CN102478545A - 一种平板式差分式离子迁移谱 - Google Patents

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李海洋
韩丰磊
杜永斋
王卫国
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Abstract

本发明公开了一种平板式差分式离子迁移谱，包括成对平行设置的上极板和下极板，沿样品气的流动方向，所述上极板分为二部分，靠近样品气进口端的为差分板，远离样品气进口端的为偏移板，差分板与射频电源和补偿电源相连，于差分板上施加以一个射频电压和一个直流扫描电压；偏移板与偏置电源相连，于偏移板上施加一个可调的恒定直流电压；下极板接地，并于远离样品气进口端的下极板上设有离子接收口；离子接收口下方设置有离子检测器。本发明是一种有效的进行检测和带电纳米气溶胶粒子的检测仪器。既可以有选择性的检测，又可以进行连续扫描检测。

Description

一种平板式差分式离子迁移谱
技术领域
本发明涉及一种样品分析装置，具体地说是一种平板式差分式离子迁移谱，可以为多种气体样品以及带电纳米气溶胶粒子提供一种高效快速的检测方法。
背景技术
大气化学分析方法一直是被人类所广泛关注的研究课题。人类将大量的人力物力投入到研究具有灵敏度高、设备简单的分析仪器，来检测毒品、兴奋剂、麻醉剂以及爆炸物。目前在军事，公共安全等各个领域有大量的对于好的检测仪器的需求。本发明就是在此需求基础上提出的。
差分式离子分析仪的工作原理是：样品由载气载带进入，然后被电离的样品离子进入差分区。差分区一般为两块平行的平板或是同轴的圆筒结构。在其中的一块平板上加上非对称波形的射频电场，另一块接地。在差分区内离子除了在气流方向运动外，还在高频电场的作用下会在与载气方向垂直的方向上做上下震荡的运动。由于在高低场离子的迁移率不同，在高频电场的每个周期，离子都会在垂直方向上产生一个位移δy。经过多个周期后离子就会打到极板上而湮灭掉。如果在高频电场上施加一匹配的补偿电压，使离子在y方向的总位移s小于其初始位置到极板的距离，从而使离子能够通过差分区，到达偏移区。通过在一定范围内对补偿电压进行扫描，就可以使得不同的样品离子在特定补偿电压下通过差分区区，而后进入偏移去。这样得到的迁移谱图用标准物质表征后就可以用作样品的鉴定。在偏移区一极板上加一直流电场，离子在电场和流场的共同左右下会发生偏移。偏移电场进行扫描，不同迁移率的离子可以通过通道进入检测区被检测到。
现有的离子分析仪灵敏度不够，很大一方面原因是进气流量不够。而流量加大又面临着分辨率很难提高的问题。本发明可以解决这一难题。在大进样量的同时保持相对高的分辨率。
发明内容
本发明的目的是提供一种串联的差分式离子分析仪；其可以实现对气体样品以及带电的纳米气溶胶粒子进行分析，能够高效快速的进行现场检测分析；
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种平板式差分式离子迁移谱，包括成对平行设置的上极板和下极板，
沿样品气的流动方向，所述上极板分为二部分，靠近样品气进口端的为差分板，远离样品气进口端的为偏移板，
差分板与射频电源和补偿电源相连，于差分板上施加以一个射频电压和一个直流扫描电压；
偏移板与偏置电源相连，于偏移板上施加一个可调的恒定直流电压；
下极板接地，并于远离样品气进口端的下极板上设有离子接收口；
离子接收口下方设置有离子检测器。
射频电场波形为非对称结构，在周期内积分和为零；补偿电场为直流线性变化的直流电场；离子检测器采用的为法拉第杯；
差分板与偏移板处于同一平面上，它们之间相互绝缘。
进行样品分析时，配气系统载气载带样品经过电离源电离后进入分离区。分离区由两部分组成差分区和偏移区。第一部分由上下两平板组成，在一平板上加一射频场电压和一补偿电压。射频场电源波形需满足非对称且积分面积为零。由于离子在高场条件下迁移率变大，因此在一个时间周期内离子运动会偏向某一电极。在合适的补偿电压的作用下，这个偏离可以被抵消掉，从而使需要检测的离子穿过差分区进入偏移区。在偏移区一极板上加一直流电场，离子在电场和流场的共同左右下会发生偏移。偏移电场进行扫描，不同迁移率的离子可以通过通道进入检测区被检测到。本发明是一种有效的进行离子和带电纳米气溶胶粒子的检测仪器。既可以有选择性的检测，又可以进行连续扫描检测。
本发明的结构简单，易于拆卸。对离子和带点气溶胶粒子的采集效率高，因此具有很高的灵敏度。能够高效快速的进行现场检测分析。可以为多种气体样品以及带电纳米气溶胶粒子提供一种高效快速的检测方法。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；图中1为差分板，2为偏移板，(3)为下极板，(4)为离子检测器，(5)为射频电源，(6)为补偿电源，(7)为偏置电源。
具体实施方式
请参阅图1所示。
结构为沿样品气的流动方向，所述上极板分为二部分，靠近样品气进口端的为差分板1，远离样品气进口端的为偏移板2。差分板1与偏移板2处于同一平面上，它们之间相互绝缘。差分板1与射频电源5和补偿电源6相连，于差分板1上施加以一个射频电压和一个直流扫描电压；偏移板2与偏置电源7相连，于偏移板上施加一个可调的恒定直流电压；下极板3接地，并于远离样品气进口端的下极板3上设有离子接收口；离子接收口下方设置有离子检测器4。
上极板和下极板间形成一离子分离区，分离区由差分区8和偏移区9两部分串联组成；差分区和偏移区均为平板结构。射频电源和补偿电源主要用来给差分区供电，偏置电源给偏移区提供电源。信号处理系统10(在此为电脑)。
进行样品分析时，样品由载气载带进入，然后被电离的样品离子进入差分区。差分区一般为两块平行的平板结构。在其中的一块平板上加上非对称波形的射频电场，另一块接地。在差分区内离子除了在气流方向运动外，还在高频电场的作用下会在与载气方向垂直的方向上做上下震荡的运动。由于在高低场离子的迁移率不同，在高频电场的每个周期，离子都会在垂直方向上产生一个位移δy。经过多个周期后离子就会打到极板上而湮灭掉(如图1中离子a)。如果在高频电场上施加一匹配的补偿电压，使离子在y方向的总位移s小于其初始位置到极板的距离，从而使离子能够通过差分区，到达偏移区(图1中离子b)。通过在一定范围内对补偿电压进行扫描，就可以使得不同的样品离子在特定补偿电压下通过差分区区，而后进入偏移区。这样得到的迁移谱图用标准物质表征后就可以用作样品的鉴定。在偏移区一极板上加一直流电场，离子在电场和流场的共同左右下会发生偏移。偏移电场进行扫描，不同迁移率的离子可以通过通道进入检测区被检测到(图1中离子d)。本发明是一种有效的进行检测和带电纳米气溶胶粒子的检测仪器。既可以有选择性的检测，又可以进行连续扫描检测。

Claims (4)

1.一种平板式差分式离子迁移谱，包括成对平行设置的上极板和下极板，其特征在于：
沿样品气的流动方向，所述上极板分为二部分，靠近样品气进口端的为差分板(1)，远离样品气进口端的为偏移板(2)，
差分板与射频电源(5)和补偿电源(6)相连，于差分板上施加以一个射频电压和一个直流扫描电压；
偏移板与偏置电源(7)相连，于偏移板上施加一个可调的恒定直流电压；
下极板(3)接地，并于远离样品气进口端的下极板上设有离子接收口；
离子接收口下方设置有离子检测器(4)。
2.如权利要求1所述离子迁移谱，其特征在于：
射频电场波形为非对称结构，在周期内积分和为零；补偿电场为直流线性变化的直流电场。
3.如权利要求1所述离子迁移谱，其特征在于：
离子检测器(4)采用的为法拉第杯结构。
4.如权利要求1所述离子迁移谱，其特征在于：差分板(1)与偏移板(2)处于同一平面上，它们之间相互绝缘。
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