CN106442695A - 一种离子源以及离子迁移谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种离子源以及离子迁移谱仪，属于离子迁移谱检测技术领域，该离子源包括：进样管、冷凝针、冷却组件、对电极片和高压电源，进样管用于导入混合在水蒸汽中的样品，冷却组件与冷凝针的一端连接，用于降低冷凝针上的温度，以使得混合在水蒸汽中的样品凝结在冷凝针上，高压电源在冷凝针和对电极片之间形成电场，用于将凝结在冷凝针另一端上的液滴破碎成向对电极片方向移动的离子化喷雾。该离子源与传统离子源相比，所需样品量小，所需的电压也比较小，从而其功耗也小。

Description

一种离子源以及离子迁移谱仪
技术领域
本发明涉及离子迁移谱检测技术领域，具体涉及一种离子源以及离子迁移谱仪。
背景技术
离子迁移谱技术(Ion Mobility Spectrometry，简称：IMS)，也称离子迁移率谱是在20世纪70年代初出现的一种新的气相分离和检测技术。它是基于气相离子在电场中迁移速率的差异对物质进行表征的分析技术。与传统的色谱和质谱等检测技术相比具有设备结构简单、在常压条件下工作而无需真空系统、检测灵敏度高、分析速度快、易于小型化和便携化等优点。其中离子源是IMS技术的重要组成部分，在样品分子电离成样品离子过程中起关键作用。
传统的离子源需要利用注射泵将样品溶液推进，在高电场的作用下，形成带电液滴，经注射泵推力和牵引电场的作用，喷射形成雾化离子团，再经收集极采集离子信号，达到检测分析样品的目的。该传统方案下，对电场(电压)要求高、功耗大、样品消耗多。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于利用采样泵的推力和强牵引电场的作用使得采样泵输出的样品溶液形成雾化离子团，样品消耗多、对电压要求高从而功耗也大。
为此，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种离子源，包括：进样管、冷凝针、冷却组件、对电极片和高压电源，进样管用于导入混合在水蒸汽中的样品，冷却组件与冷凝针的一端连接，用于降低冷凝针上的温度，以使得混合在水蒸汽中的样品凝结在冷凝针上，高压电源在冷凝针和对电极片之间形成电场，用于将凝结在冷凝针另一端上的液滴破碎成向对电极片方向移动的离子化喷雾。
可选地，冷却组件包括半导体制冷片，半导体制冷片包括热端、冷端，设置在冷端与热端之间的P型半导体元件和N型半导体元件，以及用于供电的直流电源，在冷端电流由N型半导体元件流向P型半导体元件，在热端电流由P型半导体元件流向N型半导体元件，半导体制冷片的冷端与冷凝针的一端固定。
可选地，冷却组件还包括导体件，导体件设置在热端与N型半导体元件、P型半导体元件之间，以及冷端与N型半导体元件、P型半导体元件之间，用于引导电流的流向。
可选地，冷却组件包括冷却箱，冷却箱上设有与冷凝针一端配合插接的凹槽，冷却箱内设有用于填充冷却液的冷却腔。
可选地，冷却液为液氮或液氦。
可选地，冷却箱上设有冷却液入口和冷却液出口，用于实现冷却液的流动。
一种离子迁移普仪，包括：
上述任一种离子源，用于形成样品的雾化离子团；
离子迁移管，用于传送样品的雾化离子团；
检测组件，对离子迁移管传送过来的样品的雾化离子团进行成分分析。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明实施例提供的离子源，待检测的样品与水蒸汽混合后从进样管以气体形式进入壳体内，当其遇到温度较低的冷凝针时，将会在冷凝针上凝结成液体，然后再由高压电源提供的极强电场将冷凝针针尖处的液滴破碎成直径极小的带电小液滴并向对电极片移动，从而形成离子化的样品喷雾。该离子源仅需将少量的待测样品与水蒸汽混合就可以形成用于检测的离子团，与现有技术中需要将样品溶液推进离子源腔室相比，其对样品的需求量大大地减少。另外，本实施例中仅需要将凝结于冷凝针针尖处的液滴破碎成雾化离子团，与现有技术中采样泵推进的样品溶液需要利用高电场形成带电液滴、然后再利用电场形成雾化离子团相比，其所需要的电压比较小，因此该离子源的功耗也比传统的离子源低。
2.本发明实施例提供的离子源，利用半导体制冷片为冷凝针降温以将与水蒸汽混合的样品凝结成液滴，半导体制冷片不需要任何制冷剂、没有污染源，工作时没有振动，使用寿命长，结构简单、尺寸小、安装容易。半导体制冷片是电流换能型器件，通过输入电流的控制可以实现温度的控制。另外，其热惯性非常小，制冷时间很快。
3.本发明实施例提供的离子迁移谱仪，待检测的样品与水蒸汽混合后从进样管以气体形式进入其内部，当混合了水蒸汽的样品遇到温度较低的冷凝针时，将会在冷凝针上凝结成液体，然后再由高压电源提供的极强电场将冷凝针针尖处的液滴破碎成直径极小的带电小液滴并向对电极片移动，从而形成离子化的样品喷雾。该离子源仅需将少量的待测样品与水蒸汽混合就可以形成用于检测的离子团，与现有技术中需要将样品溶液推进离子迁移谱仪内部相比，其对样品的需求量大大地减少。另外，本发明实施例中仅需要将凝结于冷凝针针尖处的液滴破碎成雾化离子团，与现有技术中采样泵推进的样品溶液需要利用高电场形成带电液滴、然后再利用电场形成雾化离子团相比，其所需要的电压比较小，因此该离子迁移谱仪的功耗也比使用传统离子源的更低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中离子源的结构示意图；
图2为本发明实施例1中设置了半导体制冷片的离子源结构示意图；
图3为本发明实施例1中半导体制冷片的结构示意图。
附图标记：1-壳体，2-冷却组件，21-热端，22-导体件，23-P型半导体元件，24-冷端，25-N型半导体元件，26-直流电源，3-进样管，4-冷凝针，5-对电极片，6-高压电源。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
如图1所示，本施例提供一种离子源，包括：进样管3、冷凝针4、冷却组件2、对电极片5和高压电源6，进样管3用于导入混合在水蒸汽中的样品，冷却组件2与冷凝针4的一端连接，用于降低冷凝针4上的温度，以使得混合在水蒸汽中的样品凝结在冷凝针4上，高压电源6在冷凝针4和对电极片5之间形成电场，用于将凝结在冷凝针4另一端上的液滴破碎成向对电极片5方向移动的离子化喷雾。上述冷凝针4可以是实心的，且该冷凝针4不与进样管3直接连接或接触。
本实施例提供的离子源，还包括壳体1，用于形成与外界隔离的腔室。待检测的样品与水蒸汽混合后从进样管3以气体形式进入壳体1内，当其遇到温度较低的冷凝针4时，将会在冷凝针4上凝结成液体，然后再由高压电源6提供的极强电场将冷凝针4针尖处的液滴破碎成直径极小的带电小液滴并向对电极片5移动，从而形成离子化的样品喷雾。该离子源仅需将少量的待测样品与水蒸汽混合就可以形成用于检测的离子团，与现有技术中需要将样品溶液推进离子源腔室相比，其对样品的需求量大大地减少。另外，本实施例中仅需要将凝结于冷凝针4针尖处的液滴破碎成雾化离子团，与现有技术中采样泵推进的样品溶液需要利用高电场形成带电液滴、然后再利用电场形成雾化离子团相比，其所需要的电压比较小，因此该离子源的功耗也比传统的离子源低。
作为其中一个优选的具体实施方式，如图2所示，冷却组件2包括半导体制冷片，半导体制冷片包括热端21、冷端24，设置在冷端24与热端21之间的P型半导体元件23和N型半导体元件25，以及用于供电的直流电源26，在冷端24电流由N型半导体元件25流向P型半导体元件23，在热端21电流由P型半导体元件23流向N型半导体元件25，半导体制冷片的冷端24与冷凝针4的一端固定。
本实施例中利用半导体制冷片为冷凝针4降温以将与水蒸汽混合的样品凝结成液滴，半导体制冷片不需要任何制冷剂、没有污染源，工作时没有振动，使用寿命长，结构简单、尺寸小、安装容易。半导体制冷片是电流换能型器件，通过输入电流的控制可以实现温度的控制。另外，其热惯性非常小，制冷时间很快。
具体地，如图2和图3所示，冷却组件2还包括导体件22，导体件22设置在热端21与N型半导体元件25、P型半导体元件23之间，以及冷端24与N型半导体元件25、P型半导体元件23之间，用于引导电流的流向。具体如图3所示，P型半导体元件23和N型半导体元件25间隔排列在冷端24和热端21之间，位于下端的N型半导体元件25右端通过紧贴冷端24的导体件22与其上方紧邻的P型半导体元件23的右端连接，以使得N型半导体元件25上的电流可以流向P型半导体元件23，该P型半导体元件23的左端通过紧贴热端21的导体件22与其上方的N型半导体元件25的左端连接，以使得P型半导体元件23上的电流可以流向N型半导体元件25，该位于上方的N型半导体元件25的右端又通过紧贴冷端24的导体件22与其上方的P型半导体元件23的右端连接，以使得其上的电流可以流向P型半导体元件23。各导体件22之间相互独立，冷端24和热端21均为绝缘材料，具体可以是陶瓷片。
在其他的具体实施方式中，冷却组件2还可以包括冷却箱，冷却箱上设有与冷凝针4一端配合插接的凹槽，冷却箱内设有用于填充冷却液的冷却腔。冷却液具体可以为液氮或液氦。另外，冷却箱上设有冷却液入口和冷却液出口，用于实现冷却液的流动，以对冷凝针4。
实施例2
本实施例提供了一种离子迁移普仪，包括：
上述实施例1所述的离子源，用于形成样品的雾化离子团；
离子迁移管，用于传送样品的雾化离子团；
检测组件，对离子迁移管传送过来的样品的雾化离子团进行成分分析。
本实施例提供的离子迁移谱仪，待检测的样品与水蒸汽混合后从进样管3以气体形式进入其内部，当混合了水蒸汽的样品遇到温度较低的冷凝针4时，将会在冷凝针4上凝结成液体，然后再由高压电源6提供的极强电场将冷凝针4针尖处的液滴破碎成直径极小的带电小液滴并向对电极片5移动，从而形成离子化的样品喷雾。该离子源仅需将少量的待测样品与水蒸汽混合就可以形成用于检测的离子团，与现有技术中需要将样品溶液推进离子迁移谱仪内部相比，其对样品的需求量大大地减少。另外，本实施例中仅需要将凝结于冷凝针4针尖处的液滴破碎成雾化离子团，与现有技术中采样泵推进的样品溶液需要利用高电场形成带电液滴、然后再利用电场形成雾化离子团相比，其所需要的电压比较小，因此该离子迁移谱仪的功耗也比使用传统离子源的更低。而且该离子迁移谱仪的检测灵敏度和分辨率不比使用传统离子源的低。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种离子源，其特征在于，包括：进样管(3)、冷凝针(4)、冷却组件(2)、对电极片(5)和高压电源(6)，所述进样管(3)用于导入混合在水蒸汽中的样品，所述冷却组件(2)与所述冷凝针(4)的一端连接，用于降低所述冷凝针(4)上的温度，以使得所述混合在水蒸汽中的样品凝结在所述冷凝针(4)上，所述高压电源(6)在所述冷凝针(4)和所述对电极片(5)之间形成电场，用于将凝结在所述冷凝针(4)另一端上的液滴破碎成向所述对电极片(5)方向移动的离子化喷雾。
2.根据权利要求1所述的离子源，其特征在于，所述冷却组件(2)包括半导体制冷片，所述半导体制冷片包括热端(21)、冷端(24)，设置在所述冷端(24)与所述热端(21)之间的P型半导体元件(23)和N型半导体元件(25)，以及用于供电的直流电源(26)，在所述冷端(24)电流由所述N型半导体元件(25)流向所述P型半导体元件(23)，在所述热端(21)电流由所述P型半导体元件(23)流向所述N型半导体元件(25)，所述半导体制冷片的所述冷端(24)与所述冷凝针(4)的一端固定。
3.根据权利要求2所述的离子源，其特征在于，所述冷却组件(2)还包括导体件(22)，所述导体件(22)设置在所述热端(21)与所述N型半导体元件(25)、所述P型半导体元件(23)之间，以及所述冷端(24)与所述N型半导体元件(25)、所述P型半导体元件(23)之间，用于引导电流的流向。
4.根据权利要求1所述的离子源，其特征在于，所述冷却组件(2)包括冷却箱，所述冷却箱上设有与所述冷凝针(4)一端配合插接的凹槽，所述冷却箱内设有用于填充冷却液的冷却腔。
5.根据权利要求4所述的离子源，其特征在于，所述冷却液为液氮或液氦。
6.根据权利要求4或5所述的离子源，其特征在于，所述冷却箱上设有冷却液入口和冷却液出口，用于实现所述冷却液的流动。
7.一种离子迁移普仪，其特征在于，包括：
如权利要求1-6中任一项所述的离子源，用于形成样品的雾化离子团；
离子迁移管，用于传送样品的雾化离子团；
检测组件，对所述离子迁移管传送过来的样品的雾化离子团进行成分分析。
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