CN109887823B - 一种离子迁移管及离子迁移谱仪 - Google Patents

Abstract

设计了一种由平面电极板组成的分压电极和离子门与迁移管体完全一体化的一种微型离子迁移管。采用平面电极板、极板连接柱和离子门丝组成的一体化迁移管体将反应区、离子门、迁移区和分压电阻组合为一个有机整体，利于小型化，微型化和密封性。采用组合结构组成电极，突破原来圆形电极的思维定势。将电离源和栅网、法拉第盘与迁移管体分离设计有利于变换电离和信号接收方式，扩展应用范围，降低成本，易于维护。

Description

一种离子迁移管及离子迁移谱仪

技术领域

本发明涉及离子迁移技术领域，具体涉及一种离子迁移管，提出一种由平面电极板组成的微型离子迁移管。

背景技术

离子迁移管是离子迁移谱的核心部件，作为离子的分离和检测器，通常由5大部分组成：电离源、反应区、离子门、迁移区和法拉第盘。传统迁移管一般设计成中空圆筒状，这样有利于电场的均匀性。它们采用各自独立电极环与绝缘环彼此间隔交替组成离子迁移管的反应区与迁移区，为了实现电场的均匀性，电极环之间采用分压电阻分压，分压电阻或者内置焊接在电极环上，或者用导线连接与外置的分压板上，分压电阻放置比较复杂，迁移管结构相对复杂，连线复杂，体积大，不易维修。许多电极环和绝缘环彼此间隔，对迁移管密封性和组装时迁移管同心度提出了挑战。

此外，传统离子迁移管中，离子门多为独立器件，增加了迁移管一体化的难度。

为此设计了一种由平面电极板组成的分压电极和离子门与迁移管体完全一体化的一种矩形微型离子迁移管。体积小、结构简单、密封性好、一致性好，维修简单，对离子迁移管的一体化进程启到一定推动作用，开拓了离子迁移管的设计思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种微型离子迁移管，它是由平面电极板组成的分压电极和离子门与迁移管体完全一体化的一种矩形离子迁移管，解决现有技术中存在一体化，微型化和密封性等的技术问题。

本发明采用下面技术方案:

一种离子迁移管，包括从左向右沿离子传输方向间隔排列的环状电极，其特征在于：所述环状电极包括平行设置的上条状电极片和下条状电极片，上条状电极片和下条状电极片二端分别通过导电连接柱相连，上条状电极片、下条状电极片及二个导电连接柱形成一个矩形的环状电极；环状电极垂直离子传输方向方向的截面平行，截面为形状和尺寸相同矩形。

离子迁移管的间隔排列的环状电极的几何中心处于同一对称中心线上。

离子迁移管包括绝缘体、上平面电极板和下平面电极板，所述绝缘体是一个带有长方体中空腔室的绝缘体，将上平面电极板和下平面电极板分别置于绝缘体腔室内相对的上下两个面上；用于隔离绝缘上、下平面电极板，形成迁移管体的中空结构；

所述的上平面电极板和下平面电极板，均为平面电极板，平面电极板左侧部分作为反应区电极区，中间部分作为离子门电极区，右侧部分作为迁移区电极区；在反应区和迁移区的位置，沿离子迁移方向分布两组等间隔平行的金属导线带，第一组在反应区，第二组在迁移区

在两组金属导线带中间，设有等间隔一排用于穿离子门丝的通孔，通孔排列方向与金属导线带平行，

于所述的上平面电极板和下平面电极板上的金属导线带一一对应平行设置，相对应的金属导线带二端分别通过导电连接柱相连，形成矩形的环状电极；

于所述的上平面电极板和下平面电极板上的用于穿离子门丝的通孔内穿有导电离子门丝，相间隔的通孔内的导电离子门丝电连接，形成离子门。

以离子迁移方向为金属导线带宽度，在每个金属导线带的两端各设有一个用于穿导电连接柱的通孔；通孔内穿套有导电连接柱，金属导线带和导电连接柱宽度相同。

通孔处金属导线带宽度大于中部矩形的金属导线带宽度，中部矩形金属导线带与过孔孔径等宽，导电连接柱采用导电金属材质，横截面为圆形或矩形等其他形状，粗细根据通孔孔径选择。

用于穿离子门丝的通孔间隔距离一般为0.5-2mm，孔径根据离子门丝粗细而定一般为0.1-0.5mm；离子门丝通过分压电阻与其他环状电极或环状电极的分压电阻连接，导电金属材质，横截面根据通孔截面积选择。

离子迁移管所述金属导线带可以在平面电极板一侧表面或二侧表面对称并联设置。

相邻环状电极通过分压电阻相连，分压电阻直接焊接在平面电极板的金属导线带上或置于平面电极板外部。

平面电极板可以为印制电路板(PCB板)、印制陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯或聚酰亚胺薄膜等基材电极板；平面电极板可有焊接分压电阻的焊盘。

一种采用所述离子迁移管的离子迁移谱仪，包括离子迁移管和电离源，栅网和法拉第盘；离子迁移管包括离子迁移管的反应区、离子门和迁移区三部分；电离源置于离子迁移管左侧，栅网置于迁移管右侧，法拉第盘置于栅网右侧形成微型离子迁移谱仪结构；所述的电离源可以采用VUV灯、镍源、电晕放电、电喷雾或激光等电离方式。

本发明将传统的离子迁移管的离子门、电极环与绝缘环相间隔的分离结构，采用平面电极板、极板连接柱和离子门丝组成的一体化迁移管体将反应区、离子门、迁移区和分压电阻组合为一个有机整体，利于小型化，微型化和密封性。采用组合结构组成电极，突破原来圆形电极的思维定势。将电离源和栅网、法拉第盘与迁移管体分离设计有利于变换电离和信号接收方式，扩展应用范围，降低成本，易于维护。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：

图1本发明以VUV灯电离源为例微型离子迁移管整体结构示意图。

图2本发明以VUV灯电离源为例微型离子迁移管整体结构剖面图。

图3本发明以VUV灯电离源为例一体化的迁移管体电极结构示意图。

图4本发明以平面电极板结构示意图。

具体实施方式

从微型离子迁移管整体结构示意图图1所示，以VUV灯电离源为例，其它电离源可以参照此设计修改。该迁移管包括电离源1、电离源安装架2、推斥电极3、上平面电极板4、绝缘体5、下平面电极板6、离子门丝7、极板连接柱8、分压电阻9、栅网10、法拉第盘安装架11、法拉第盘12和法拉第盘屏蔽罩13。

电离源1、电离源安装架2、推斥电极3固定于绝缘体5的前面形成电离源区和推斥极区。栅网10、法拉第盘安装架11、法拉第盘12和法拉第盘屏蔽罩13固定于绝缘体5的后面形成离子信号的接收和屏蔽区。它们安装顺序和结构可按图示意执行。即，电离源安装架2是中空结构，将电离源1VUV灯置于其中，在电离源1放置一推斥电极3，即可形成电离源区和推斥极区；法拉第盘安装架11内部有一安装孔法拉第盘12固定于其中，栅网10置于法拉第盘12前面，距离法拉第盘12越0.5-2mm，法拉第盘屏蔽罩13将栅网10、法拉第盘安装架11和法拉第盘12罩住，用于屏蔽电磁干扰，它们一起形成离子信号的接收和屏蔽区。

从剖面图图2看出，离子迁移管的总体也分为电离区，反应区，离子门，迁移区和信号接收区5个部分，在信号接收区有一个漂气入口16，反应区有载气入口14和出气口15，它们一起用于对离子迁移管的吹扫作用。

上平面电极板4、绝缘体5、下平面电极板6、离子门丝7、极板连接柱8和分压电阻9一起组合成迁移管体，该部分包括反应区，离子门和迁移区三部分。绝缘体5采用的矩形结构，上平面电极板4和下平面电极板6分别置于绝缘体5两个对立面，两组极板连接柱8穿过绝缘体5分别与上平面电极板4、下平面电极板6上过孔18相连通，这样每两个极板连接柱8与上平面电极板4和下平面电极板6的金属导线带17一起组成一个矩形的电极框，若干个这样的电极框沿电离区和信号接收区的方向以相同的间隔排列在一起就形成一个电极区，在离子迁移管的离子门前面形成的叫反应区，其后形成的为迁移区，在电极框之间焊接分压电阻9就完成了电极框间的分压。

离子门也集成到迁移管体中，在上平面电极板4和下平面电极板6的结构如图4所示，在离子门区，有微型过孔20和连接彼此间隔的微型过孔20印制电路导线19，将若干根离子门丝7一次穿过上平面电极板4和下平面电极板6的对应微型过孔20，就形成一排离子门丝网，它们相互平行，彼此间隔相连，在上面施加脉冲电场就实现离子门的开合。

极板连接柱8、金属导线带17和过孔18形成电极框和离子门丝7和微型过孔20形成的离子门可以在图3迁移管体结构示意图中看见。迁移管体的前面放置一个电离源1，后面放置了一个法拉第盘12。

在图4中还可以看见反应电极区和迁移电极区依次排列的金属导线带17和过孔18，它们是构成电极框的基础。它们是等间隔排列的金属导线带17的两端分别有一过孔18。

在图1中显示了分压电阻9是直接焊在上平面电极板4上，同样可以将它焊接在下平面电极板6，或者将它外置于平面电极板外也行起到分压作用。

图2中示意的极板连接柱8穿过绝缘体5时中完全在绝缘体5中的，同样的部分或完全在绝缘体5外也是同样适用本专利。绝缘体5起支撑作用可根据需要设计成其它结构(如隔离柱)同样适用本专利。

以上实施方式使用VUV电离源做说明的，对于镍源、电晕放电、电喷雾，激光电离等电离源可以对照此进行设计，同样适用本专利。

Claims (10)

1.一种离子迁移管，包括从左向右沿离子传输方向间隔排列的环状电极，其特征在于：所述环状电极包括平行设置的上条状电极片和下条状电极片，上条状电极片和下条状电极片二端分别通过导电连接柱相连，上条状电极片、下条状电极片及二个导电连接柱形成一个矩形的环状电极；环状电极垂直离子传输方向方向的截面平行，截面为形状和尺寸相同矩形；

离子迁移管包括绝缘体、上平面电极板和下平面电极板，绝缘体是一个带有长方体中空腔室的绝缘体，将上平面电极板和下平面电极板分别置于绝缘体腔室内相对的上下两个面上；用于隔离绝缘上、下平面电极板，形成迁移管体的中空结构；

上平面电极板和下平面电极板，均为平面电极板，平面电极板左侧部分作为反应区电极区，中间部分作为离子门电极区，右侧部分作为迁移区电极区；在反应区电极区和迁移区电极区的位置，沿离子迁移方向分布两组等间隔平行的金属导线带，第一组在反应区电极区，第二组在迁移区电极区，两个导电连接柱与上平面电极板和下平面电极板的金属导线带一起组成一个矩形的环状电极；上条状电极片和下条状电极片由上平面电极板和下平面电极板上的金属导电带组成，

在两组金属导线带中间，设有等间隔一排用于穿离子门丝的通孔，通孔排列方向与金属导线带平行，

于所述的上平面电极板和下平面电极板上的用于穿离子门丝的通孔内穿有导电离子门丝，相间隔的通孔内的导电离子门丝电连接，形成离子门。

2.如权利要求1所述的离子迁移管，其特征在于：间隔排列的环状电极的几何中心处于同一对称中心线上。

3.如权利要求1所述的离子迁移管，其特征在于：

于所述的上平面电极板和下平面电极板上的金属导线带一一对应平行设置，相对应的金属导线带二端分别通过导电连接柱相连，形成矩形的环状电极。

4.如权利要求3所述的离子迁移管，其特征在于：

以离子迁移方向为金属导线带宽度，在每个金属导线带的两端各设有一个用于穿导电连接柱的通孔；通孔内穿套有导电连接柱，非通孔中部矩形处金属导线带和导电连接柱宽度相同。

5.如权利要求4所述的离子迁移管，其特征在于：通孔处金属导线带宽度大于中部矩形的金属导线带宽度，中部矩形金属导线带与通孔孔径等宽，导电连接柱采用导电金属材质，横截面为圆形或矩形，粗细根据通孔孔径选择。

6.如权利要求3所述的离子迁移管，其特征在于：

用于穿离子门丝的通孔间隔距离为0.5-2mm，孔径根据离子门丝粗细而定，孔径范围为0.1-0.5mm；离子门丝通过分压电阻与其他环状电极或环状电极的分压电阻连接，横截面根据通孔截面积选择。

7.如权利要求3所述的离子迁移管，其特征在于：所述金属导线带可以在平面电极板一侧表面或二侧表面对称并联设置。

8.如权利要求1-7任一所述的离子迁移管，其特征在于：相邻环状电极通过分压电阻相连，分压电阻直接焊接在平面电极板的金属导线带上或置于平面电极板外部。

9.如权利要求8所述的离子迁移管，其特征在于：

平面电极板为印制电路板（PCB板）、印制陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯或聚酰亚胺薄膜基材电极板；平面电极板有焊接分压电阻的焊盘。

10.一种采用权利要求1-8任一所述离子迁移管的离子迁移谱仪，其特征在于：

包括离子迁移管和电离源，栅网和法拉第盘；离子迁移管包括离子迁移管的反应区、离子门和迁移区三部分；电离源置于离子迁移管左侧，栅网置于迁移管右侧，法拉第盘置于栅网右侧形成微型离子迁移谱仪结构；所述的电离源采用VUV灯、镍源、电晕放电、电喷雾或激光电离方式。

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