CN105655228B - 一种电晕放电组件、离子迁移谱仪和电晕放电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电晕放电组件、离子迁移谱仪和电晕放电方法。其中，电晕放电组件包括至少一个电晕放电单元，所述电晕放电单元包括一对平行设置的电晕金属丝；所述平行设置的电晕金属丝上施加幅度相等极性相反的脉冲。本发明能产生比针或者尖端电晕更多的反应离子，有利于提高离子迁移的灵敏度，同时可以有效地提高电晕源的使用寿命能将寿命延长至3‑10年。
Description
技术领域
本发明涉及安全检测技术领域，本发明尤其涉及一种电晕放电组件、离子迁移谱仪和电晕放电方法。
背景技术
目前，离子迁移作为快速检测爆炸物及毒品的仪器，目前已经广泛应用于机场、地铁、场馆的安检领域。传统的离子迁移产品多采用放射源产生反应离子，但放射源危险性高，严格受控，不能用于飞机内部等场所的安检。因此自上世纪90年代开始，多家公司开始了非放射源的产品化研究。目前市场上主要以电晕放电，光电离源，电喷雾源，辉光放电等几种非放射源技术为主，其中电晕放电及光电离是各个公司采用的最主要的电离源形式。
电晕放电产生的反应离子种类非常丰富，在所有电离源中，它产生的反应离子与放射源最接近，是替代放射源的最佳选择。电晕放电源的缺点是损耗快寿命短，要经常更换，增加了仪器设计的难度。
现有技术中公开一种对针的正负脉冲电晕放电源，其优点是能同时产生正负离子，并通过控制开门信号与脉冲电晕的时间间隔，达到控制样品分子与反应离子间反应进程的目的。虽然使用脉冲来有效地延长针的寿命，但针尖得损耗依然是不可避免的，其缺点是针的寿命较短，需要定期更换。
另一种直流切换电晕源，当切换到高压时，电晕金属丝产生的反应离子可以使掺杂分子带电，当切换到低压时，则无法使掺杂分子带电，其使用目的是可控的掺杂状态。光电离原理简单，容易实现，缺点是寿命偏低，因为电晕电压越高，针尖损耗越快，背景气体越活跃，针的污染越严重，虽然使用了切换电压的方法(工作时，电晕高压开启，产生电晕，不工作的时候，电晕高压电位低，无法起晕，不产生电晕)减少高压的使用频率，但是其电晕源的寿命依然偏低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何提高电晕源的寿命。
为实现上述的发明目的，本发明提供了一种电晕放电组件、离子迁移谱仪和电晕放电方法。
一方面，本发明提供一种电晕放电组件，包括至少一个电晕放电单元，
所述电晕放电单元包括一对平行设置的电晕金属丝；
所述平行设置的电晕金属丝上施加幅度相等极性相反的脉冲。
可选地，所述电晕金属丝直径为10微米至50微米。
可选地，所述金电晕金属丝是铂金或钯金制成。
可选地，所述脉冲强度为1kV至5kV。
可选地，所述脉冲时间小于1微秒。
可选地，所述电晕放电单元是多个，
所述多个电晕放电单元的电晕金属丝按施加的脉冲极性交替设置。
可选地，所述电晕放电单元的电晕金属丝线性排列。
可选地，所述电晕放电单元的电晕金属丝呈折线形阵列方式排列。
可选地，所述电晕放电单元的电晕金属丝呈环形阵列方式排列。
另一方面，本发明还提供一种离子迁移谱仪，包括依序设置的离化区、离子门、迁移区和法拉第盘；
所述离化区内固定有电晕放电组件；
所述电晕放电组件是上述的电晕放电组件。
可选地，所述离化区的电位与所述电晕金属丝的直流偏置相等。
可选地，所述电晕金属丝的方向与离子迁移管的轴向方向垂直。
另一方面，本发明还提供一种电晕放电方法，应用于上述的电晕放电组件，包括如下步骤：
向所述电晕金属丝上施加幅度相等极性相反的脉冲。
可选地，还包括向电晕金属丝通电消除氧化层的步骤。
本发明提供的电晕放电组件、离子迁移谱仪和电晕放电方法，能产生比针或者尖端电晕更多的反应离子，有利于提高离子迁移的灵敏度，同时可以有效地提高电晕源的使用寿命能将寿命延长至3-10年。
附图说明
图1是本发明提供的电晕放电单元结构示意图；
图2是本发明多个电晕放电单元水平设置电晕金属丝截面图；
图3是本发明多个电晕放电单元双层设置电晕金属丝截面图；
图4是本发明多个电晕放电单元环形设置电晕金属丝截面图；
图5是本发明离子迁移谱仪结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供一种电晕放电组件，电晕放电组件应用于电晕源中，该电晕放电组件包括至少一个电晕放电单元1，电晕放电单元1包括一对平行设置的电晕金属丝11、12；平行设置的电晕金属丝11、12上施加幅度相等极性相反的脉冲。下面对本发明提供的电晕放电组件展开详细的说明。
如图1所示，在本发明中，每个电晕放电单元1包括一对平行设置的电晕金属丝11、12。电晕金属丝11和12优选采用铂金和钯金等。当然可以理解，本发明不仅限于此，其他具有高化学惰性、高延展性、高强度的高导电率金属也仍然可以实现本发明。电晕金属丝11和12的直径优选为10微米至50微米之间。如果电晕金属丝过细会进一步提高加工难度，电晕金属丝加工成本高，如果电晕金属丝太粗，所需的脉冲幅度过高，对商业脉冲源的要求过高。
本发明提供的电晕放电组件的工作过程是这样的：电晕放电单元中的电晕金属丝11、12在不工作时，电晕金属丝11和电晕金属丝12上不施加电压，且电晕金属丝11和电晕金属丝12处于零电场区域，电晕金属丝11和电晕金属丝12都处于等电位。电晕放电单元中的电晕金属丝11、12在工作时，分别在电晕放电单元中的电晕金属丝11、12施加幅度相等极性相反的脉冲。例如在电晕金属丝11上施加极性为正(+)的脉冲，同时在电晕金属丝12上施加极性为负(-)的脉冲。在电晕金属丝11、电晕金属丝12施加的脉冲幅度优选为1kV至5kV。此时，电晕金属丝11上形成正脉冲电晕，电晕金属丝12上形成负脉冲电晕。电晕金属丝11上形成正离子，电晕金属丝12上形成负离子。电晕金属丝11上形成的正离子在电晕金属丝11和电晕金属丝12上施加的脉冲产生的强电场作用下向电晕金属丝12方向运动。电晕金属丝12上形成的正离子在电晕金属丝11和电晕金属丝12上施加的脉冲产生的强电场作用下向电晕金属丝11方向运动。在电晕金属丝11、电晕金属丝12施加脉冲的时间优选小于1毫秒。由于向电晕金属丝11和电晕金属丝12施加脉冲有效放电时间很短，因此，电晕产生时，电晕金属丝11上形成正离子，电晕金属丝12上形成负离子不足以到达电晕金属丝12上，电晕金属丝12上形成负离子不足以到达电晕金属丝11上。脉冲结束后，电晕金属丝11上形成的正离子和电晕金属丝12上形成的负离子在无场空间中扩散并与空气中的分子(O2，H2O，N2)发生反应，形成大量的反应离子(O2 -，(H2O)H+，NO+及其水合物)，样品分子M与这些反应离子在离化区域中进行充分的电荷交换后，形成的样品离子(M(H2O)nO2 -，M(H2O)n H+等，n＝1，2，3…)进入迁移区，在迁移电场的作用下到达法拉第盘，根据飞行时间的不同，达到鉴别物质的目的。
在本发明中，电晕放电组件采用电晕金属丝11、12可以有效延长电晕源的寿命。但是，电晕金属丝11、12在使用过程中，也会产生相应的损耗。如图2至图4所示，为了尽可能延长电晕源的寿命，电晕源中的电晕放电单元1是多个，多个电晕放电单元1的电晕金属丝按施加的脉冲极性交替设置。如图2至图4所示，电晕放电组件包括多个电晕放电单元1，多个电晕放电单元1的多根电晕金属丝11、12并列，正负电晕金属丝11、12交错排列，图中，+代表正电晕金属丝，-代表负电晕金属丝。如图2至图4所示，在本发明中，电晕源中的多个电晕放电单元可以交替使用也可以同时使用，下面对多个电晕放电单元的使用方式分别展开详细说明。
电晕源中的多个电晕放电单元101、102、103交替使用时，每次只使用一部分(使用其中的一个电晕放电单元或两个电晕放电单元)。具体地，如图2至图4所示，当工作时，只给第一电晕放电单元中101的电晕金属丝11(-1)和电晕金属丝12(+1)施加脉冲，其它的电晕放电单元102、103中的电晕金属丝都处于原始等电位。经过一段时间(几个月)的运行后电晕金属丝“-1”，“+1”不能再正常起晕，则通过电路切换到电晕放电单元102运行，只给第二电晕放电单元中102的电晕金属丝11(-2)和电晕金属丝12(+2)施加脉冲，以此类推再切换到第三电晕放电单元中103，这样可以有效地延长电晕源的使用寿命。
电晕源中的多个电晕放电单元101、102、103同时使用时，如图2至图4所示多个电晕放电单元101、102、103中的所有正电晕金属丝11电连接，所有负电晕金属丝12丝电连接，只会在间距最近的一对电晕金属丝或几对电晕金属丝之间产生电晕，而其它的电晕金属丝是不产生电晕。多个电晕放电单元同时实用的优点如下：(1)，当其中的一对电晕金属丝丝或一部分电晕金属丝丝不工作时，其它的电晕金属丝开始产生电晕，从而有效地提高电晕源的使用寿命。(2)，多电晕金属丝丝结构的电晕产生更多的离子，从而有效地增加反应离子的数量。
如图2所示，本发明的一种实施方案中，电晕源中的多个电晕放电单元101、102、103的多个电晕金属丝11、12线性排列。电晕金属丝11、12呈+、-、+、-、+、-方式形成一排排列。相邻的电晕金属丝11、12之间产生电晕，相邻的电晕放电单元之间交替产生电晕。
如图3所示，本发明的另一种实施方案中，电晕源中的多个电晕放电单元101、102、103的多个电晕金属丝呈折线形阵列方式排列。如此，多个电晕金属丝呈波浪形设置，两排电晕金属丝11、12构成正负电晕源，上排为正电晕金属丝11，下排为负电晕金属丝12。例如，所有的电晕金属丝11和电晕金属丝12工作时，相邻的电晕金属丝11、12之间(“+1”和“-1”、“-2”)之间产生电晕。在上下排电晕金属丝11、12间交替产生电晕，相邻的电晕放电单元之间交替产生电晕。
如图4所示，本发明的另一种实施方案中，电晕源中的多个电晕放电单元101、102、103的电晕金属丝11、12的横截面呈环形阵列排列。所有电晕金属丝11、12优选整体形成一个圆形，在“+1”上施加正脉冲，“-1”或(和)“-6”上施加负脉冲，就会产生正负电晕。呈环形阵列排列设置的电晕金属丝11、12间交替产生电晕，相邻的电晕放电单元之间交替产生电晕。
应当可以理解，本发明中图2至图4所示的电晕源中，多个电晕放电单元可以交替使用也可以同时使用，具体使用过程参考以上实例，再次不再作一一赘述。
为进一步体现本发明提供的电晕放电组件的优越性，本发明还提供一种应用上述电晕放电组件的离子谱仪，如图5所示，该离子谱仪包括：包括依序设置的离化区10、离子门2、迁移区3和法拉第盘5；离化区内固定有电晕放电组件1；电晕放电组件1是上述的电晕放电组件。下面对本发明提供的离子谱仪展开详细的说明。
如图5所示，离化区中的电晕源包括一个电晕放电组件1，电晕放电组件1中的电晕金属丝固定在离化区10中，电晕金属丝的方向优选与离子迁移方向垂直。离化区10的电位与电晕金属丝的直流偏置相等。在本发明中，离子门3可以是BN门也可以是网状门(应当可以理解，本法发明不仅限于此，现有技术中任意形式的门均可以实现本发明)，迁移区3由一系列极片31构成，迁移区域3收集离子的法拉第盘5之间还设置有抑制栅4。
如图5所示，本发明提供的电晕放电组件的离子谱仪的工作过程是这样的：离化区10中的两根电晕金属丝上分别施加幅度相等极性相反的脉冲，在两根电晕金属丝表面产生了大量正、负离子。这些正负离子向对面的电晕金属丝运动，但由于脉冲很短，它们到达之前脉冲就结束了，大量的正负离子在离化区10中扩散，与空气分子发生反应形成了大量的反应离子。样品分子与反应离子在离化区1中进行充分的电荷交换，形成了样品离子。离子门3开启后，样品离子进入迁移区3，在迁移电场的作用下经过抑制栅4后到达法拉第盘5。电晕金属丝能产生比针或者尖端电晕更多的反应离子，有利于提高离子迁移的灵敏度。当电晕金属丝的表面由于杂质、样品污染而覆盖上一氧化层时，可以给电晕金属丝通电来消除氧化层，延长电晕金属丝的使用寿命。
为进一步体现本发明提供的电晕放电组件的优越性，本发明还提供一种应用上述电晕放电组件的电晕放电方法，应用于上述的电晕放电组件，包括如下步骤：向电晕金属丝上施加幅度相等极性相反的脉冲。当电晕金属丝的表面由于杂质、样品(主要是各种有机物)污染而覆盖上一氧化层时，可以给电晕金属丝通电来消除氧化层，电极丝通电发热可促使这些物质挥发或进一步氧化从而消除，延长电晕金属丝的使用寿命。
综上所述，提供的电晕放电组件、离子迁移谱仪和电晕放电方法，能产生比针或者尖端电晕更多的反应离子，有利于提高离子迁移的灵敏度，同时可以有效地提高电晕源的使用寿命能将寿命延长至3-10年。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (14)
1.一种电晕放电组件，其特征在于，包括至少一个电晕放电单元，
所述电晕放电单元包括一对平行设置的电晕金属丝；
所述平行设置的电晕金属丝上施加幅度相等极性相反的脉冲。
2.根据权利要求1所述的电晕放电组件，其特征在于，所述电晕金属丝直径为10微米至50微米。
3.根据权利要求1所述的电晕放电组件，其特征在于，所述电晕金属丝是铂金或钯金制成。
4.根据权利要求1所述的电晕放电组件，其特征在于，所述脉冲强度为1kV至5kV。
5.根据权利要求1所述的电晕放电组件，其特征在于，所述脉冲时间小于1微秒。
6.根据权利要求1所述的电晕放电组件，其特征在于，所述电晕放电单元是多个，
所述多个电晕放电单元的电晕金属丝按施加的脉冲极性交替设置。
7.根据权利要求6所述的电晕放电组件，其特征在于，所述电晕放电单元的电晕金属丝线性排列。
8.根据权利要求6所述的电晕放电组件，其特征在于，所述电晕放电单元的电晕金属丝呈折线形阵列方式排列。
9.根据权利要求6所述的电晕放电组件，其特征在于，所述电晕放电单元的电晕金属丝呈成环形阵列排列。
10.一种离子迁移谱仪，其特征在于，包括依序设置的离化区、离子门、迁移区和法拉第盘；
所述离化区内固定有电晕放电组件；
所述电晕放电组件是权利要求1-9任意一项所述的电晕放电组件。
11.根据权利要求10所述的离子迁移谱仪，其特征在于，所述离化区的电位与所述电晕金属丝的直流偏置相等。
12.根据权利要求10所述的离子迁移谱仪，其特征在于，所述电晕金属丝的方向与离子迁移管的轴向方向垂直。
13.一种电晕放电方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任意一项所述的电晕放电组件，包括如下步骤：
向所述电晕金属丝上施加幅度相等极性相反的脉冲。
14.根据权利要求13所示的电晕放电方法，其特征在于，还包括向电晕金属丝通电消除氧化层的步骤。
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