CN104538278B - 一种离子迁移发生装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子迁移发生装置及其控制方法，它包括离子发生引出单元、电场电位梯度发生单元、离子信息采集单元和电路控制系统；其中，离子发生引出单元包括离子发生模块、气路模块、离子引出模块、离子控制门模块；电场电位梯度发生单元由多个电场环片和多个绝缘环体组成；离子信息采集单元包括离子流接收器、离子流接收器绝缘体、离子流接收器屏蔽杯和离子流片；在电路控制系统的作用下，离子发生引出单元将样品气体以离子的形式激发后进入电场电位梯度发生单元，由于不同离子在电场中的飞行时间不同(运动速度不同)，所以将此信息采集后形成谱图，就可以分析出待检测物质。本发明可以作为物质检测仪器应用于精密分析领域中。

Description

一种离子迁移发生装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种离子迁移发生装置及其控制方法，在与电路控制系统相互配合下，将样品气体电离成离子形式后进入电场中运动，由于不同离子在电场中的运动速度不同(飞行时间不同)，所以将此信息采集后形成谱图，就可以分析出待检测物质。本发明可以作为物质检测仪器应用于精密分析领域中。

背景技术

微量低浓度挥发性有机化合物，如爆炸物、毒品、化学战试剂及其它相关公共安全领域的现场快速检测，越来越重要。离子检测是实现上述物质检测的良好手段，目前具备离子检测性能的仪器，一般都采用质谱仪，需要配备庞大的装置，现场快速检测十分不便。因此，提供一种体积小、灵敏度高、效率高，并可以现场快速检测低浓度挥发性有机化合物的离子迁移发生装置，势在必行。

发明内容

离子检测一般需要以下三个过程：首先，需要离子发生和引出过程，就是要将待检测的物质转化成离子形式；其次，就是转化后的离子流要在一恒定的电场里运动，因为不同物质的离子在电场中运动的速度不同；如果电场的长度一定，那么就可以得到离子流在电场中的运动时间；最后，由微处理器采集离子运动时间后绘制成谱图，就可以得知待检测的物质。

能够转移一个电子和电离一个化合物的能量叫电离能，用电子伏特作为计量单位，电离能越高则气体结合能越高。假设被测组分为AB，那么它吸收光子(hv)后直接电离成正离子，放出电子，即AB+hv—AB⁺+e。在电场作用下，电子e和正离子AB⁺分别向正、负极流动，形成微电流。样品气体电离有很多种方式，本发明采用光离子化检测器(PID灯)，如10.6eV的真空紫外灯(UV)，在高压电场的作用下产生紫外光，紫外光发出一定波长的光子流，经窗口射入电离室，当气体分子的电离电位高于光能量，它不被电离。当电离电位等于或小于光能量的组分(AB)进入电离室，发生光电离。并且将其电离击碎成带正电的离子和带负电的电子，从而形成可被检测到微弱的离子电流。

电荷受到了电场力的作用后可以在电场中运动，电场力的大小可以由库仑定律计算得出。离子运动遵循库仑定律，离子(电荷)迁移(运动)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。离子流进入电位梯度场(即电场强度E，单位V/cm)中，就可以获得一恒定的速度(称之为迁移速度(或迁移速率)V_d,单位，cm/s)。离子的迁移速度V_d和电场强度E成正比，即V_d＝KE(离子迁移率系数K，单位cm²/V·S)。离子的迁移速度V_d＝KE说明离子的迁移速度和电场强度有关。若要获得恒定的离子迁移速度就应该有恒定的电场即匀强电场，而匀强电场E＝△U/d，△U为电荷两点间电位差，d为电荷沿两点间电力线距离。因为速度*时间＝距离，而离子流在电场中的运动时间可以测定，因此就可以得到离子流在电场中的运动谱图。

离子信息采集采用依据法拉第电磁感应原理制作的检测器，它可以收集弱电流信号。通过对弱电流信号的分析后形成谱图，可以得出待检测物质。

本发明所述离子发生引出单元包括离子发生模块、气路模块、离子引出模块、离子控制门模块；其中，离子发生模块含有一光离子化检测器(PID灯)，上面包覆有两片PID灯电极，高压电场由此引入；下部为PID灯窗口，在工作时发出一定波长的光子流。在离子发生模块的下部PID灯窗口处有一上电位网栅片，与PID灯窗口处硅胶密封圈紧密配合，并且与下部的气路模块(此处为上气路模块)连接，上气路模块中间与侧壁之间有一圆环空腔，气体由此进入，上气路模块中间为一通孔内腔，上电位网栅片在圆环空腔和通孔内腔上部与离子发生模块的下部紧密结合，上电位网栅片与圆环空腔之间为有网筋连接的圆环孔，进入气体由此进入并吹向PID灯窗口，然后由上电位网栅片中间吹出进入通孔内腔，上电位网栅片和上气路模块中间通孔内腔构成电离室，PID灯发出一定波长的光子流与通过上气路模块进入的气体在此处电离，此种电离室结构，可以使样品气体均匀到达PID灯窗口并且垂直于PID灯发出一定波长的光子流形成离子流，使样品气体检测充分；由上电位网栅片在PID灯窗口下部间隙配合，而且与电路控制系统中高电位连接，可以使离子流中的电子为零；因此不但防止了样品气体在PID灯窗口的表面积累，也可以使PID灯快速回零，就可以实现在多个样品之间快速多次检测。

电离室下部为离子引出模块，它的结构是三片电场环片中间安有两片绝缘环体，依据库仑定律，在三片电场环片上加以等值梯度电位，那么就在三片电场环片中间产生均匀电场。因此，电离室中的离子流就会沿着电场方向运动并且穿过离子引出模块继续下行。离子引出模块的下部为另一气路模块(此处为中气路模块)，它的结构与上气路模块的结构完全相同，此处是排气功能，多余气体由圆环空腔排出。

离子流在电场力的作用下穿过中气路模块的通孔内腔到达离子控制门模块。其中，离子控制门模块为三片中间镂空成线条状的金属环片(即离子门片)，上下两片结构完全相同并且短路连接，中间一片的线条与另两片位置错开，并且与上下两片之间有绝缘垫片。此时，在离子门片上加以等值梯度电位，那么就在三片离子门片之间产生均匀电场。因此，离子流就会沿着电场方向运动并且穿过离子控制门模块继续下行。如果在中间片施加低于上下两片的电位，那么，离子流就会流入中间离子门片，离子流沿着电场方向运动截止。所以，此处的三片离子门片相当于一个门来控制离子流的运动，具体开闭过程由电路控制系统实施。

本发明所述电场电位梯度发生单元采用金属环片作为电场环片，因为电场环片内电位相等，因此可以构成等电位面。采用结构相同的绝缘环体隔离电场环片，在两电场环片间施加等电位差△U，整体结构就可以产生均匀电场—匀强电场，采用确定数量的电场环片和绝缘环体组合，电场的长度就为一个定值，即电荷沿两点间电力线距离d为一个定值，那么，离子流在电场中的运动时间、速度就可以通过计算得出。

本发明所述离子信息采集单元采用台阶状金属圆柱作为离子流接收器，外壁用聚四氟乙烯作为离子流接收器绝缘体，然后再用金属套做外屏蔽杯，在接收器上部覆置一离子流片，采用金属网栅片结构以均衡离子流，使其均匀到达接收器端面并且可以减少感应电流，使信号更加准确。此种离子流检测器的构成形式，遵循法拉第电磁感应原理，它可以收集弱电流信号。

本发明所述电路控制系统控制整个离子迁移发生装置的工作过程，并通过微处理器对上述弱电流信号分析后形成待检测物质的谱图，可以得出待检测物质，达到对气体介质中的物质进行检测的目的。

本发明的有益效果是：该装置体积小，灵敏度高，效率高，可以现场快速检测低浓度挥发性有机化合物。该装置可以作为物质检测仪器应用于精密分析领域中。

附图说明

图1为本发明离子迁移发生装置的外部结构示意图。

图1a为本发明中PID灯壳的结构示意图。

图1b为本发明中PID灯的结构示意图。

图1c为本发明中PID灯左电极的结构示意图。

图1d为本发明中PID灯右电极的结构示意图。

图1e为本发明中硅胶密封圈的结构示意图。

图1f为本发明中上电位网栅片的结构示意图。

图1g为本发明中上气路模块的结构示意图。

图1h为本发明中上电场环片的结构示意图。

图1i为本发明中上绝缘环体的结构示意图。

图1j为本发明中中电场环片的结构示意图。

图1k为本发明中下绝缘环体的结构示意图。

图1l为本发明中下电场环片的结构示意图。

图1m为本发明中中气路模块的结构示意图。

图1n为本发明中上离子门片的结构示意图。

图1o为本发明中离子门上绝缘片的结构示意图。

图1p为本发明中中离子门片的结构示意图。

图1q为本发明中离子门下绝缘片的结构示意图。

图1r为本发明中下离子门片的结构示意图。

图1s为本发明中下离子门片绝缘环体的结构示意图。

图1a1为本发明中A电场环片的结构示意图。

图1a2为本发明中A绝缘环体的结构示意图。

图1b1为本发明中B电场环片的结构示意图。

图1b2为本发明中B绝缘环体的结构示意图。

图1c1为本发明中C电场环片的结构示意图。

图1c2为本发明中C绝缘环体的结构示意图。

图1d1为本发明中D电场环片的结构示意图。

图1d2为本发明中D绝缘环体的结构示意图。

图1e1为本发明中E电场环片的结构示意图。

图1e2为本发明中E绝缘环体的结构示意图。

图1f1为本发明中F电场环片的结构示意图。

图1f2为本发明中F绝缘环体的结构示意图。

图1g1为本发明中G电场环片的结构示意图。

图1g2为本发明中G绝缘环体的结构示意图。

图1h1为本发明中H电场环片的结构示意图。

图1h2为本发明中H绝缘环体的结构示意图。

图1i1为本发明中I电场环片的结构示意图。

图1i2为本发明中I绝缘环体的结构示意图。

图1j1为本发明中J电场环片的结构示意图。

图1j2为本发明中J绝缘环体的结构示意图。

图1k1为本发明中K电场环片的结构示意图。

图1k2为本发明中K绝缘环体的结构示意图。

图1l1为本发明中L电场环片的结构示意图。

图1l2为本发明中L绝缘环体的结构示意图。

图1m1为本发明中M电场环片的结构示意图。

图1m2为本发明中M绝缘环体的结构示意图。

图1n1为本发明中N电场环片的结构示意图。

图1n2为本发明中N绝缘环体的结构示意图。

图1o1为本发明中O电场环片的结构示意图。

图1o2为本发明中O绝缘环体的结构示意图。

图1p1为本发明中P电场环片的结构示意图。

图1p2为本发明中P绝缘环体的结构示意图。

图1q1为本发明中Q电场环片的结构示意图。

图1q2为本发明中Q绝缘环体的结构示意图。

图1r1为本发明中R电场环片的结构示意图。

图1r2为本发明中R绝缘环体的结构示意图。

图1ab1为本发明中离子流片的结构示意图。

图1ab2为本发明中下气路模块的结构示意图。

图1ab3为本发明中离子流接收器的结构示意图。

图1ab4为本发明中离子流接收器绝缘体的结构示意图。

图1ab5为本发明中离子流接收器屏蔽杯的结构示意图。

图2为本发明离子迁移发生装置的工作原理示意图。

图3为本发明离子迁移发生装置的控制电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

参见图1和图3，显示了本发明离子迁移发生装置和控制方法各单元的主要构成及其相互关联。首先叙述离子发生引出单元，其中，1为PID灯，它提供气体电离时需要的光子流。4为PID灯左电极，3为PID灯右电极，两电极通过PID灯壳2紧密覆盖在PID灯1上。如图1a、图1c、图1d所示，PID灯左电极引线端4-1从PID灯壳上的左引线孔2-3处引出；PID灯右电极引线端3-1从PID灯壳上的右引线孔2-2处引出。PID灯左电极引线端4-1与图3所示电路控制系统19中PID电极单元处的PID-A连接，PID灯右电极引线端3-1与电路控制系统19中PID电极单元处的PID-B连接，通过此处，电路控制系统19为PID灯1提供产生光子流的能量控制过程。光子流与样品气体接触后电离产生离子流。5为硅胶密封圈，由于PID灯1是玻璃结构，所以它可以起到缓冲减震的作用，另外还可以起到密封作用。6为上电位网栅片，参见图1f，其为一薄金属圆片结构，6-6为细网栅，6-5为网孔，6-3为网筋，6-4为环孔，6-1为基片，6-2为引线端，通过细网栅6-6、网筋6-3与基片6-1结合构成上电位网栅片6。细网栅6-6之间为等电位，可以提供均匀电场并且综合离子流中的电子使电子为零，网孔6-5可以使离子流均匀通过。参见图1e，硅胶密封圈5的实心体部分5-1处与基片6-1紧密结合。引线端6-2与电路控制系统19中离子室电场单元处的D1连接，通过此处，电路控制系统19为上电位网栅片与电路控制系统19中高电位连接提供高电位电场实现电路控制过程。7为上气路模块，参见图1g，基体71为聚四氟乙烯材料绝缘且耐高压，73为锁紧环上沿，与PID灯壳下沿21紧密配合；75为锁紧环下沿，74为进气口，与气路控制系统20连接，气路控制系统采用气泵和过滤系统，为实验室常规使用设备，在此不做叙述。76为引线端槽，上电位网栅片引线端62从此处通过。72为环出气口，对应于上电位网栅片环孔64，样品由此进入并吹向PID灯窗口，可以使样品气体均匀到达PID灯窗口，并且与PID灯发出一定波长的光子流垂直流通，使样品气体充分电离，然后离子流从中间通孔流出。此种电离室结构，不但防止了样品气体在PID灯窗口的表面积累，也可以使PID灯快速回零，就可以实现在多个样品之间快速多次检测。

依据库仑定律，离子将受电场力的作用并且沿着电场力的方向运动。离子引出模块含有三片电场环片，为离子流的运动提供电场力。8为上电场环片，参见图1h，81为电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。82为引线端，与电路控制系统19中离子室电场单元处的D2连接，通过此处可以提供高电位产生电场。9为上绝缘环体，采用四氟乙烯材料。参见图1i，93为引线端槽，上电场环片引线端82从此处通过，91为锁紧环上沿，与上气路模块7中的锁紧环下沿75紧密配合。92为锁紧环下沿，离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。10为中电场环片，参见图1j，102为电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。101为引线端，与电路控制系统19中离子室电场单元处的D3连接，通过此处可以提供高电位产生电场。11为中绝缘环体，采用四氟乙烯材料，参见图1k，113为引线端槽，中电场环片引线端101从此处通过，111为锁紧环上沿，与上绝缘环体9中的锁紧环下沿92紧密配合。112为锁紧环下沿，离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。12为下电场环片，参见图1l，122为电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。121为引线端，与电路控制系统19中离子室电场单元处的D4连接，通过此处可以提供高电位产生电场。13为中气路模块，参见图1m，基体131为聚四氟乙烯材料，绝缘且耐高压，133为锁紧环上沿，与中绝缘环体11的锁紧环下沿112紧密配合；135为锁紧环下沿，136为引线端槽，下电场环片引线端121从此处通过，132为出气口环，样品气体从此处进入后由出气口134排出。离子流从中间圆孔沿电场方向继续运动至离子控制门模块。

离子控制门模块含有三片离子门片，在电路控制系统19的作用下，控制离子流的开启和关闭。其中，14为上离子门片，16为中离子门片，18为下离子门片，中离子门片16两侧贴覆两片离子门上绝缘片15(见图1o)、离子门下绝缘片17(见图1q)。参见图1n，在上离子门片14中含有上离子门基片142，中轴等电位线143，引线端141。中轴等电位线143的排列方式为中心轴处有一细线然后以等距形式向两侧排列。引线端141与电路控制系统19中离子门单元的G+处连接，在电路控制系统19的作用下，可以在中轴等电位线143上形成等电位电场。参见图1p，在中离子门片16中含有中离子门基片162，中轴对称等电位线163，引线端161。中轴对称等电位线163的排列方式为中心为对称轴，然后以与中轴对称等电位线163等距形式向两侧排列。引线端161与电路控制系统19中离子门单元的G-处连接，在电路控制系统19的作用下，可以在中轴对称等电位线163上形成等电位电场。下离子门片绝缘环体21采用聚四氟乙烯材料，下离子门片18安放其中。参见图1s，213为引线端槽，下离子门片引线端181从此处通过，211为锁紧环上沿，与中气路模块13中的锁紧环下沿135紧密配合。参见图1r，在下离子门片18中含有下离子门基片182，中轴等电位线183，引线端181。中轴等电位线183的排列方式为中心轴处有一细线，然后以等距形式向两侧排列。引线端181与电路控制系统19中的离子门G+处连接，在电路控制系统19的作用下，可以在中轴等电位线183上形成等电位电场。上离子门片14与下离子门片18结构完全相同。由于上离子门片14和下离子门片18都与电路控制系统19中离子门单元的G+处连接，所以它们等电位。如果此时给它们施加高电位，而中离子门片16不施加电位，那么，离子流将在电场力的作用下继续运动，离子门开启。如果此时给中离子门片16施加G-电位，那么，就会与上离子门片14构成回路。离子流将会被中离子门片16吸收为零，中轴等电位线143的排列方式与中轴对称等电位线163排列方式错开，有利于离子流的吸收，而下离子门片18可以吸收可能漏出的离子流，使离子流回零效果更好，离子门关闭完全。

以上为离子发生引出单元。

以下为电场电位梯度发生单元。

离子发生引出单元锁紧环下沿212，与电场电位梯度发生单元锁紧环上沿231紧密配合。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过，在一般情况下，原子量单位为14～500的离子群，在150V/cm～300V/cm的电场中迁移时，迁移速率一般在1m/s～10m/s之间，以此计算出迁移速率系数K在0.8cm²/V·S～2.4cm²/V·S之间。本实施例中采用的多片电场环片结构完全相同，采用的多片绝缘环体结构完全相同。电场环片与绝缘环体为一个组合，在电路控制系统19控制下，上下两片电场环片形成的电位梯度△U完全相同，因此，在整体结构中可产生均匀的匀强电场。本实施例中采用2700V～3600V高压，△U在150V～200V之间。

参见图1a1和图1a2，构成A电位梯度单元。22为A电场环片，23为A绝缘环体。221为A电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。222为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D5处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制A电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。A绝缘环体23采用四氟乙烯材料，233为引线端槽，A电场环片引线端222从此处通过，231为锁紧环上沿，与锁紧环下沿212紧密配合。232为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1b1和图1b2，构成B电位梯度单元。24为B电场环片，25为B绝缘环体。241为B电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。242为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D6处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制B电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。B绝缘环体25采用四氟乙烯材料，253为引线端槽，B电场环片引线端242从此处通过，251为锁紧环上沿，与锁紧环下沿232紧密配合。252为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1c1和图1c2，构成C电位梯度单元。26为C电场环片，27为B绝缘环体。261为C电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。262为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D7处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制C电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。C绝缘环体27采用四氟乙烯材料。273为引线端槽，C电场环片引线端262从此处通过，271为锁紧环上沿，与锁紧环下沿252紧密配合。272为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1d1和图1d2，构成D电位梯度单元。28为D电场环片，29为D绝缘环体。281为D电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。282为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D8处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制D电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。D绝缘环体29采用四氟乙烯材料。293为引线端槽，D电场环片引线端282从此处通过，291为锁紧环上沿，与锁紧环下沿272紧密配合。292为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1e1和图1e2，构成E电位梯度单元。30为E电场环片，31为E绝缘环体。301为E电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。302为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D9处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制E电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。E绝缘环体31采用四氟乙烯材料。313为引线端槽，E电场环片引线端302从此处通过，311为锁紧环上沿，与锁紧环下沿292紧密配合。312为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1f1和图1f2，构成F电位梯度单元。32为F电场环片，33为F绝缘环体。321为F电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。322为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D10处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制F电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。F绝缘环体33采用四氟乙烯材料。333为引线端槽，F电场环片引线端322从此处通过，331为锁紧环上沿，与锁紧环下沿312紧密配合。332为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1g1和图1g2，构成G电位梯度单元。34为G电场环片，35为F绝缘环体。341为G电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。342为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D11处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制G电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。F绝缘环体35采用四氟乙烯材料。353为引线端槽，G电场环片引线端342从此处通过，351为锁紧环上沿，与锁紧环下沿332紧密配合。352为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1h1和图1h2，构成H电位梯度单元。36为H电场环片，37为H绝缘环体。361为H电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。362为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D12处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制H电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。H绝缘环体37采用四氟乙烯材料。373为引线端槽，H电场环片引线端362从此处通过，371为锁紧环上沿，与锁紧环下沿352紧密配合。372为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1i1和图1i2，构成I电位梯度单元。38为I电场环片，39为I绝缘环体。381为I电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。382为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D13处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制I电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。I绝缘环体39采用四氟乙烯材料。393为引线端槽，I电场环片引线端382从此处通过，391为锁紧环上沿，与锁紧环下沿372紧密配合。392为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1j1和图1j2，构成J电位梯度单元。40为J电场环片，41为J绝缘环体。401为J电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。402为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D14处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制J电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。J绝缘环体41采用四氟乙烯材料。413为引线端槽，J电场环片引线端402从此处通过，411为锁紧环上沿，与锁紧环下沿392紧密配合。412为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1k1和图1k2，构成K电位梯度单元。42为K电场环片，43为K绝缘环体。421为K电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。422为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D15处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制K电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。K绝缘环体43采用四氟乙烯材料。433为引线端槽，K电场环片引线端422从此处通过，431为锁紧环上沿，与锁紧环下沿412紧密配合。432为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1l1和图1l2，构成L电位梯度单元。44为L电场环片，45为K绝缘环体。441为L电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。442为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D16处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制L电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。L绝缘环体45采用四氟乙烯材料。453为引线端槽，L电场环片引线端442从此处通过，451为锁紧环上沿，与锁紧环下沿432紧密配合。452为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1m1和图1m2，构成M电位梯度单元。46为M电场环片，47为M绝缘环体。461为M电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。462为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D17处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制M电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。M绝缘环体47采用四氟乙烯材料。473为引线端槽，M电场环片引线端462从此处通过，471为锁紧环上沿，与锁紧环下沿452紧密配合。472为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1n1和图1n2，构成N电位梯度单元。48为N电场环片，49为N绝缘环体。481为N电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。482为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D18处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制N电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。N绝缘环体49采用四氟乙烯材料。493为引线端槽，N电场环片引线端482从此处通过，491为锁紧环上沿，与锁紧环下沿472紧密配合。492为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1o1和图1o2，构成O电位梯度单元。50为O电场环片，51为O绝缘环体。501为O电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。502为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D19处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制O电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。O绝缘环体51采用四氟乙烯材料。513为引线端槽，O电场环片引线端502从此处通过，511为锁紧环上沿，与锁紧环下沿492紧密配合。512为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1p1和图1p2，构成P电位梯度单元。52为P电场环片，53为P绝缘环体。521为P电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。522为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D20处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制P电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。P绝缘环体53采用四氟乙烯材料。533为引线端槽，P电场环片引线端522从此处通过，531为锁紧环上沿，与锁紧环下沿512紧密配合。532为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。

参见图1q1和图1q2，构成Q电位梯度单元。54为Q电场环片，55为Q绝缘环体。541为Q电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。542为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D21处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制Q电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。Q绝缘环体55采用四氟乙烯材料。553为引线端槽，Q电场环片引线端542从此处通过，551为锁紧环上沿，与锁紧环下沿532紧密配合。552为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。参见图1r1和图1r2，构成R电位梯度单元。56为R电场环片，57为R绝缘环体。561为R电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。562为引线端，与电路控制系统19中电场单元的D22处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统19控制R电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。R绝缘环体57采用四氟乙烯材料。573为引线端槽，R电场环片引线端562从此处通过，571为锁紧环上沿，与锁紧环下沿552紧密配合。

以上为电场电位梯度发生单元。

以下为离子信息采集单元。

锁紧环下沿572与下气路模块59的锁紧环上沿593紧密配合。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过进入离子信息采集单元。

参见图1ab1，离子流片58为一薄金属圆片结构，586为细网栅，585为网孔，583为网筋，584为环孔，581为基片，582为引线端，通过网栅、网筋与基片结合构成上离子流片。细网栅之间为等电位，可以提供均匀电场使干扰的感应电流为零，网孔可以使离子流均匀通过到达离子流接收器60。

引线端582与电路控制系统19中电场单元的D23处连接，通过此处，电路控制系统19为离子流片与电路控制系统中的高电位连接提供高电位电场，实现电路控制过程。59为下气路模块，参见图1ab2，基体591为聚四氟乙烯材料，绝缘且耐高压，593为锁紧环上沿，与锁紧环下沿572紧密配合。595为锁紧环下沿，594为进气口与气路控制系统20连接，气路控制系统采用气泵和过滤系统，为实验室常规使用设备，在此不做叙述。596为引线端槽，离子流片引线端582从此处通过。592为环出气口，对应于上电位网栅片环孔584，样品激发气体由此进入并吹向电场单元，可以使样品激发气体均匀到达PID灯窗口和样品气体混合后使样品气体充分电离，然后离子流从中间通孔流出。样品激发气体从此处进入可以使离子流更加纯净。

参见图1ab3，离子流接收器60采用台阶状金属圆柱结构，上端面601为离子流接收面，底部602与电路控制系统19中离子流接收单元的IC1处连接，将离子流弱电流信号传输到电路中，通过电路控制系统中的微处理器对弱电流信号分析后形成谱图，进而可以得出待检测物质，达到对气体介质中的物质进行检测的目的。

此种离子流接收器的构成形式，遵循法拉第电磁感应原理，它可以收集弱电流信号。

参见图1ab4，为本发明离子流接收器绝缘体61，采用聚四氟乙烯材料，611为绝缘体外壁，612为绝缘体内腔，离子流接收器60嵌入其中。

参见图1ab5，为本发明离子流接收器屏蔽杯62，621为屏蔽杯外壁，采用金属材料，622为屏蔽杯内腔，绝缘体61嵌入其中。屏蔽杯62可以防止外部电磁干扰，使离子流信号纯净。此种屏蔽杯的构成形式，遵循法拉第电磁感应原理。

参见图2，示出本发明离子迁移发生装置的工作原理，在电路控制系统19的作用下，离子发生引出单元a1产生光子流激发样品后产生离子流进入电场电位梯度发生单元a2，在电场力的作用下进入离子信息采集单元a3。最后，由微处理器采集离子运动时间后绘制成谱图，就可以知道待检测的物质。20为气路控制系统，用于提供样品气体和样品激发气体。电路控制系统19控制整个过程，其中，电路控制系统含有电源单元，为电路控制系统提供电源；含有PID电极单元，完成PID灯控制过程；含有离子室电场单元，完成上电位网栅片、电场环片控制过程；含有离子门单元，完成离子门开启、关闭控制过程，以及电场电位梯度控制、离子流片控制过程。整个过程受控于微处理器单元，并且可以通过按键单元设定，在液晶显示单元显示。微处理器单元采用ARM的LPC2138系列，32位RISC结构512Kflash。该电路仅为实现前述功能的一种具体电路连接方式，不作为对其他可能的电路连接的限制。

Claims (2)

1.一种离子迁移发生装置，其特征在于，该装置包括离子发生引出单元、电场电位梯度发生单元、离子信息采集单元和电路控制系统；

所述离子发生引出单元包括离子发生模块、两个气路模块、离子引出模块和离子控制门模块；所述离子发生模块含有一PID灯，PID灯上面包覆有两片PID灯电极，高压电场由此引入，PID灯下部为PID灯窗口；在PID灯窗口处有一上电位网栅片，与PID灯窗口处的硅胶密封圈紧密配合，并且与其下部的上气路模块连接，上气路模块中间与侧壁之间有一圆环空腔，气体由此进入，上气路模块中间为一通孔内腔，上电位网栅片在上述圆环空腔和通孔内腔上部与离子发生模块的下部紧密结合，上电位网栅片与圆环空腔之间为有网筋连接的圆环孔，进入的气体由此进入并吹向PID灯窗口，然后由上电位网栅片中间吹出进入通孔内腔，上电位网栅片与上气路模块中间的通孔内腔构成电离室，PID灯发出确定波长的光子流与通过上气路模块进入的气体在此处电离，使样品气体均匀到达PID灯窗口，并且垂直于PID灯发出的确定波长的光子流形成离子流；所述离子引出模块位于电离室的下部，它的结构是三片电场环片中间安装有两片绝缘环体，在三片电场环片上加以等值梯度电位，使得在三片电场环片中间产生均匀电场；离子引出模块的下部为中气路模块，中气路模块的结构与上气路模块完全相同，其用于排气，多余的气体由中气路模块的圆环空腔排出；所述离子控制门模块为三片中间镂空成线条状的金属环片，即三片离子门片，上下两片离子门片的结构完全相同并且短路连接，中间一片离子门片的线条与另两片离子门片的位置错开，并且与上下两片之间有绝缘垫片；

所述电场电位梯度发生单元由多个电场环片和多个绝缘环体组成，多个电场环片由结构完全相同的金属环片构成，多个绝缘环体由结构完全相同的绝缘材料构成，多个绝缘环体隔离多个电场环片，在每相邻两个电场环片间施加等电位差，整个电场电位梯度发生单元产生均匀电场，离子流沿电场方向运动获得恒定速度，从而可以计算得出离子流的飞行时间；

所述离子信息采集单元采用台阶状金属圆柱作为离子流接收器，外壁用聚四氟乙烯作为离子流接收器绝缘体，然后再用金属套做外屏蔽杯，在离子流接收器上部覆置一离子流片，采用金属网栅片结构以均衡离子流，使离子流均匀到达接收器端面，进而收集弱电流信号；

所述电路控制系统控制整个离子迁移发生装置的工作过程，并通过微处理器对上述弱电流信号分析后形成待检测物质的谱图。

2.如权利要求1所述一种离子迁移发生装置的控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

微处理器单元通过PID电极单元控制PID灯点亮，使PID灯发射出光子流；

微处理器单元通过离子室电场单元控制进入圆环空腔内的气体由圆环孔进入并吹向PID灯窗口，然后由上电位网栅片中间吹出进入通孔内腔；同时，微处理器单元通过离子室电场单元控制离子引出模块在三片电场环片中间产生均匀电场；

微处理器单元通过离子门单元控制离子控制门模块的开启与关闭：若在三片离子门片上加以等值梯度电位，则在三片离子门片中间产生均匀电场，离子流就会沿着电场方向运动并且穿过离子控制门模块继续下行；若在中间的离子门片施加低于上下两片离子门片的电位，则离子流就会流入中间离子门片，离子流沿着电场方向运动截止；

微处理器单元通过离子流接收单元收集弱电流信号，并将离子流弱电流信号传输到微处理器，通过微处理器对上述弱电流信号分析后形成待检测物质的谱图。