CN105632874A - 一种直流非均匀电场离子迁移管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及离子迁移谱仪器中的离子迁移管，具体地说是一种离子迁移区内部电场为直流非均匀电场的离子迁移管。其特征在于，该离子迁移区电场由方向相同、场强不同的直流电场交替构成。这种直流电场构成方式，可以充分利用相同离子在高电场强度(E/N>4Td)和低电场强度(E/N<4Td)下离子迁移率的差异，提高离子迁移谱对不同离子的分离能力。

Description

一种直流非均匀电场离子迁移管
技术领域
本发明涉及分析仪器离子迁移谱的离子迁移管技术，具体地说涉及到离子迁移谱的分离原理。在离子迁移管的离子迁移区中使用由方向相同的高强度直流电场和低强度直流电场交替构成非均匀电场，充分利用离子在高强度直流电场和低强度直流电场中迁移率的差别，提高离子迁移谱对不同离子的分辨能力。
背景技术
离子的迁移率作为离子的一种特征属性，与离子所带的电荷量qe、离子的质量m、离子所处气体氛围的压强N、离子所处气体氛围中气体分子的质量M、离子所处气体氛围的温度T以及离子的横截面积Ω等因素有关。对离子迁移率的研究还发现，离子的迁移率会表现出一定的电场依赖性。
在低强度的直流电场中(E/N<4Td,即在一个大气压条件下，E<1000V/cm时)，离子的迁移率不受电场强度的影响，基本保持不变。传统的迁移管式离子迁移谱就是利用离子迁移率的这一特点，根据不同离子飞过相同距离时间的差异来对不同的离子进行分离和检测。然而，在低强度电场中，很多的不同结构的离子通常表现出相同或者非常接近的迁移率，在离子迁移谱中难以被相互分离，这在很大程度限制了离子迁移谱对目标分析物检测的准确性。
在高强度直流电场中(E/N>4Td,即在一个大气压条件下，E<1000V/cm时)，离子迁移率随着电场强度的升高出现非线性的变化，或升高，或降低，或先升高再降低。因此，在低强度的直流电场中离子迁移率相同或者非常接近的离子在高强度的直流电场中就可能表现出完全不同的离子迁移率。
这就为我们提高离子迁移谱的分离能力提供了一种新的思路：构建一个由方向相同的高强度直流电场和低强度直流电场交替构成非均匀电场，充分离子迁移率对电场强度的依赖性来提高离子迁移谱的分离能力。
发明内容
本发明的目的在于利用离子约化迁移率随直流电场强度变化的特性来提高离子迁移谱对不同离子的分辨能力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
于离子迁移管内设有由5个以上的环状导电极片和4个以上的环状绝缘极处依次交替同轴叠合构成中空筒体结构，筒体内的中空处即为柱状的离子迁移区，离子迁移区处于离子源和离子接受极之间；
离子迁移区内部的电场由方向相同的高强度直流电场和低强度直流电场交替构成，于离子迁移管内部形成电场为直流非均匀电场的筒状离子迁移区；
离子迁移区内部的电场由方向相同的高强度直流电场和低强度直流电场交替构成是指：沿电离源至离子接受极的方向，所述单数导电极片与双数导电极片之间施加高强度直流电场或低强度直流电场，于所述双数导电极片与单数导电极片之间施加低强度直流电场或高强度直流电场，高强度直流电场和低强度直流电场的方向相同；
所述的高强度电场满足E/N>4Td，低强度电场满足E/N大于0至小于等于4Td之间，其中E表示电场强度，N表示气体分子数密度；
沿离子迁移区的轴向方向，在离子迁移区的一侧放置有离子门，另一侧放置有离子接受极和进气口；在离子门远离离子迁移区的一侧放置有带有进气口和出气口的离子源；
所述的离子门为Bradbury-Neilson型和Tyndall-Powell型离子门中的任意一种；
所述的离子源为在大气压条件下能够离子化样品分子的任意离子源；
载带有待测样品的气体通过离子源上设置的进气口进入到离子源中，样品分子在离子源中被离子化成样品离子；
样品离子通过周期开启的离子门进入到离子迁移区，在其中非均匀直流电场的驱动下先后到达离子检测极，并被转换成电流强度对时间的谱图信息输出；
在上述过程进行的同时，另一路气体从离子迁移区上设置的进气口进入离子迁移区内部并沿着与离子飞行方向相反的方向流出离子迁移区，最终与载带有待测样品的气体一起从离子源上设置的出气口流出离子迁移管；
所述的气体为包括O2、N2、CO2、H2、Ar等气体在内的任一气体或者二种以上气体混合物。
本发明的优点是：
本发明利用离子迁移率在高强度直流电场中随着电场强度变化这一特性，通过在离子迁移管的离子迁移区中构建高、低电场强度交替的非均匀直流电场，增加了更多一维的提高离子迁移谱分离能力的因素。
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
附图说明
图1、一种直流非均匀电场离子迁移管。
具体实施方式
本发明利用了中空的环状电极和中空的环状绝缘体构建了一个高强度直流电场1和低强度直流电场2交替的筒状离子迁移区，具体如附图1，整个离子迁移区的长度保持在10～20cm之间。
其中的高强度电场满足E/N＝6Td,低强度电场满足E/N＝1Td，其中E表示电场强度，N表示气体分子数密度。
沿筒状离子迁移区的轴向方向，在离子迁移区的一侧放置有Bradbury-Neilson型离子门5，另一侧放置有离子接受极4和漂气进气口6；
在离子门远离离子迁移区的一侧放置有带有载气进气口8和出气口7的放射性63Ni离子源3。
在离子迁移管工作的时，载带有待测样品的载气通过离子源上设置的进气口8进入到离子源3中，样品分子在离子源3中被离子化成样品离子；
样品离子通过周期开启的离子门5进入到离子迁移区，在其中非均匀直流电场的驱动下先后到达离子检测极4，并被转换成电流强度对时间的谱图信息输出。
在上述过程进行的同时，漂气从离子迁移区上设置的进气口6进入离子迁移区内部并沿着与离子飞行方向相反的方向流出离子迁移区，最终与载带有待测样品的气体一起从离子源上设置的出气口7流出离子迁移管。
其中上述的漂气、载气等均为经过分子筛、硅胶、活性炭过滤过的空气。

Claims (7)

1.一种直流非均匀电场离子迁移管，其特征在于：
离子迁移区内部的电场由方向相同的高强度直流电场和低强度直流电场交替构成，于离子迁移管内部形成电场为直流非均匀电场的筒状离子迁移区。
2.根据权利要求1所述的离子迁移管，其特征在于：
于离子迁移管内设有由5个以上的环状导电极片和4个以上的环状绝缘极处依次交替同轴叠合构成中空筒体结构，筒体内的中空处即为柱状的离子迁移区，离子迁移区处于离子源和离子接受极之间；
所述离子迁移区内部的电场由方向相同的高强度直流电场和低强度直流电场交替构成是指：沿电离源至离子接受极的方向，所述单数导电极片与双数导电极片之间施加高强度直流电场或低强度直流电场，于所述双数导电极片与单数导电极片之间施加低强度直流电场或高强度直流电场，高强度直流电场和低强度直流电场的方向相同。
3.根据权利要求1所述的离子迁移管，其特征在于：所述的高强度电场满足E/N>4Td，低强度电场满足E/N大于0至小于等于4Td之间，其中E表示电场强度，N表示气体分子数密度。
4.根据权利要求1所述的离子迁移管，其特征在于：沿离子迁移区的轴向方向，在离子迁移区的一侧放置有离子门，另一侧放置有离子接受极和进气口；在离子门远离离子迁移区的一侧放置有带有进气口和出气口的离子源。
5.根据权利要求4所述的离子迁移管，其特征在于：所述的离子门为Bradbury-Neilson型和Tyndall-Powell型离子门中的任意一种；
所述的离子源为在大气压条件下能够离子化样品分子的任意离子源。
6.根据权利要求1-4任一所述的离子迁移管，其特征在于：载带有待测样品的气体通过离子源上设置的进气口进入到离子源中，样品分子在离子源中被离子化成样品离子；
样品离子通过周期开启的离子门进入到离子迁移区，在其中非均匀直流电场的驱动下先后到达离子检测极，并被转换成电流强度对时间的谱图信息输出；
在上述过程进行的同时，另一路气体从离子迁移区上设置的进气口进入离子迁移区内部并沿着与离子飞行方向相反的方向流出离子迁移区，最终与载带有待测样品的气体一起从离子源上设置的出气口流出离子迁移管。
7.根据权利要求6所述的离子迁移管，其特征在于：所述的气体为包括O2、N2、CO2、H2、Ar等气体在内的任一气体或者二种以上气体混合物。
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