CN112309821A - 一种法拉第盘、离子迁移管及离子迁移谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种法拉第盘、离子迁移管及离子迁移谱仪,包括位于同一平面内的安装环和离子接收极,安装环适于与迁移管内壁连接,离子接收极与安装环之间通过设有连接件,相邻的连接件之间具有允许连接件发生形变的避让空间;受到高温的作用,安装环受热膨胀向连接件施加使其朝向安装环中心方向的第一偏压力,离子接收极受热膨胀向连接件施加使其朝向远离安装环中心方向的第二偏压力,第一偏压力和第二偏压力的作用方向相反,同时作用于连接件,使得连接件发生弯曲变形,受力更加均匀,更有利于多根连接件形变的一致性,更有利于离子接收极在周向作旋转,进而减少了离子接收极的表面凸出或凹陷的现象,离子接收极与前电极之间的电场受到的影响更小。
Description
技术领域
本发明涉及离子迁移谱技术领域,具体涉及一种法拉第盘、离子迁移管及离子迁移谱仪。
背景技术
离子迁移谱技术是一种痕量气体样品的检测技术。离子迁移谱(IMS)作为一种气相离子分离和检测技术,被广泛使用在爆炸物、毒品和化学战剂等快速检测技术中。
离子迁移谱的基本原理是在大气压条件下,气相离子在外加电场中运动。不同种类的离子因质量、电荷数、碰撞截面等特性参数的差异,在均匀电场中具有不同的迁移速率,因而离子到达检测器所需要的时间不同,实现分离检测。
法拉第盘,又称离子接收器、离子接收电极或电荷检测器,是迁移管型IMS的一个关键组件,在每个测试周期中,气体样品在离子迁移管的反应区被离子化,经过离子门的控制进入到迁移区,分子离子在迁移区电场的作用下向法拉第盘迁移,法拉第盘接收到经过离化区、迁移区运动过来的带电离子,形成变化的电流,经过放大器放大,然后经信号采集系统进行采集,最后在显示设备上显示出谱图,反应出法拉第盘上接收的电荷随时间的变化曲线。
现有的常用的法拉第盘是一块厚度较薄的实心金属圆盘,圆盘的外缘作为安装部紧固在迁移管内,漂移气从进气口进入漂移管后,由于法拉第盘的阻挡,漂移气从离子接收极与漂移管壁之间的空隙进入漂移区,法拉第盘变成了漂移气气路中的一块屏障,法拉第盘右侧形成了一块低压区,这造成了法拉第盘附近气流的不稳定;为了解决上述技术问题,现在技术采用在实心金属圆盘状的法拉第盘上开设有若干个尺寸较小的通孔,用于漂移气通过,圆孔的外缘部分作为安装部与迁移管固定,圆孔的内侧部分作为离子接收极与前级电极环相对设置,形成有驱动离子作朝向离子接收极运动的均匀电场;但是由于IMS中的迁移管一般需要进行加热,工作在相对高的温度。在高温下,由于热胀冷缩效应,法拉第盘容易在径向方向上发生较大的机械形变,采用上述技术方案的法拉第盘由于法拉第盘外缘紧固在迁移管上,金属圆盘的外围被固定,通孔外侧的部分被固定,沿径向向内朝向通孔发生形变,通孔内侧的部分沿径向向外朝向通孔发生形变,通孔内外部分均挤压通孔,由于通孔的尺寸较小,因此通孔内外部分的径向形变受到约束,进而表现为在法拉第盘表面出现凸出或凹进的现象,这就导致其与前级电极环之间的电场变得更加不均匀,从而引起所测样品的特征峰半峰宽增大、分辨率降低。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的法拉第盘开设圆形通孔造成使用时,法拉第盘表面受热膨胀发生凸出或凹进的现象,从而导致法拉第盘与前级电极环之间的电场不均匀的技术问题。
本发明的一种法拉第盘,包括安装环,采用受热膨胀且受冷收缩的材质,适于与迁移管内壁固定安装;
离子接收极,与所述安装环设置在同一平面上;
至少两个连接件,分别连接所述安装环与所述离子接收极,相邻两个连接件之间形成有允许所述连接件发生形变的避让空间,在高温下所述安装环受热膨胀向所述连接件施加使其朝向所述安装环中心方向的第一偏压力,和/或所述离子接收极受热膨胀向所述连接件施加使其朝向远离所述安装环中心方向的第二偏压力,所述连接件发生形变以带动所述离子接收极沿法拉第盘的周向方向转动。
优选地,所述的法拉第盘,所述离子接收极设置于所述离子接收极的圆心且与所述安装环同圆心设置。
优选地,所述的法拉第盘,所述连接件的一端与所述安装环的内侧连接,另一端与所述离子接收极的外侧连接,相邻两个所述连接件之间形成有容纳漂移气通过的孔隙,所述避让空间构成所述孔隙。
优选地,所述的法拉第盘,所述连接件一端由所述离子接收极的切点出发沿所述离子接收极的切线方向延伸并与所述安装环的内侧连接。
优选地,所述的法拉第盘,所述连接件弯曲呈圆弧状,多个所述连接件的弯曲方向一致。
优选地,所述的法拉第盘,所述法拉第盘呈中心对称。
优选地,所述的法拉第盘,所述法拉第盘的厚度小于1mm。
优选地,所述的法拉第盘,所述法拉第盘为金属材质,采用金属蚀刻工艺加工制成。
优选地,所述的法拉第盘,所述安装环的直径为所述离子接收极的直径的2.2-2.6倍;所述连接件的长度为所述离子接收极的直径的0.75-0.9倍。
本发明的另一个目的在于提供一种离子迁移管,包括外管,所述外管内沿离子传输方向依序设置有电离区、反应区、离子门、迁移区和检测区,所述反应区内设有离子反应装置,所述迁移区内设有离子漂移装置,所述检测区内设有离子检测装置,所述离子检测装置包括栅网和法拉第盘,
所述法拉第盘为上述任一项所述的法拉第盘。
本发明还有一个目的在于提供一种离子迁移谱仪,包括电离源装置和离子迁移管,所述电离源装置设置在所述离子迁移管的电离区内,所述离子迁移管为上述所述的离子迁移管。
本发明技术方案,具有如下优点:
1.本发明提供的一种法拉第盘,包括位于同一平面内的安装环和离子接收极,安装环适于与迁移管内壁连接,离子接收极与安装环之间通过设有连接件,相邻的连接件之间具有允许连接件发生形变的避让空间;此种结构的法拉第盘,由于采用了受热膨胀受冷收缩的材质,故而在使用时,受到高温的作用,安装环受热膨胀向连接件施加使其朝向安装环中心方向的第一偏压力,第一偏压力使得连接件发生弯曲变形,连接件发生形变以带动离子接收极沿法拉第盘的周向方向转动,将法拉第盘表面的形变转化为了离子接收极的周向旋转,进而减少了离子接收极的表面凸出或凹陷的现象,离子接收极与前电极之间的电场受到的影响更小。
2.本发明提供的一种法拉第盘,安装环和离子接收极均采用受热膨胀受冷收缩的材质,受到高温的作用,安装环受热膨胀向连接件施加使其朝向安装环中心方向的第一偏压力,离子接收极受热膨胀向连接件施加使其朝向远离安装环中心方向的第二偏压力,第一偏压力和第二偏压力的作用方向相反,同时作用于连接件,使得连接件发生弯曲变形,受力更加均匀,更有利于多根连接件形变的一致性,更有利于离子接收极在周向作旋转,进而减少了离子接收极的表面凸出或凹陷的现象,离子接收极与前电极之间的电场受到的影响更小。
3.本发明提供的一种法拉第盘,离子接收极位于安装环的圆心位置且与离子接收极同圆心设置,形状分布更均匀,便于加工的同时也使得电场集中在中间部分,避免离子在迁移过程中与迁移管壁之间发生碰撞,影响测量效果。
4.本发明提供的一种法拉第盘,厚度小于1mm,相比现有技术中的开圆孔的法拉第盘更薄,同时采用金属蚀刻工艺加工制成,加工工艺更加简便,加工成本更低。
5.本发明提供的一种法拉第盘,连接件呈圆弧形且弯曲方向一致,发生形变时形变方向一致,更有利于连接件拉动离子接收极作周向旋转。
6.本发明提供的一种法拉第盘,安装环的直径为离子接收极的直径的2.2-2.6倍;连接件的长度为离子接收极的直径的0.75-0.9倍,确保连接牢固的情况下,使得避让空间足够大,更利于连接件在避让空间内作形变,减小了离子接收极表面的凸出或凹进现象。
7.本发明提供的一种离子迁移谱仪,包括上述的法拉第盘,由于离子接收极和安装环之间设有连接件,且相邻连接件之间具有避让空间,受到高温的作用,安装环受热膨胀向连接件施加使其朝向安装环中心方向的第一偏压力,离子接收极受热膨胀向连接件施加使其朝向远离安装环中心方向的第二偏压力,第一偏压力和第二偏压力的作用方向相反,同时作用于连接件,使得连接件发生弯曲变形,受力更加均匀,更有利于多根连接件形变的一致性,更有利于离子接收极在周向作旋转,进而减少了离子接收极的表面凸出或凹陷的现象,离子接收极与前电极之间的电场受到的影响更小,可以有效提高离子迁移谱的分辨率。
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为本发明的法拉第盘的其中一种结构图;
图2为本发明的法拉第盘的另一种结构图。
附图标记说明:
1-安装环;
2-离子接收极;
3-连接件;
4-避让空间。
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,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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,可以是两个元件内部的连通。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
本实施例的法拉第盘,如图1至图2所示,包括包括安装环1、离子接收极2和连接件3,其中安装环1和离子接收极2设置在同一平面,安装环1为圆环形,采用受热膨胀且受冷收缩的材质,适于与迁移管内壁固定安装;离子接收极2呈圆形结构,离子接收极2设置在安装环1的中间的空间内,使得安装环1和离子接收极2之间具有环形空隙,六个连接件3,位于该环形空隙内且其两端分别连接安装环1与离子接收极2,六个连接件3均匀分布,使得法拉第盘呈中心对称结构,相邻两个连接件3之间形成有允许连接件3发生形变的避让空间,由于安装环1和离子接收2及均采用受热膨胀且受冷收缩的材质,在高温下安装环1受热膨胀向连接件3施加使其朝向安装环1中心方向的第一偏压力,离子接收极2受热膨胀向连接件3施加使其朝向远离安装环1中心方向的第二偏压力,第一偏压力和第二偏压力作用在连接件3上的作用力方向相反,由于避让空间的存在,连接件3具有足够的形变空间,连接件3的形变并没有受到约束,由于材质相同,故而安装环1内侧各点受到的膨胀力相同,施加在多个连接件3的第一偏压力也相同,同理,离子接收极2外侧各点的膨胀力相同,施加在连接件3上的第二偏压力也相同,多个连接件3受到的形变也相同,多个连接件3在发生形变时带动离子接收极2沿法拉第盘的周向方向转动,将离子接收极2表面的凹进或凸出转移到了离子接收极2的旋转,减小了离子接收极2表面的变形,使得其与前级电极环之间的电场更加均匀。可选的,离子接收极2也可以不限定位受热膨胀且受冷收缩的材质,仅仅安装环1采用受热膨胀且受冷收缩的材质,对连接件3施加朝向安装环1圆心的第一偏压力。可选的,连接件3的数量可以为两个、四个、六个、八个等等,具体不做限定。
可选的,安装环1设置于离子接收极2的圆心且与安装环1同圆心设置。便于加工,同时也能保证与前级电极环配对时,电场均匀分布在中间区域,减小离子迁移时离子与迁移管壁的碰撞。
如图1和图2所示,法拉第盘呈中心对称,连接件3的一端与安装环1的内侧连接,另一端与离子接收极2的外侧连接,相邻两个连接件3之间形成有容纳漂移气通过的孔隙,避让空间4构成孔隙。
如图2所示,法拉第盘呈中心对称,连接件3一端由离子接收极2的切点出发沿离子接收极2的切线方向延伸并与安装环1的内侧连接,连接件2的数量为四个,四个连接件3之间的空隙呈扇形结构。
如图1所示,法拉第盘呈中心对称,连接件3弯曲呈圆弧状,六个连接件3的弯曲方向一致,比如,均朝向顺时针方向弯曲或者均朝向逆时针方向弯曲,具体不做限定。
法拉第盘的厚度小于1mm。大大节省了材质成本。
法拉第盘为金属材质,比如不锈钢、铜、铝等,具体不做限定和描述,只要能保证与前级电极环构成电势体产生电势差以形成均匀的电场即可,为一整体金属圆片采用金属蚀刻工艺加工制成,具体工艺不做限定和描述。也可以为安装环、连接件和离子接收极单独加工后焊接连接而成。
安装环1的直径为离子接收极2的直径的2.2-2.6倍;连接件3的长度为离子接收极2的直径的0.75-0.9倍。
实施例2
本实施例的一种离子迁移管,包括外管,外管内沿离子传输方向依序设置有电离区、反应区、离子门、迁移区和检测区,反应区内设有离子反应装置,迁移区内设有离子漂移装置,检测区内设有离子检测装置,离子检测装置包括栅网和法拉第盘,
法拉第盘为上述实施例1中的法拉第盘。
本实施例的离子迁移管为现有的离子迁移管结构,具体结构不做描述和限定。
实施例3
本实施的一种离子迁移谱仪,包括电离源装置和离子迁移管,电离源装置设置在离子迁移管的电离区内,离子迁移管为上述实施例2中的离子迁移管。本实施例的离子迁移谱仪为现有的常用的离子迁移谱仪,具体结构不做描述和限定。
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 (11)
1.一种法拉第盘,其特征在于,包括:
安装环(1),采用受热膨胀且受冷收缩的材质,适于与迁移管内壁固定安装;
离子接收极(2),与所述安装环(1)设置在同一平面上;
至少两个连接件(3),分别连接所述安装环(1)与所述离子接收极(2),相邻两个连接件(3)之间形成有允许所述连接件(3)发生形变的避让空间(4),在高温下所述安装环(1)受热膨胀向所述连接件(3)施加使其朝向所述安装环(1)中心方向的第一偏压力,和/或所述离子接收极(2)受热膨胀向所述连接件(3)施加使其朝向远离所述安装环(1)中心方向的第二偏压力,所述连接件(3)发生形变以带动所述离子接收极(2)沿法拉第盘的周向方向转动。
2.根据权利要求1所述的法拉第盘,其特征在于,所述离子接收极(2)设置于所述离子接收极(2)的圆心且与所述安装环(1)同圆心设置。
3.根据权利要求1或2所述的法拉第盘,其特征在于,所述连接件(3)的一端与所述安装环(1)的内侧连接,另一端与所述离子接收极(2)的外侧连接,相邻两个所述连接件(3)之间形成有容纳漂移气通过的孔隙,所述避让空间(4)构成所述孔隙。
4.根据权利要求3所述的法拉第盘,其特征在于,所述连接件(3)一端由所述离子接收极(2)的切点出发沿所述离子接收极(2)的切线方向延伸并与所述安装环(1)的内侧连接。
5.根据权利要求3所述的法拉第盘,其特征在于,所述连接件(3)弯曲呈圆弧状,多个所述连接件(3)的弯曲方向一致。
6.根据权利要求1所述的法拉第盘,其特征在于,所述法拉第盘呈中心对称。
7.根据权利要求1所述的一种法拉第盘,其特征在于,所述法拉第盘的厚度小于1mm。
8.根据权利要求1所述的一种法拉第盘,其特征在于,所述法拉第盘为金属材质,采用金属蚀刻工艺加工制成。
9.根据权利要求1所述的一种法拉第盘,其特征在于,所述安装环(1)的直径为所述离子接收极(2)的直径的2.2-2.6倍;所述连接件(3)的长度为所述离子接收极(2)的直径的0.75-0.9倍。
10.一种离子迁移管,包括外管,所述外管内沿离子传输方向依序设置有电离区、反应区、离子门、迁移区和检测区,所述反应区内设有离子反应装置,所述迁移区内设有离子漂移装置,所述检测区内设有离子检测装置,所述离子检测装置包括栅网和法拉第盘,其特征在于,
所述法拉第盘为上述权利要求1至9任一项所述的法拉第盘。
11.一种离子迁移谱仪,包括电离源装置和离子迁移管,所述电离源装置设置在所述离子迁移管的电离区内,其特征在于,所述离子迁移管为上述权利要求10所述的离子迁移管。
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