CN101752177B - 一种组合式高场非对称波形离子迁移管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式高场非对称波形离子迁移管，包括离子源和法拉第盘，在离子源的一端设置有气体入口，另一端设置有二个或二个以上的地电极套筒，在地电极套筒中部的轴线位置处设置有高压非对称场电极，且至少一个地电极套筒内部的高压非对称场电极为正高压非对称场电极、至少一个地电极套筒内部的高压非对称场电极为负高压非对称场电极；在地电极套筒上设置有气体出口，气体出口和气体入口分别位于地电极套筒的左右二侧，在气体出口处设置有法拉第盘。本发明可以同时提供正、负离子两个系列的检测通道，实现双极性检测通道的集成化应用，提高高场非对称波形离子迁移谱的检测范围和准确性，同时缩短检测时间。

Description

一种组合式高场非对称波形离子迁移管

技术领域

本发明涉及离子迁移谱，具体地说是一种新型组合式高场非对称波形离子迁移管设计制作技术，该组合式高场非对称波形离子迁移管的检测通道采用结构上的一体化设计，具有一体化的气体入口、离子源、迁移区、高压非对称场电极、法拉第盘、气体出口等，实现了不同极性离子同时检测，提高了仪器检测的应用范围，并缩短了检测时间，尤其对于未知样品或亲电子性与亲质子性混合体系的检测。 

背景技术

高场非对称波形离子迁移谱是基于传统离子迁移谱技术不断发展起来的一门物质分析检测技术，首次公开报道是在1993年，由前苏联Buryakov等提出。它是基于离子在高场(E/N＞40Td，1Td＝10^-17Vcm²)、低场(E/N＜2Td)中离子迁移率变化来实现不同物质的检测。 

离子的迁移率可以表示为： 

K＝K₀(1+α) 

其中，K为高场下离子的迁移率，K₀为低场下离子的迁移率，为高场下离子迁移率相对于低场下的变化率，其值可正可负，因物质而异。低场下α＝0。 

非对称场离子迁移谱的原理如下：以载气使物质离子垂直于电场方向通过漂移区，漂移区施加以射频正负切换的非对称场，整个射频周期内，电压的时间平均值为零。这样，在高低场区段内，离子以迁移率K沿电场都有一垂直位移，但是，若高场与低场下的迁移率不同，在一个周期内离子总体上将在垂直于方向上离开原来的位置，产生一个净位移。经过一定时间的积累，离子的这种位移将使其打到极板上而被中和。为了使这种离子顺利通过检测区，可以在原来的电场上叠加一直流电场，当所加直流电场适当时，离子在垂直方向上的净位移为零，进而可以顺利通过检测通道被检测到。通过扫描上述的直流电场，就可以检测不同的离子。 

高场非对称波形离子迁移谱技术具有检测灵敏度高，设备简单，体积小，便于携带，检测成本低等优点，越来越受到人们的重视。目前，它可以被应用爆炸物的监测，毒品稽查，生化战剂的检测等许多领域。目前，文献和专利报道的高场非对称波形离子迁移谱仅仅实现了单一极性(亲电子性或亲质子性)离子的检测。 

本发明提供了一种组合式高场非对称波形离子迁移谱，可以通过组合式设计满足上述需要的一种新型检测仪器。 

发明内容

本发明目的是提供一种多通道组合式高场非对称波形离子迁移管，本发明迁移管的离子迁移分离和检测检测通道采用结构上的一体化设计，实现了双通道或多通道同时检测，减少误报率，提高了仪器检测的准确性和应用范围。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为： 

一种组合式高场非对称波形离子迁移管，包括离子源和法拉第盘，在离子源的一端设置有气体入口，另一端设置有二个或二个以上的地电极套筒，在地电极套筒中部的轴线位置处设置有高压非对称场电极，且至少一个地电极套筒内部的高压非对称场电极为正高压非对称场电极、至少一个地电极套筒内部的高压非对称场电极为负高压非对称场电极；在地电极套筒上设置有气体出口，气体出口和气体入口分别位于地电极套筒的左 右二侧，在气体出口处设置有法拉第盘。 

所述地电极套筒通过导线与大地相连，正高压非对称场电极通过导线与正高压电源相连，负高压非对称场电极通过导线与负高压电源相连。 

所述二个或二个以上的地电极套筒的相对位置可以任意设置，形成双管或多管的并列式结构、串联式结构或以离子源为中心的辐射式结构。 

本发明组合式高场非对称波形迁移管形成的双检测通道采用结构上一体化设计，具有组合式一体化的气体入口、离子源、迁移区、高压非对称场电极、法拉第盘、气体出口等部件，实现了双检测通道的同时检测。组合式高场非对称波形迁移管可以采用相同的离子注入方式，不同极性离子的分离以及离子收集方式。在本发明的某一个或几个电极套筒内可同时或分别添加一种或几种掺杂剂，或采用不同载气，可以大大提高检测能力。 

本发明的优点是： 

1.设计实现了结构紧凑的组合式高场非对称波形离子迁移谱。 

2.实现了双通道检测正、负极性的离子，可以同时检测亲电子性和亲质子性物质， 

不仅扩大了检测范围，而且提高了检测的效率。 

3.本发明，结构简单、加工方便，易于批量化生产； 

总之，本发明可以同时提供正、负离子两个系列的检测通道，实现双极性检测通道的集成化应用，提高高场非对称波形离子迁移谱的检测范围和准确性，同时缩短检测时间。该装置的特征在于传统式单一结构的组合设计，由组合化的气体入口、离子源、迁移区、非对称场电极、法拉第盘、气体出口等部分构成。该新型的高场非对称波形离子迁移谱可以减少温度、环境、漂气等参数的影响，尤其适用于较高空气湿度的环境，从而实现对待测物的高灵敏度和高稳定性。 

附图说明

图1为并联式高场非对称波形离子迁移谱的原理图； 

图2为串联式高场非对称波形离子迁移谱的原理图。 

具体实施方式

本发明的组合式高场非对称波形离子迁移谱的示意图如图1、2所示。 

一种新型的组合式高场非对称波形离子迁移谱，其双通道检测结构上采用一体化设计，具体为，所述组合式高场非对称波形离子迁移谱由以下部件构成：气体入口3、离子源1、高压非对称场电极、法拉第盘6、气体出口等，实现了双检测通道的同时检测； 

在离子源1的一端设置有气体入口3，另一端设置有二个地电极套筒2，在地电极套筒2中部的轴线位置处设置有高压非对称场电极，且一个地电极套筒2内部的高压非对称场电极为正高压非对称场电极4、一个地电极套筒2内部的高压非对称场电极为负高压非对称场电极5；在地电极套筒2的内部形成一迁移区7； 

在地电极套筒2上设置有气体出口，气体出口和气体入口分别位于地电极套筒2的左右二侧，在气体出口处设置有法拉第盘6；其中地电极套筒2、高压非对称场电极、法拉第盘的尺寸特征分别完全相同。 

所述地电极套筒2通过导线与大地相连，正高压非对称场电极4通过导线与正高压电源(正高压电源由一射频电压源和一补偿直流电压源共同组成)相连，负高压非对称场电极5通过导线与负高压电源(负高压电源由一射频电压源和一补偿直流电压源共同组成)相连。 

如图1所示，二个地电极套筒2的相对位置采用并列式结构；如图2所示，二个地电极套筒2的相对位置采用串联式结构。 

本发明装置的高压电极为4～8mm的不锈钢圆柱，地电极为内径为6-10mm的不锈钢圆筒，电极间距为0.5～2mm，迁移区总体长度为几厘米到十几厘米。 

测量时，样品在离子源1处被离子化，然后在载气携带作用下进入迁移区7；迁移区7内高压非对称场电极上面被施加一非对称射频电压和一补偿直流电压，这样在该电极与周围地电极之间形成一变化电场，在不同补偿电压下仅仅符合特定条件的离子才能通过迁移区被法拉第盘收集，其它离子将在器壁及电极表面复合掉；不同补偿电压与不同离子相对应，从而实现不同物质的检测。同时，残余气体经气体出口排出。 

Claims (3)

1.一种组合式高场非对称波形离子迁移管，包括离子源(1)和法拉第盘(6)，其特征在于：在离子源(1)的一端设置有气体入口(3)，另一端设置有二个或二个以上的地电极套筒(2)，在地电极套筒(2)中部的轴线位置处设置有高压非对称场电极，且至少一个地电极套筒(2)内部的高压非对称场电极为正高压非对称场电极(4)、至少一个地电极套筒(2)内部的高压非对称场电极为负高压非对称场电极(5)；

在地电极套筒(2)上设置有气体出口(8)，气体出口(8)和气体入口(3)分别位于地电极套筒(2)的左右二侧，在气体出口(8)处设置有法拉第盘(6)。

2.如权利要求1所述离子迁移管，其特征在于：所述地电极套筒(2)通过导线与大地相连，正高压非对称场电极(4)通过导线与正高压电源相连，负高压非对称场电极(5)通过导线与负高压电源相连。

3.如权利要求1所述离子迁移管，其特征在于：所述二个或二个以上的地电极套筒(2)的相对位置可以任意设置，形成双管或多管的并列式结构、串联式结构或以离子源(1)为中心的辐射式结构。

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