CN114199982A - 具有带电材料输送腔室的离子迁移谱装置 - Google Patents

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CN114199982A CN202111240552.6A CN202111240552A CN114199982A CN 114199982 A CN114199982 A CN 114199982A CN 202111240552 A CN202111240552 A CN 202111240552A CN 114199982 A CN114199982 A CN 114199982A
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V·邦达连科
V·瑟奇耶夫
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M·品尼尔斯基
I·库贝利克
Q·卞
S·费尔德贝格
D·J·格林
B·博索
A·J·帕特尔
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Abstract

本发明公开了一种离子检测组件，该离子检测组件包括迁移腔室、入口组件以及收集组件。所述迁移腔室由大致绝缘材料和/或半导体材料形成。图案化电阻轨迹设置在所述迁移腔室的内表面或外表面中的一者或者多者上。所述图案化电阻轨迹设置为连接至电能供应源。所述入口组件和所述收集组件与所述迁移腔室流体连通。所述入口组件包括用于接收样品的入口、用于使所述样品电离的反应区以及用于控制电离的样品进入所述迁移腔室的门。所述收集组件包括用于在电离的样品穿过所述迁移腔室后收集所述电离的样品。

Description

具有带电材料输送腔室的离子迁移谱装置
本申请是申请号为201480028334.8、申请日为2014年03月18日、名称为“具有带电材料输送腔室的离子迁移谱装置”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本申请要求于2013年3月18日提交的、名称为“具有带电粒子输送腔室的离子迁移谱(IMS)装置”、申请号为No.61/802,928的美国临时申请的权益，本申请通过引用的方式包含了该美国临时申请的全部。并且，本申请还要求于2013年7月31日提交的、名称为“具有带电粒子输送腔室的离子迁移谱装置”、申请号为No.61/860,773的美国临时申请的权益。
背景技术
离子迁移谱(Ion mobility spectrometry)涉及分析技术，该分析技术被用于分离和识别电离材料，例如，分子和原子。电离材料可以基于暴露于电场的载体缓冲气体(carrier buffer gas)的迁移率而在气相下被识别。因此，离子迁移谱(IMS)可以通过使材料电离并测量离子到达探测器的时间而从待检测的样品中识别材料。例如，IMS探测器使用了离子输送腔室，在离子输送腔室中，电场将电离的材料从腔室的入口驱动至腔室的出口。离子的飞行时间与其自身的迁移率有关，离子的迁移率与电离的材料的质量以及几何形状有关。IMS探测器的输出功率可以通过波峰的高度相比于迁移时间的光谱直观地描绘出。在一些实施例中，IMS探测器在高温下(例如，大于100℃(+100℃))运行。在其他实施例中，IMS探测器在无需加热的情况下运行。IMS探测器可以应用于军事和安全，例如，检测药品、爆炸物等。IMS探测器也可以应用于实验室分析，例如质谱测量的互补探测技术、液相色谱等。多段式的带电材料输送腔室经常会受到限制，包括费用高、装配复杂、维护频繁以及可靠性问题。目前还存在其他的基于具有连续导体或内部连续导电涂层的玻璃管或陶瓷管的单片式腔室，它们具有非均匀性和/或不稳定性电阻，这会降低检测质量。
发明内容
本发明描述的离子探测器组件包括带电材料输送腔室(例如，用于电离/反应和/或迁移区)、入口组件以及收集组件。所述带电材料输送腔室由大致绝缘材料和/或半导体材料形成。图案化电阻轨迹设置在所述带电材料输送腔室的内部面和外表面中的一者或者两者上。所述图案化电阻轨迹设置为连接至电能供应源。所述入口组件和所述收集组件与所述带电材料输送腔室流体连通。所述入口组件包括用于接收样品的入口、用于电离样品的反应室以及用于控制电离的样品进入所述带电材料输送腔室的门(a gate)。所述收集组件包括用于在电离的样品穿过所述带电材料输送腔室后收集电离的样品的收集盘。
这部分内容用于以简要的形式介绍本申请的观点，这种简要的形式在下文的说明书中将会进行详细的描述。这部分内容的目的并不是等同于本申请要求的关键特征或者必要特征，也不是用于确定本发明的保护范围。
附图说明
下文将参考附图对本发明进行详细的描述。在说明书和附图中的不同实施例中，相同的附图标记可能会代表类似的或者相同的部件。
图1是与本发明公开的实施例相一致的离子迁移谱(IMS)系统的示意图，该离子迁移谱系统包括具有图案化电阻轨迹(a patterned resistive trace)的迁移腔室，该图案化电阻轨迹设置在迁移腔室的内表面。
图2是与本发明公开的实施例相一致的具有图案化电阻轨迹的迁移腔室的局部立体剖视图，该图案化电阻轨迹设置在迁移腔室的内表面。
图3是与本发明公开的实施例相一致的具有螺旋电阻轨迹(a helical resistivetrace)的迁移腔室的局部立体剖视图，该螺旋电阻轨迹设置在迁移腔室的内表面，图中以幻影的形式示出了迁移腔室的一部分以说明电阻轨迹的螺旋图案。
图4是与本发明公开的实施例相一致的设置在带电材料输送室(例如，图2中示出的迁移腔室)的内表面的电阻轨迹的图案的示意图，图中，电阻轨迹包括大于270°的多匝线圈，所述多匝线圈的方向至少大致垂直于所述带电材料输送腔室的纵向轴线，并且电阻轨迹的相邻线圈通过设置在带电材料输送腔室的内表面的跳跃部彼此串联。
图5是与本发明公开的实施例相一致的设置在带电材料输送室(例如，图2中示出的迁移腔室)的内表面的电阻轨迹的示意图，图中，电阻轨迹包括小于270°的多匝线圈，该多匝线圈的方向至少大致垂直于所述带电材料输送腔室的纵向轴线，并且电阻轨迹的相邻匝通过设置在带电材料输送腔室的内表面的跳跃部彼此串联。
图6是与本发明公开的实施例相一致的带电材料输送腔室的局部剖视图，该带电材料输送腔室具有设置在带电材料输送腔室外表面的图案化电阻轨迹和/或设置在带电材料输送腔室内表面的图案化电阻轨迹。
图7是与本发明公开的实施例相一致的用于制造具有设置在所述带电材料输送腔室内表面和/或外表面的图案化电阻轨迹的带电材料输送腔室的方法的流程图。
图8是具有设置在所述带电材料输送腔室的内表面的螺旋电阻轨迹的带电材料输送腔室的局部剖视图，图中，基片以与本发明公开的实施例相一致的第一速度纵向前进，基片的一部分移动以示出电阻轨迹的螺旋图案。
图9是具有设置在所述带电材料输送腔室的内表面的螺旋电阻轨迹的带电材料输送腔室的局部剖视图，图中，基片以与本发明公开的实施例相一致的第二速度纵向前进，基片的一部分移动以示出电阻轨迹的螺旋图案。
图10是具有设置在与本发明公开的实施例相一致的所述带电材料输送腔室的内表面的多个螺旋电阻轨迹的带电材料输送腔室的局部剖视图，图中，基片的一部分移动以示出电阻轨迹的螺旋图案。
图11A是具有设置在与本发明公开的实施例相一致的所述带电材料输送腔室的内表面的多个图案化电阻轨迹的带电材料输送腔室的局部剖视图，图中，基片的一部分移动以示出电阻轨迹的图案。
图11B是具有纵向设置在与本发明公开的实施例相一致的所述带电材料输送腔室的内表面的多个图案化电阻轨迹的带电材料输送腔室的局部剖视图，图中，基片的一部分移动以示出电阻轨迹的图案。
图12是具有设置在所述带电材料输送腔室的内表面的图案化电阻轨迹的带电材料输送腔室的局部剖视图，图中，基片以与本发明公开的实施例相一致的两个不同的速度纵向前进，基片的一部分移动以示出电阻轨迹的图案。
图13A是具有设置在所述带电材料输送腔室的内表面的图案化电阻轨迹的带电材料输送腔室的局部剖视图，图中，基片以与本发明公开的实施例相一致的两个不同的速度纵向前进，基片的一部分移动以示出电阻轨迹的图案。
图13B是具有设置在所述带电材料输送腔室的内表面的图案化电阻轨迹的带电材料输送腔室的局部剖视图，图中，基片以与本发明公开的实施例相一致的两个不同的速度纵向前进，基片的一部分移动以示出电阻轨迹的图案。
图14A是具有设置在所述带电材料输送腔室的内表面的图案化电阻轨迹的带电材料输送腔室的局部剖视图，图中，基片以与本发明公开的实施例相一致的两个不同的速度纵向前进，基片的一部分移动以示出电阻轨迹的图案。
图14B是具有设置在所述带电材料输送腔室的内表面的图案化电阻轨迹的带电材料输送腔室的局部剖视图，图中，基片以与本发明公开的实施例相一致的两个不同的速度纵向前进，基片的一部分移动以示出电阻轨迹的图案。
图15A是具有设置在所述带电材料输送腔室的内表面的第二螺旋电阻轨迹的带电材料输送腔室的局部剖视图，图中，第二螺旋电阻轨迹设置在与本发明公开的实施例相一致的一级电阻涂层的上方，并且，基片的一部分移动以示出电阻轨迹的图案。
图15B是图15A所示的带电材料输送腔室的端面剖视图。
图16是具有与本发明公开的实施例相一致的设置在带电材料输送腔室的内表面上的图案化电阻轨迹的带电材料输送腔室的局部立体图，图中，基片的一部分移动以示出电阻轨迹的图案。
图17是具有涂覆在所述带电材料输送腔室的内表面的并通过纵向电阻轨迹连接的一系列同轴电阻轨迹的带电材料输送腔室的局部剖视图，图中，纵向电阻轨迹与本发明公开的实施例相一致的带电材料输送腔室的相对的端部电连接，基片的一部分移动以示出电阻轨迹的图案。
图18是图17示出的带电材料输送腔室的等距视图。
图19是图17所示的带电材料输送腔室的侧视剖视图。
图20是与本发明公开的实施例相一致的与纵向电阻轨迹连接的多个电阻轨迹的示意图，图中进一步示出了多个电阻轨迹和纵向电阻轨迹的电阻。
具体实施方式
图1是分光仪系统的示意图，例如离子迁移谱(IMS)系统100。虽然这里描述的是离子迁移谱(IMS)探测技术，应该注意的是，各种不同的光谱仪(spectrometers)能够从本发明公开的结构、技术以及方法中受益。这种公开的目的围绕并包括这些改变。离子迁移谱系统100可以包括光谱仪设备，该设备利用了不加热(例如，周围(环境或者房间)的温度)探测技术。例如，离子迁移谱系统100可以设置为轻型爆炸探测器。然而，应该注意的是，爆炸探测器仅仅是一个实施例，而并不会限制本发明。因此，本发明公开的技术可以用于其他的光谱仪结构。例如，离子迁移谱系统100可以设置为化学探测器。进一步地，在其他实施方式中，离子迁移谱系统100可以利用加热探测技术。例如，离子迁移谱系统100可以设置为温和感温探测器(agently heated detector)、完全感温探测器(a fully heated detector)等。离子迁移谱系统100可以包括探测器装置，例如，取样探测器(a sample detector)102，该取样探测器102具有样品接收口以将待检测的样品材料(例如，颗粒)引入反应区/室。例如，取样探测器102可以具有入口104，待取样的空气通过入口104进入取样探测器102中。
在一些实施方式中，取样探测器102可以具有另一个装置，例如连接至入口104的气相色谱仪(未示出)。例如，离子迁移谱系统100可以设置为气相色谱离子迁移谱仪(GC-IMS)，在气相色谱离子迁移谱仪(GC-IMS)中，取样探测器102与气相色谱仪(GC)连接以共同引进样品(例如，电离的分子在气相色谱仪(GC)中洗提(elute)时，GC毛细管柱通过电离分子连接至取样探测器102)。然而，气相色谱仪仅仅是一个实施例，而并不会限制本发明。因此，取样探测器102可以用于其他的探测仪，这种探测仪包括但不限于：高压液相色谱(HPLC)、离子迁移谱仪-质谱(TMS-MS)(例如，具有四级杆(quadropole)、飞行时间(time-of-flight)和/或傅里叶变换回旋共振(Fourier transform cyclotron resonance)技术)以及液相色谱-离子迁移谱-质谱(LC-IMS-MS)等。
参考图2，入口104通过离子探测组件106限定。离子探测组件106包括入口组件108、反应室/电离室(例如，反应室132)、门134、迁移腔室(例如，迁移管110)以及收集组件112。迁移管110和/或反应室132包括具有大体上由非导电(例如，绝缘的)材料形成的一个或者多个壁的腔室(例如，管114)，所述绝缘的材料包括但不限于：陶瓷材料(例如，高岭石、氧化铝、结晶氧化物、氮化物材料、碳化物材料、金刚砂、碳化钨等)、玻璃、瓷(porcelain)、聚合物和/或合成材料。然而，这些材料仅仅以实施例的形式被提供并且不会限制本发明。因此，在其他的实施方式中，管114可以利用其他材料构成。例如，管114由半导体材料构成，当使用设置在管114(例如，关于管由隔热材料构成)内部的图案化电阻轨迹时，该半导体材料可以在管114内提供更加均匀的电场。在公开的实施例中，正如公开的实施例一样，迁移管和反应室/电离室中的一者或者两者设置为包括管114的带电材料输送室(a chargedmaterial transportation chamber)。例如，在一些实施例中，迁移管110包括管114。在其他实施例中，反应室132包括管114。在进一步的实施例中，迁移管110和反应室132都包括管114(例如，每个都包括各自的管114、两者都使用相同的管114、每个都用于相同的管114的一部分等)。然而，应该注意的是，迁移管和反应室/电离室仅仅是以实施例的形式被提供而并不会限制本发明，在其他实施例中，包括管114的带电材料输送室设置为不同的形式。
管114具有内表面116和外表面118。管114和/或管114的一个或者多个迁移段的一端或者两端是打开的并且允许材料(例如，蒸汽、微粒等)穿过管114。图案化电阻轨迹120设置在管114的内表面116和/或外表面118。例如，利用导电油墨、导电膏、真空镀膜、电镀、化学处理等方式将电阻轨迹120印刷在管114的内表面116和/或管114的外表面118上。在一些实施例中，迁移管110不止一个图案化电阻轨迹，例如，印刷在管114的内表面116的第一电阻轨迹120和印刷在管114的外表面118的第二电阻轨迹120。图案化电阻轨迹沿着管114提供导电性(electrical conductivity)，包括在管114的表面的导电性(例如，沿着管114的内表面116和/或外表面118设置图案化电阻轨迹)。图案化电阻轨迹能够被印刷在离子探测组件106的不同区域，包括但不限于：入口区域、反应区域等。
正如本文所描述的，电阻轨迹120提供小的有效内表面区域(例如，关于典型的可堆叠的迁移管)。进一步地，设置有一个或者多个电阻轨迹120的管114的表面至少几乎没有能够堆积污染物的间隙和/或孔，否则会使在管114中的维护程序(例如，清洁周期等)延长和/或复杂化。电阻轨迹120能够沿着管114的长度方向提供连续的、一致的和/或均匀的温度和/或电场。在公开的实施例中，电阻轨迹120的几何形状与传导轨迹的材料共同允许高电阻(例如，用于高压电源的实施例)，所述传导轨迹材料具有相对较低的电阻并且可以长时间提供更好的表面电阻的稳定性。进一步地，与本发明公开的内容一致，当减少和/或最小化进入管114的内部的外部电场的穿透力时，本发明描述的结构可以在大体上垂直于管114的纵向轴线的方向减少和/或最小化电场。
正如所示出的，迁移管110可以是单一的结构，这种结构比例如典型的可堆叠的迁移管结构更可靠。进一步地，迁移管并不是必须需要外壳，因此，可以潜在的减少例如系统100的与制造和/或维修相关的费用。在实施例中，迁移管110并不是必须需要外部加热元件。例如，加热元件(例如，一个或者多个电阻轨迹120)可以设置在管114上(例如，可以设置在管114的外表面118)并且可以起到建立控制(例如，加热)管的温度的作用。正如本文所描述的，这种结构可以进一步减少系统100的成本以及制造的复杂度。在一些实施例中，设置在管114的外表面118的电阻轨迹120被配置为产生与设置在管114的内表面116的电阻轨迹120类似的电势(例如，以提高管114内部的电场的均匀性)。
如图3所示，电阻轨迹120可以配置为具有多匝线圈的螺旋电阻轨迹，该螺旋电阻轨迹邻近管114的内表面116设置。正如在本文所使用的，相对于管114的内表面116和管114的外表面118，术语“线圈”与图案化电阻轨迹的片段的部分或者全部的圆周长度有关。在一些实施例中，线圈定向为与垂直方向具有一定角度，该垂直方向由管114的纵向轴线16限定(例如，在图3和图6中所示的螺旋电阻轨迹120)。进一步地，线圈通过通常(例如，至少大体上)垂直于管114的纵向轴线126定向。例如，如图4和图5所示，电阻轨迹120可以配置有邻近管114的内表面116的多匝线圈，一匝或者多匝线圈的方向至少大体上垂直于管114的纵向轴线126。相对于管114的内表面116(如图3所示)和/或管114的外表面118(如图6所示)，线圈可以与图案化电阻轨迹的片段的全部周长相关。相对于管114的内表面116(例如，图4所示，大于270°而小于360°的一匝，图5中的小于270°的线圈)，线圈也可以与图案化电阻轨迹的片段的部分周长相关。
在公开的实施例中，线圈的匝数可以是不同的(例如，依赖于某一腔室的几何形状、所需要的工作电压、产生的电场的均匀性要求等)。例如，电阻轨迹120的相邻匝之间的间隙通过击穿电压限定。进一步地，电阻轨迹120的宽度可以根据电阻轨迹120和管114的纵向轴线126之间的夹角确定。例如，具有较大宽度的电阻轨迹120可以适用于电阻轨迹120与纵向轴线126之间具有较大的夹角，并且可以使材料的轨迹产生较大的偏移量。在这个问题中，匝/环或者匝/环之间的重叠部分之间的间隙可以根据能够可靠承受工作压力的最短距离进行选择，并且，相对于上述腔室的轴线，匝/环或者匝/环之间的重叠部分的宽度可以根据匝/环或者匝/环之间的重叠部分能够大体上维持垂直度的最大宽度而进行选择。在一种结构中，电阻轨迹120可以包括18匝。在另一种结构中，电阻轨迹120可以包括36匝。在进一步的结构中，电阻轨迹120可以包括72匝。然而，这些结构仅仅以实施例的形式提供并且不限制本发明所公开的内容。因此，在其他结构中，电阻轨迹包括的线圈匝数可以小于18、位于18与36之间、位于36与72之间以及大于72等。
在一些实施方式中，图案化电阻轨迹的每匝线圈串联地电连接至邻近的匝。例如，如图3所示，螺旋电阻轨迹120的相邻匝的线圈在管114的内表面116上彼此连接。参考图4和图5，电阻轨迹120的相邻匝的线圈之间也通过一个或者多个跳跃部(jumpers)128连接在一起。正如图4和图5所示，电阻轨迹120的相邻匝线圈通过设置在管114的内表面116上的跳跃部(jumpers)128连接在一起。
大体上参考图8至图15B，涂覆工具(application tool)可以适用于在非导电管或者半导电管的内表面和/或者外表面上涂覆不同的电阻轨迹图案。在公开的实施例中，管和涂覆工具的相对运动可以是不同的，以形成不同的电阻图案。例如，如图8所示，当管114相对于静止物或至少大体上的静止物纵向(例如，横向地)移动时，通过以可控制的(例如，至少大致为匀速)速度旋转管114而将导电墨水(conductive ink)或者胶片电阻轨迹120(film resistive trace)涂覆至管114的内表面116和/或外表面118，例如，涂覆工具可以为墨水涂覆笔122(ink application stylus)。管114相对于墨水涂覆笔122的运动，可以在管114的内表面116和/或外表面118上形成图案。
正如在本文所描述的，涉及管114和/或墨水涂覆笔122的运动的术语(例如“旋转”、“移动(advancing)”等)是用于相对于墨水涂覆笔122描述管114的相对运动。因此，在一些实施例中，当墨水涂覆笔122移动时，管114旋转。在其他实施例中，当管114移动时，墨水涂覆笔122旋转。在进一步的实施例中，当管114和墨水涂覆笔122中的一者或者两者移动时，管114和墨水涂覆笔122都旋转。在更进一步地实施例中，当管114和墨水涂覆笔122中的一者或者两者旋转时，管114和管114和墨水涂覆笔122都移动。在进一步地实施例中，当管114保持静止(或者至少大体上静止等)时，墨水涂覆笔122旋转并移动。
管114和/或墨水涂覆笔122的不同速度和/或者运动顺序(motion sequences)用于在管114上形成不同的图案。参考图9，当管114的纵向运动相对于管114的旋转运动非常慢时，包括连续导电涂层(a continuous conductive coating)124的图案化电阻轨迹通过以可控速度旋转的管114形成在管114的相对的两端之间。这种旋转和纵向运动的相对速度的不同形成了紧密缠绕的导电螺旋。在一些实施例中，电阻轨迹120的邻近片段的重叠在管114的内表面116和/或外表面118上形成了连续导电涂层124。具有较高电阻的导电墨水和胶片可以设置在这种结构中，以实现偏移管的总电阻。
如图10所示，相对于在管114的端部的现有的电阻轨迹120的起点，在90°的方向处或者360°的另一部分的管114的端部通过重新配置涂覆工进而在管114上能够形成多个螺旋电阻轨迹120。这种技术可以用于形成大体上彼此平行的多个电阻轨迹120。在公开的实施例中，大体上平行的电阻轨迹120用于在管114的端部提供对称性(例如，相对于单个的电阻轨迹120)。
参考图11A和图11B，在管114的端部之间能够产生多个电阻轨迹120。如图11A所示，在管114的相对的两端之间，管114在第一方向以相对较高的可控(例如，至少是大致匀速)速度的纵向运动形成了细长的曲线电阻轨迹120。然后，管114很快纵向运动，相反方向用于在管114的相对的端部之间形成另一个连续并平行的电阻轨迹120。在这个问题中，一系列大致平行的电阻轨迹120设置在管114的端部之间。在其他的实施例中，平行的电阻轨迹120形成在管114的相对的端部之间(例如，如图11B所示)。在公开的实施例中，这些技术用于在管114的端部之间提供更加一致的电连接(例如，相对于单个的电阻轨迹120)。
如图12所示，轨迹结构的不同图案(例如图8至图11所示的轨迹图案)能够同时实现。在这些结构中，管114在第一时段以相对纵向运动较慢的可控速度而形成电阻轨迹120的一种线圈。管114也可以在第一时段期间停止纵向运动。在第二时间段(例如，更短)，这种运动通过管114连续旋转而跟随，该管114的以相对于较快的纵向运动的可控速度连续旋转，从而形成单个的、细长曲线的跳跃部128。在第二时间段内，管114的旋转也可以停止，从而形成大体上直线型跳跃部128。管114以可控速度的旋转的同时并以相对较慢的速度纵向移动，从而形成电阻轨迹的另一种线圈。这种运动通过产生另一种跳跃部、电阻轨迹的另一种线圈等被跟随。在这个问题中，慢和/或停止的交替以及管114相对较快的纵向移动，可以形成电阻轨迹120的一系列线圈，这些线圈通过跳跃部128沿着管114的轴线126彼此连接。在一些实施例中，电阻轨迹的同轴电阻线圈部分通过其他方法设置，包括但不限于真空镀膜、在使用墨水涂覆笔(ink application stylus 122)122之前沿着管114的长度设置一个或者多个跳跃部128，以连接同轴线圈部并穿过管114增加总电阻的均匀性。
如图13A和13B所示，上述方法中的额外结合可以通过包括连续导电涂层124的紧密缠绕图案化电阻轨迹的形式实现，以相对较慢的纵向速度设置的所述连续导电涂层(acontinuous conductive coating)124与以相对较高的纵向速度设置的跳跃部128交替连接。图13A描述了两个连续涂层部(continuously coated portions)与单个的导电跳跃部128连接。图13B描述了多个短的连续涂层部与多个跳跃部128连接。例如，在一些实施例中，为实现大体上均匀的电场，连续涂层部的宽度和/或连续涂层部之间的间隙的宽度配置为接近某一图案，例如，图12所描述的图案。在公开的实施例中，图13和图13B所描述的图案化电阻轨迹可以用于形成用于移动离子的阶梯电场(a stepped electric field)，在该电场中，每个跳跃部128在连续导电涂层124的邻近部分之间建立一个低电阻(a resistivedrop)。例如，可以通过跳跃部128相对于连续导电涂层124的高电阻，而在邻近连续涂层部之间使电压下降(例如，由于跳跃部128相对于连续导电涂层124的横截面积减少)。进一步，图案化电阻轨迹可以通过涂覆工具(例如，不锈钢针)经由高压传送而利用电阻墨水涂覆。管114的运动和/或涂覆工具可以利用诸如一个或者多个步进电机进行控制。
参考图14A和图14B，上述描述的其它结合的方法可以通过包括松散缠绕螺旋电阻轨迹120的图案化电阻轨迹的形式实现，该图案化电阻轨迹可以以适中的纵向速度与跳跃部128交替设置。图14A描述了两个大的螺旋电阻轨迹部与跳跃部128连接。图14B描述了多个短的螺旋电阻轨迹部与跳跃部128连接。
如图15A和图15B所示，管114可以具有涂覆于该管114的内表面116和/或外表面118的一级连续导电涂层140(a primary continuous conductive coating)，二级电阻轨迹120(a secondary resistive trace)涂覆在管114上。二级电阻轨迹120可以是螺旋状或者其他(例如)在前的附图描述的图案的组合。在这种结构中，一个或者多个电阻轨迹120可以减少和/或最小化在一级连续导电涂层140的均匀性中电阻和/或物理缺陷引起的失真。进一步，在管114的内部，一级连续导电涂层140可以减少和/或最小化外部电场的影响，一级连续导电涂层140可以起到迁移区136的作用。在一些实施例中，一级连续导电涂层140穿过管114的总电阻大于二级电阻轨迹120的电阻。例如，一级连续导电涂层140的电阻可以大约为500ΜΩ，并且电阻轨迹120的电阻可以在20ΜΩ-200ΜΩ之间的范围内。
参考图16，在一些实施例中，管114可以包括图案电阻层142，该图案电阻层142包括一个或者多个通常(例如，大致)沿垂直于管114的纵向轴线126方向分布的缝隙(例如，狭缝144)。在公开的实施例中，缝隙配置为减少或者最小化由诸如连续层的潜在的电不对称性引起的径向电场。在图16所示的结构中，狭缝144轴向交错设置。然而，这种结构仅仅以实施例的形式被提供并不限制本发明公开的内容。在其他的实施例中，狭缝144可以是不同的形状和/或不同的排列。
在一些实施例中，管114具有多个涂覆在该管114的内表面116和/或外表面118上的电阻轨迹120(例如，导电环)，并且所述电阻轨迹120利用一个或者多个纵向电阻轨迹146接合(例如，连接)。例如，如图17至图20，电阻轨迹120设置为一系列涂覆在管114的内表面116上的同轴电阻墨环(resistive ink rings)。电阻轨迹120通过纵向电阻轨迹146连接，该纵向电阻轨迹146通常设置为笔直的、连接在诸如设置在管114上的两个连接部130之间的纵向电阻墨迹。例如，纵向电阻轨迹146与管114的金属化端部电连接。然而，应该注意的是，同轴的电阻墨环和通常是笔直的纵向电阻墨迹仅仅以实施例的形式被提供并不会限制本发明公开的内容。在其他实施例中，可以使用不同形式的电阻轨迹和/或纵向电阻轨迹146。例如，纵向电阻轨迹146可以是细长曲线、正弦曲线等。进一步地，一个或者多个电阻轨迹120可以是螺旋状或者其他诸如在前的附图描述的图案的组合。
在一些实施例中，包括同心环的墨的电阻率(resistivity of the ink)比包括笔直的连续轨迹的墨的电阻率更大(例如，大致更大)。例如，通常笔直的纵向电阻墨迹的自身的总电阻大约是100ΜΩ。这种结构可以减少(例如，最小化)与通常笔直的纵向电阻墨迹(例如，如图20所示)额外并联的电阻的影响。然而，这里的电阻值仅仅是以实施例的形式提供并不会限制本发明公开的内容。在其他的实施例中，通常是笔直的纵向的电阻墨迹的总电阻可以大于或者小于100ΜΩ。
在一些结构中，设置在管114的外表面118上的一个或者多个图案化电阻轨迹电连接至设置在管114的内表面116的一个或者多个图案化电阻轨迹。例如，可以利用跳跃部128将设置在管114的内表面116上的电阻轨迹120连接至设置在管114的外表面118上的电阻轨迹120上(例如，串联)。然而，这种结构仅仅是以实施例的形式提供并不会限制本发明公开的内容。在其他的实施例中，一个或者多个设置在管114的外表面118上的一个或者多个图案化电阻轨迹120和设置在管114的内表面116的一个或者多个图案化电阻轨迹120单独的连接(例如，并联)。
在一些结构中，管114的长度在至少大约2cm至15cm之间。管114的内表面116的直径可以在至少大约2.5mm至25mm之间。进一步，管114的外表面118的直径可以在至少大约3mm至30mm之间。然而，这些尺寸仅仅以实施例的形式提供并不会限制本发明公开的内容。因此，在其他结构中，管114的长度可以小于至少大约2cm或者大于至少大约15cm。管114的内表面116的直径可以小于至少大约2.5mm或者大于至少大约25mm。进一步，管114的外表面118的直径可以小于至少大约3mm或者大于至少大约30mm。
图案化电阻轨迹(例如，沿平行于管114的纵向轴线126的大致纵向测量)的宽度可以在至少大约0.1mm至1mm之间。例如，电阻轨迹120的宽度可以至少大约为0.020"。在一些结构中，电阻轨迹120每一厘米具有至少大约两匝。例如，图案化电阻轨迹的高度可以在至少大约0.1mm至1mm之间，该高度可以是限定在图案化电阻轨迹的相邻匝线圈的材料形成的中心线之间的间距。例如，电阻轨迹120的高度可以是至少大约0.028"。然而，这些尺寸仅仅以实施例的形式提供并不会限制本发明公开的内容。因此，在其他结构中，图案化电阻轨迹的宽度可以小于至少大约0.1mm或者大于1mm。电阻轨迹120每一厘米可以具有大于或者小于至少大约两匝。进一步，图案化电阻轨迹的高度可以小于至少大约0.1mm或者大于至少大约1mm。
在一些实施例中，电阻轨迹120的一个或者多个参数可以与管114的长度一致。例如，电阻轨迹120的高度通常可以等于管114的长度。在其他实施例中，电阻轨迹120的一个或者多个参数可以与管114的长度不同。例如，图案化电阻轨迹的相邻匝之间的高度可以与管114不同(例如，增加和/或减少)。图案化电阻轨迹的宽度和/或厚度也可以与管114的长度不同。
一个或者多个电阻轨迹120设置为连接至电能供应源(a source of electricalenergy)，以为电阻轨迹供电并产生电场。例如，一个或者多个电阻轨迹120利用厚膜沉积(thick film deposition)形成，从而形成电阻导体(an electrically resistiveconductor)。在一些实施例中，当通电时，管114内产生大致均匀的电场。在实施例中，上述电场为高压电场，该电场可以用于穿过管114(例如，在迁移区/室)控制离子材料的运动。然而，大致均匀的电场只是以实施例的形式提供并不会限制本发明公开的内容。例如，可以在管114内产生一定形状的电场。在实施方式中，沿管114的长度方向，具有形状的电场的强度不同(例如，从较低强度向较高强度变化)。在一些实施方式中，一个或者多个电阻轨迹120可以是离子调节部(an ion modifier)，该离子调节部可以用于分离那些具有近似迁移率的离子。例如，一个或者多个电阻轨迹120配置为离子调节部可以用于使离子破裂并改变离子的迁移率、质量电荷比等。
迁移管110的一端或者两端可以包括连接部130。例如，迁移管110的一端覆盖有涂覆有导电材料的凸缘(例如，金属导电凸缘)。一个或者多个电阻轨迹120可以电连接至连接部130，一个或者多个电阻轨迹120可以连接至电能供应源(a source of electricalenergy)(例如，电源)，以为电阻轨迹供电并产生电场。然而，导电凸缘仅仅以实施例的形式提供并不会限制本发明公开的内容。在其他的实施方式中，一个或者多个电阻轨迹120可以通过其他的连接部连接至电能供应源，该连接部包括但不限于导电帽、导电涂层等。当通电时，迁移管110可以用于从迁移管110的一端至另一端提供可控导电材料的运输。
入口104可以利用多种样品进入方法。在一些实施例中，可以利用空气的流动。在其他实施例中，离子迁移谱系统100可以利用多种液体和/或气体以使材料进入入口104。用于驱使材料通过入口104的方法包括利用风扇、使气体加压、通过迁移气流进入迁移区/迁移腔室形成的真空等。例如，取样探测器102可以连接至取样管，风扇驱使周围(例如，室内空气)的空气进入该取样管。虽然可以利用空气或其他液体的流动而使取样材料进入反应区，但是离子迁移谱系统100可以在大体为大气压的压力下运行。在其他实施例中，离子迁移谱系统100可以在较低压力下(例如，小于大气压的压力)运行。进一步，离子迁移谱系统100可以包括其他部件，以从样品源(a sample source)中供应待引进的材料。例如，离子迁移谱系统100可以包括解吸塔(例如，加热器)，以使样品的至少一部分蒸发(例如，转变成气相)，这样可以驱使部分样品进入入口104。例如，取样探针(a sample probe)、棉签(aswab)、湿巾(a wipe)等可以用于从表面获得待检测的样品。取样探针可以用于将样品输送至离子迁移谱系统100的入口104。离子迁移谱系统100也可以包括预浓缩装置(a pre-concentrator)，以浓缩或者使材料大块化并进入反应区。
部分样品可以通过设置为细小入口(例如，针孔)的入口104进入取样探测器102，例如，取样探测器102利用隔膜与取样探测器102的内部容积流体连通。例如，当该内部容积的压力由于隔膜的运动而减小时，部分样品通过针孔从入口104中转移至取样探测器102。部分样品通过针孔后进入入口组件108中。入口组件108可以包括反应室132，在该反应室132中，样品通过电离源电离(例如，电晕放电离子发生器(例如，具有电晕放电点))以及可以改进的(例如利用一种或者多种反应物)。然而，电晕放电离子发生器仅仅以实施例的形式提供并不会限制本发明公开的内容。其他的电离源的实施例包括但不限于：放射性电离源，例如，光致电离源(a photoionization source)、电镀电离源(an electrospraysource)、基质辅助激光解吸电离(MALDI)源、镍-63(63Ni)源(a nickel-63source)、镅-241(241Am)源等。在一些实施例中，电离源可以在多个步骤中将来自待检测的样品中的材料电离。例如，电离源可以产生电晕(a corona)，该电晕可以使气体在反应室132中电离，该反应室132大体上用于使待检测的材料电离。例如，气体包括但不限于：氮气、水蒸气、包括空气的气体等。
在实施方式中，入口组件108可以在阳性模式(positive mode)、阴性模式(negative mode)、阳性模式与阴性模式之间切换等情况下运行。例如，在阳性模式下，电离源可以从待检测的样品中产生阳离子，而在阴性模式下，电离源可以产生阴离子。入口组件108在阳性模式、阴性模式、阳性模式与阴性模式之间切换等情况下的运行可以取决于实施例中选择的参数、预测的样品类型(例如，爆炸物、麻醉药、有毒化工原料等)等。进一步，电离源可以被定期的驱动(例如，基于样品的引进、门的打开、时间的发生等)。
利用电场(例如，在正如上文描述的迁移管中以同样或者类似的方式产生的)将样品离子朝向门组件(a gating assembly)引导。门组件包括一个或者多个(例如，两个)门控栅格(gating grids)，并且该门组件可以随时被打开，以允许样品离子的一小部分进入迁移区。例如，入口组件108在迁移区136的入口端可以包括电动闸门或者门134。在实施方式中，门134控制离子进入迁移区136。例如，门134可以包括金属网线(a mesh of wires)，不同的电位施加或者远离该金属网线。迁移区136具有沿其长度方向间隔的用于产生电场的电极，以沿迁移区136驱动离子和/或朝向探测器引导离子，该探测器大体上设置为与迁移区136的门134相对。例如，包括电极的迁移区136可以在迁移区136中产生大致均匀的电场。样品离子可以收集在集电极中(a collector electrode)，该集电极可以连接至分析仪中以分析不同样品离子的飞行时间。例如，在迁移区136的远端的收集盘(a collectorplate)138可以收集穿过迁移区136的离子。
迁移管110可以根据单个离子的离子迁移率而使进入迁移区136的离子分离。离子的迁移率是由离子所带的电荷、离子质量、离子的几何形状等决定的。在这个问题中，离子迁移谱系统100可以根据离子的飞行时间使离子分离。迁移区136可以具有大体上从门134延伸至收集器(a collector)的均匀强度电场。收集器可以是收集盘138(例如，法拉第盘)，在离子与收集盘138接触时，收集盘138可以根据离子所带的电荷检测离子。在实施方式中，将迁移气体通过迁移区136沿与离子移动路径相反的方向供应至收集盘138。例如，迁移气体可以从收集盘138附近朝向门134流动。例如，迁移气体包括但不限于：氮气、氦气、空气、再循环气体(例如，洁净的或者干燥的空气)等。例如，可以利用泵使空气沿着迁移区136并与离子的流动方向相反的方向再循环。空气可以使用诸如分子筛(a molecular sievepack)的装置干燥和清洁。
在实施方式中，取样探测器102可以包括多个部件，以促进识别待检测的材料。例如，取样探测器102可以包括一个或者多个包括有校准器(acalibrant)和/或渗透部件(adopant component)的壳体(cells)。校准器可以用于对离子迁移率的测量的校准。渗透物(Dopant)可以用于选择性地使分子电离。渗透物也可以与样品材料结合并电离已形成的离子，该离子的检测比与单独的样品材料相对应的离子更有效。渗透物可以提供一个或者多个入口104、反应室132和/或迁移区136。在取样探测器102运行期间，取样探测器102可以设置为可能在不同的时间段中将渗透物提供至不同的定位件(locations)。取样探测器102可以设置为输送渗透物与离子迁移谱系统100的其他部件的运行协调进行。
当离子到达收集盘138时，控制器可以检测收集盘138中的电荷的改变。因此，控制器可以从材料的对应的离子中识别材料。在实施方式中，控制器也可以用于控制门134的开口以沿着迁移区136产生不同离子的飞行时间的光谱(a spectrum of time of flight)。例如，控制器可以用于控制施加在门134上的电压。可以周期性地、基于事件发生地等控制门134的运行。例如，控制器可以根据事件的发生(例如，电晕放电)、周期性等调整门134打开和/或关闭多久。进一步，控制器可以根据电离源的模式(例如，入口组件108不管处于阳性模式还是阴性模式)改变施加在门134上的电势。在一些实施例中，控制器可以设置为检测爆炸物和/或化学药剂的存在，并且在指示器上提供这种药剂的警告或者指示。
在实施方式中，离子迁移谱系统100、包括离子迁移谱系统100的一些或者全部部件可以在计算机的控制下运行。例如，处理器能够包括或者属于IMS系统100，使用软件、固件、硬件(例如固定逻辑电路)、人工处理或者上述的组合，以便控制本发明描述的IMS系统100的部件和功能。这里使用的所述术语“控制器”“功能”“服务”和“逻辑”一般代表软件、固件(firmware)、硬件或者软件、固件的组合，或者是控制连接所述IMS系统100的硬件。就软件的实施方式而言，所述模块、功能或者逻辑代表程序代码当在处理器(比如一个中央处理器或多个中央处理器)上执行时，执行指定的任务。所述程序代码可以被存储在一个或者多个计算机可读存储装置中(例如内存和/或一个或多个有形媒介)等。这里描述的结构、功能、方法和技术能够实施于具有多种处理器的多种商业计算平台。
例如，取样探测器102可以与控制器连接，以控制向电阻轨迹120的能量供应。所述控制器可以包括处理模块、通信模块和存储模块。所述处理模块用于为所述控制器提供处理功能，并且其可以包括任意数量的处理器、微处理器或者其他处理系统，以及用于存储控制器访问或产生的数据其他信息的常驻的或者外接的存储器。所述处理模块可以执行一个或多个软件程序，用于实施本发明中描述的技术。所述处理模块不被形成其或者内嵌其的处理结构的材料所限制，这样的，其可以借助半导体和/或晶体管(比如，使用电子集成电路元件)等被实现。所述通信模块可操作的设置为与取样探测器102的部件连通。所述通信模块也连通于所述处理模块(例如，用于交互从所述取样探测器102到所述处理模块的输入)。
所述存储模块例如是有形的计算机可读介质，该有形的计算机可读介质提供存储功能，以存储对应所述控制器的操作的各种数据，例如软件程序和/或代码段落，或者用于指示所述处理模块及可能的执行本发明描述的步骤的控制器的其他部件的其他数据。因此，所述存储模块能够存储数据，例如用于执行所述IMS系统100(包括它的部件)的指令的程序、光谱数据等。尽管只是示出了一个存储模块，但是多种不同类型及组合的存储模块(例如有形存储器，非易失存储器)可以被采用。所述存储模块可以和处理模块集成，所述处理模块可以包括独立的存储器，或者可以两者的存储器组合在一起。
所述存储模块可以包括但不限于：可移动和不可移动的存储元件，比如随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存(比如，SD存储卡，mini-SD存储卡，和/或micro-SD存储卡)、磁存储器、光学存储器、USB存储装置、硬盘存储器、外部存储器以及其他类型的计算机可读存储介质。在一些实施方式中，所述取样探测器102和/或存储模块可以包括可移动的集成电路卡(ICC)存储器，例如通过SIM卡、USIM卡、UICC等提供的存储器。
在一些实施方式中，多种分析装置能够利用本发明描述的结构、技术、方法等。因此，尽管本发明描述的是IMS系统100，但是多种分析仪器可以利用本发明描述的技术、方法、结构等。这些装置可以设置为具有有限的功能(比如薄装置)或者具有较强的功能(比如厚装置)。因此，装置的功能可以对应于该装置的软件或硬件资源，例如处理能力、存储器(例如数据存储能力)、分析能力等。
示例流程
下文将示例性描述用于通过在绝缘管或半导体管的内表面或外表面中的一者或者两者上设置一个或者多个图案化电阻轨迹而形成带电材料输送腔室的技术。在实施例中，图7描述了用于形成带电材料输送腔室的流程700，例如图1至图6及上文描述的的迁移管110的实施例。
在附图所示的流程700中，图案化电阻轨迹设置于由绝缘材料和/或半导体材料(框710)形成的管的内表面或外表面中的一个或多个。例如，参考图1至图6，电阻轨迹120设置在管114的内表面116和/或管114的外表面118。正如本发明所引用的于2008年7月21日提交的、名称为“通过光刻的细线厚膜电阻”、专利号为2008/0278278的美国专利申请，美国专利号为7,224,258、公开于2007年5月29日、名称为“通过光刻的细线厚膜电阻”的美国专利申请，于2007年5月4日提交的、名称为“通过光刻的细线厚膜电阻”、公开号为2007/0262846的美国专利申请，于2010年4月28日提交的、名称为“通过直接厚膜笔迹的微流体装置制备及其方法”、公开号为2010/0209318的美国专利申请，专利号为7,736,592、公开于2010年6月15日、名称为“通过直接厚膜笔迹的微流体装置制备及其方法”的美国专利申请，于2011年3月18日提交的、公开号为2011/0277803、名称为“热电偶装置”的美国专利申请，和/或专利号为4,485,387、公开于1984年11月27日、名称为“用于生产电路图案的输墨系统”的美国专利申请等所描述的，所述电阻轨迹120可以设置(例如打印)于所述管114的内表面116和/或所述管114的外表面118。
在一些实施方式中，跳跃部设置在所述管的内表面或外表面中的一者或多者上，以与所述图案化电阻轨迹的相邻匝线圈连接在一起(框712)。例如，继续参考图1至图6，跳跃部128可以用于将电阻轨迹120的相邻线圈连接在一起。在一些实施方式中，另一个图案化电阻轨迹设置在所述管的内表面或者外表面中的一者或多者上(框720)。例如，继续参考图1至图6，第二电阻轨迹120设置在管114的外表面118。如前所述，电阻轨迹120设置为连接至电能供应源，以在通电时在管114内部形成电场(例如，大体上为匀强电场，形电场等)。例如，继续参考图1至图6，连接部130能够形成以连接电阻轨迹120。如前所述，连接部130能够形成为导电凸缘、导电帽、导电涂层等。然后，连接部130能够连接至电能供应源(例如，电源)，以向图案化电阻轨迹供应能量并形成电场。
尽管通过明确的文字描述了结构特征和/或方法步骤，应该理解的是，在被附加的权利要求中限定的主题并不仅限于所描述的具体的特征或步骤。尽管描述了多种配置，所述设备、系统、子系统、部件等能够在不脱离本申请的情况下以多种方式组合。相反，所述具体的特征和步骤以实施所述权利要求的示例的形式被公开。

Claims (15)

1.一种带电材料的输送腔室，该输送腔室包括：
单一结构的管，该管由大体上绝缘材料和半导体材料中的至少一者制成，且该管具有内表面和外表面；以及，
图案化电阻轨迹，该图案化电阻轨迹包括设置在所述管的所述内表面上的电阻油墨，
其中，所述图案化电阻轨迹包括彼此相邻地设置在所述管的所述内表面上多匝，其中，该多匝设置为每一厘米具有至少两匝，所述图案化电阻轨迹设置为与电能供应源连接。
2.根据权利要求1所述的带电材料的输送腔室，其中，所述图案化电阻轨迹设置为与所述电能供应源连接，以在通电时在所述腔室内形成电场。
3.根据权利要求1所述的带电材料的输送腔室，其中，所述图案化电阻轨迹设置为与所述电能供应源连接，以在通电时加热所述腔室。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的带电材料的输送腔室，其中，所述多匝的方向至少大致垂直于所述腔室的纵向轴线，或者，所述多匝的方向相对垂直于所述腔室的纵向轴线的方向具有夹角，如其中所述电阻轨迹配置为螺旋电阻轨迹。
5.根据权利要求1所述的带电材料的输送腔室，其中，所述图案化电阻轨迹设置为离子调节部。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的带电材料的输送腔室，其中，进一步包括连接部，该连接部连接于所述图案化电阻轨迹并且设置为将所述图案化电阻轨迹连接至所述电能供应源。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的带电材料的输送腔室，其中，所述带电材料的输送腔室为用于离子迁移谱仪的迁移管。
8.一种离子检测组件，该离子检测组件包括：
根据权利要求1-7中任意一项所述的带电材料的输送腔室；
入口组件，该入口组件与所述带电材料的输送腔室流体连通，所述入口组件包括用于接收样品的入口、用于使所述样品电离的反应区以及用于控制电离的样品进入所述带电材料的输送腔室的门；以及
收集组件，该收集组件与所述带电材料的输送腔室流体连通，所述收集组件包括用于在所述电离的样品穿过所述带电材料的输送腔室后收集所述电离的样品的收集盘。
9.一种制造带电材料的输送腔室的方法，该方法包括：
涂覆电阻油墨，以在由大体上绝缘材料和半导体材料中的至少一者制成的单一结构的管的内表面上形成图案化电阻轨迹，其中，所述图案化电阻轨迹包括彼此相邻地设置在所述管的所述内表面上多匝，其中，该多匝设置为每一厘米具有至少两匝，所述图案化电阻轨迹设置为与电能供应源连接；以及，
将所述图案化电阻轨迹连接至所述腔室的连接部，所述连接部设置为将所述图案化电阻轨迹连接至所述电能供应源。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述图案化电阻轨迹设置为连接至所述电能供应源，以在通电时在所述腔室内形成电场。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述图案化电阻轨迹设置为连接至所述电能供应源，以在通电时加热所述腔室。
12.根据权利要求9-11中任意一项所述的方法，其中，所述多匝的方向至少大致垂直于所述腔室的纵向轴线，或者，所述多匝的方向相对垂直于所述腔室的纵向轴线的方向具有夹角。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电阻轨迹配置为螺旋电阻轨迹。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述图案化电阻轨迹设置为离子调节部。
15.根据权利要求9-14中任意一项所述的方法，其中，所述带电材料的输送腔室为用于离子迁移谱仪的迁移管。
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