设置有载气入口或出气口(10)；在电离源区(2)设置有出气口或载气入口(1)；

于漂移区(5)的另一侧依次设置有栅网(6)和二个或二个以上的法拉第盘(7)，法拉第盘(7)与电离源区(2)沿漂移区(5)的筒状空间结构的轴线方向一一对应，形成二个或二个以上的迁移管检测通道；

于法拉第盘(7)的外侧设置有法拉第盘屏蔽筒，在法拉第盘屏蔽筒上设置有漂气入口(9)。

2.如权利要求1所述的迁移管，其特征在于：电离源区(2)为至少一端开口的筒状结构，反应区(3)处于电离源区(2)的开口端。

3.如权利要求1所述的迁移管，其特征在于：所述反应区(3)是由绝缘环和电极环(8)同轴交替叠加构成的筒状空间结构。

4.如权利要求1所述的迁移管，其特征在于：构成漂移区(5)的电极环(8)通过绝缘环按等间距均匀排布设置。

5.如权利要求1所述的迁移管，其特征在于：当所述电离源区(2)采用脉冲电离源时可以不使用离子门(4)。

6.如权利要求1所述的迁移管，其特征在于：沿漂移区(5)的筒状空间结构的轴线方向，从所述离子门(4)至每个法拉第盘(7)之间分别设置有一个绝缘套筒，那么每个绝缘套筒的内腔即为漂移区(5)，且相互平行的绝缘套筒的直径和长度完全相同，以实现一致性的检测。

7.如权利要求1所述的迁移管，其特征在于：所述迁移管是由同一个高压电源给漂移区(5)的电极环(8)供电，以保证各个检测通道的电场是完全相同的。

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