CN102592916B - 一种离子迁移谱设备中紫外灯的装配方法以及离子迁移谱设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子迁移谱设备中紫外灯的装配方法以及离子迁移谱设备，本发明采用水平顶装紫外灯的安装方法，可以保持电离区的完整，保证了离子在该区域通过时运动方向不会发生偏移，从而大大提高了离子进入迁移区的效率，提高仪器探测灵敏度。

Description

一种离子迁移谱设备中紫外灯的装配方法以及离子迁移谱设备
技术领域
本发明涉及一种离子迁移谱技术，具体涉及一种用于无源离子管的水平顶装紫外灯装配方法以及采用这种装配方法的离子迁移谱设备。
背景技术
离子迁移谱(IMS)是基于气相中不同的气相离子在电场中迁移速度的差异来对化学离子物质进行表征的一项分析技术。其原理简单，可以为用户提供快捷便利的分析手段，其仪器可制成便携式并具有可靠性高、成本低廉的优势。用传统的IMS技术进行分析测量时，是将一束离子引入一个电压梯度场即电场中，离子群在环境气压下通过电场中的气体时获得一个恒定的速度，称之为迁移速率。不同的样品分子具有不同的迁移速率，通过计算离子群从离子栅门迁移到收集级这段距离所需要的迁移时间，就可以区分不同的离子。
可使用光能量在10.6eV的紫外线光致电离灯，对采样物进行电离的方法，替代现有产品中使用的具有放射性的同位素Ni63，以用于离子迁移爆炸物谱痕量检测。
光致电离灯(PID lamp)，是一种常见的单光子发射源。其前端为氟化镁材料，灯内抽成真空，然后充以不同的惰性气体，通过射频或直流高压激发，可以得到发光能量在8eV-12eV(约150nm-110nm)的紫外光线(大部分有机物的电离能在12eV以内)。电离能低于该能量的原子即可以被该紫外光线电离。换言之，当光子的能量hv等于或大于原子电离能Ee时，就产生光致电离。满足条件hv＝Ee的频率称为阈频率ve，由电离条件可以算出各种原子和分子的阈频率和相应的阈波长λe。比如铯原子的电离能最低(约3.9eV)，其阈波长为318.4nm。
光致电离灯与激光电离是一种常用在空气环境中的电离的方式。激光还能作为一种在电离前蒸发固体样品的方式。光致电离灯通过激发填充气体释放光子，目前市售的光致电离灯的能量有8.4、9.5、10.6、11.8。正离子的产生见公式1，其中hυ为光子的能量，M为某中性分子。
hυ+M→M++e-    (1)
通常有机物的电离能量在7-10eV之间，M+离子通常为芳香烃类物质。空气中离子的准确形成方式极为复杂，比如说酮类物质在真空紫外电离时产生的是MH+离子，而非M+离子。这是由于空气中的某种介质参与了反应。在光电离反应中并不能直接产生负离子，而是通过与公式中的多余电子产生反应而形成的。
使用光致电离灯最大的好处在于通过选择不同能量的灯达到选择性电离的效果。
由于紫外光致电离灯的使用寿命约为3000小时，在日常使用中不能采取常亮的工作模式，同时因为直流高压驱动的紫外光致电离灯点亮时间较长，约需时2秒，点亮时间过长将影响单次分析时间并在很大程度上降低系统灵敏度。因此在选型时特别选取了射频驱动的紫外光致电离灯。该种灯的点亮时间仅需100ms，这样不影响整体检测效果。
如图1所示，现有的采用紫外灯作为电离源的离子迁移谱设备，均采用垂直安装的方式将紫外灯10与离子管成90度角，垂直安置于离子管电离区。由于紫外灯10采用垂直顶装，进样装置20安装于水平前端。
采用该方法的最大缺陷在于，在电离区必须留出紫外灯的出光端面的安置位置，而电离区是一个封闭的电场，该封闭电场一旦被破坏将极大的影响离子进入迁移区的效率。
发明内容
本发明针对离子迁移谱设备中紫外灯采用垂直安装方式所存在的问题，而提供一种离子迁移谱设备中紫外灯的装配方法，其采用水平顶装紫外灯的安装方法，可以有效解决垂直安装方式所存在的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种离子迁移谱设备中紫外灯的装配方法，所述紫外灯水平安置于离子管的电离区域中前端，且在紫外窗口前留一条电离通道。
在本发明的优选实例中，所述电离通道的宽度为4mm。
在本发明的另一优选实例中，将离子迁移谱设备中的进样装置安置于电离区域下端。
在上述方案的基础上，本发明还提供一种采用水平顶装紫外灯的离子迁移谱设备，该设备包括紫外光电离灯、固定支架、离子管、预置放大器、进样装置、所述离子管中设有离子管门栅，在其末端设有法拉第盘，所述法拉第盘与预置放大器通信相接，所述紫外光电离灯水平置于离子管的前端，并位于离子管的门栅前，同时在紫外窗口与门栅之间预留电离通道形成相应的电离区；所述紫外光电离灯通过固定支架与离子管相接。
进一步的，所述电离通道的宽度为4mm。
进一步的，所述进样装置位于离子管的电离区下方并通过导管与电离区导通。
进一步的，所述紫外光电离灯采用射频激发的工作方式，光子能量为10.6eV，波长为116.5nm，窗口材料为氟化镁，填充气体为氪气。
进一步的，所述离子管为无源离子管。
根据上述方案得到的本发明采用水平顶装紫外灯的安装方法，可以保持电离区的完整，保证了离子在该区域通过时运动方向不会发生偏移，从而大大提高了离子进入迁移区的效率，提高仪器探测灵敏度。
再者，在本发明中进样装置安装于电离区下端，样品由下而上进样。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为现有离子迁移谱设备中紫外灯的装配示意图。
图2为本发明离子迁移谱设备中紫外灯的装配示意图。
图3为利用本发明采用水平顶装结构对1*10-8克TNT进行试验的波形图。
图4为采用90°垂直安置结构对1*10-8克TNT进行试验的波形图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图2，本发明对紫外灯采用水平顶装的安装方法，并以此保持电离区的完整，保证了离子在该区域通过时运动方向不会发生偏移，从而大大提高了离子进入迁移区的效率，提高仪器探测灵敏度。另外，将进样装置安装于电离区下端，样品由下而上进样。
基于上述原理，本发明提供的离子迁移谱设备采用水平顶装紫外灯，该设备包括紫外光电离灯1、固定支架2、离子管9、进样装置3、预置放大器5。
离子管9为无源离子管，其前端设置有离子管门栅7，在末端设置有法拉第盘6，在离子管门栅7和法拉第盘6之间具有迁移区4，同时法拉第盘6与预置放大器5之间进行通信相接，预置放大器5与后端信号处理单元相接。
其中紫外光电离灯1水平置于离子管9的前端，并通过固定支架2与离子管9相接，同时使得光致电离灯1位于离子管门栅7前，且在紫外窗口前，即紫外窗口与门栅7之间，预留4mm宽的电离通道8形成相应的电离区8。
在本发明中进样装置3设置于电离区8的下方，其通过相应的导管与电离区8连通。
基于上述方案，本发明的具体实施如下：
在本发明的实例中，紫外光电离灯1采用射频激发的工作方式，光子能量为10.6eV，波长为116.5nm，窗口材料为氟化镁，填充气体为氪气。
由于该波长的紫外线在空气中的衰减严重，因此将紫外光电离灯1水平插入离子管电离区并封闭该区域时，仅在紫外窗口前留一条4mm宽的电离通道8，这样能尽可能的减小紫外在空气中的衰减。整个电场相对封闭，未受到破坏。
进样装置3的进样方式采用底部加热进样，使用时通过加热丝加热至200℃，利用热空气上升的原理，将样品蒸汽充分的送入电离区8。
其余部件的设置与上述相同，此处不加以赘述。
由此形成的离子迁移谱设备工作时，当样品分子进入进样装置3之后，进样装置3通过加热丝加热至200℃，使得样品分子在高温下发生气化，成为样品蒸汽通过导管进入电离区8。
在电离区8中由于光致电离灯的作用形成离子群，离子群在电场作用下，将通过门栅7在迁移区4内发生迁移，最终由离子管末端法拉第盘6收集信号，信号再经预置放大器5放大后，送达后端进行处理，以确定离子群从门栅到法拉第盘的迁移时间，从而判断离子种类。
在实际的实验中，本发明可以大大提高了离子进入迁移区的效率，从而提高仪器探测灵敏度。例如在对1*10-8克TNT进行试验中，图3所示为采用本发明水平顶装结构对1*10-8克TNT进行试验的波形图，图4所示为采用现有90°垂直安置结构对1*10-8克TNT进行试验的波形图。通过比较得出，采用水平顶装结构较采用90°垂直安置结构可以提高1个数量级的灵敏度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种离子迁移谱设备，该设备包括紫外光电离灯、固定支架、离子管、预置放大器、进样装置、所述离子管中设有离子管门栅，在其末端设有法拉第盘，所述法拉第盘与预置放大器通信相接，其特征在于，所述紫外光电离灯水平密封插入在离子管电离区中，并位于离子管的门栅前，同时在紫外窗口与门栅之间预留电离通道形成相应的电离区，以此保持电离区的完整，减小紫外在空气中的衰减；所述紫外光电离灯通过固定支架与离子管相接；所述进样装置位于离子管的电离区下方并通过导管与电离区导通，使用时通过加热丝加热，利用热空气上升的原理，将样品蒸汽充分的送入电离区；
由此当样品分子进入进样装置之后，进样装置通过加热丝加热至200℃，使得样品分子在高温下发生气化，成为样品蒸汽通过导管进入电离区；
在电离区中由于光致电离灯的作用形成离子群，离子群在电场作用下，将通过门栅在迁移区内发生迁移，最终由离子管末端法拉第盘收集信号，信号再经预置放大器放大后，送达后端进行处理，以确定离子群从门栅到法拉第盘的迁移时间，从而判断离子种类；
所述紫外灯水平顶装的插入离子管电离区中并封闭该区域，仅在紫外灯的紫外窗口前与离子管门栅之间留一条电离通道，以此保持电离区的完整，保证了离子在该区域通过时运动方向不会发生偏移；同时将离子迁移谱设备中的进样装置安置于电离区域下端，样品由下而上进样。
2.根据权利要求1所述的一种离子迁移谱设备，其特征在于，所述电离通道的宽度为4mm。
3.根据权利要求1所述的一种离子迁移谱设备，其特征在于，所述紫外光电离灯采用射频激发的工作方式，光子能量为10.6eV，波长为116.5nm，窗口材料为氟化镁，填充气体为氪气。
4.根据权利要求1所述的一种离子迁移谱设备，其特征在于，所述离子管为无源离子管。
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