CN114609233A - 离子迁移谱仪和用于运行离子迁移谱仪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定样品的离子迁移率的离子迁移谱仪(100)，该离子迁移谱仪包括漂移室(10)、沿轴向(1)与漂移室(10)邻接的圆柱形的反应室(20)。漂移室(10)设计用于逆着轴向的漂移气流(13)将离子从开关栅(11)运输至离子检测器(12)。反应室(20)具有与开关栅(11)相邻的用于引入样气(22)的样气入口(21)、与开关栅(11)相对置的用于排出漂移气体(13)和样气(22)的气体出口(23)和布置在气体出口(23)处的局部电离源(24)。样气入口(21)在反应室(20)的内圆周上具有相对置的气体入口(25)。本申请还涉及一种用于运行离子迁移谱仪(100)的方法，该方法用于确定样品的离子迁移谱。

Description

离子迁移谱仪和用于运行离子迁移谱仪的方法

技术领域

本发明涉及一种离子迁移谱仪(或称为离子淌度质谱仪)、尤其具有改进的样气供应装置的移动的离子迁移谱仪，以及一种用于运行离子迁移谱仪的方法，尤其用于校准所述离子迁移谱仪以便基于参考测量样品的离子迁移率。

背景技术

离子迁移谱仪是一种根据离子在电磁力作用下在漂移介质中的迁移率来表征离子的仪器。离子迁移谱仪通常有一个反应室和一个相邻的漂移室。反应室在此用于电离样品材料并形成产物离子，漂移室用于确定所形成的离子的飞行时间或漂移时间。

样品通过入口和载气进入反应室，并在那里通过能量供应被电离。形成的离子通过电场作用被导引到漂移室中，漂移室例如在入口侧由作为离子调制器的格栅界定，并且在相反侧由用于离子流测量的检测器单元界定。在漂移室中，离子通过进一步的场作用朝检测器移动。包含在漂移室中的具有定义的物理化学特性的漂移介质与离子相互作用并抵消由场效应介导的离子运动。因此，漂移室中离子的传输取决于电场强度以及与漂移气体的相互作用，并且可以通过由此产生的漂移速度来表征。

因此，离子迁移率K是在电磁力作用下给定漂移介质中离子的分子摩擦力的量度，并且离子迁移率越大，摩擦力越小。离子迁移率K被确定为漂移速度v和在漂移方向上有效的电场分量E之间的比例因子。在第一近似中，这些变量具有以下线性关系

v＝K*E (1)

假设漂移室中漂移介质的性质是均匀的并且离子漂移区的电场是恒定的，那么给定路径L上的离子迁移率通过确定漂移时间t和漂移路径的终点和起点之间的电压差U基于从(1)导出的以下等式来确定：

K＝L²/(U*t) (2)

以此方式确定的离子迁移率K始终与设定的漂移介质有关，而不是特定离子的特定常数。相反，离子迁移率的值取决于离子与漂移介质的相互作用。如果假设这种相互作用是一个碰撞过程，那么根据动力学气体理论，它的强度取决于所涉及的碰撞伙伴的质量、粒子数密度、漂移介质的压力和温度以及离子与漂移气体的分子的作用横截面。

对于在大气条件下使用的离子迁移谱仪，漂移气体的粒子数密度值的范围在很宽的范围内扩展，粒子数密度又取决于其温度T和压力p。例如，对于(绝对)温度T从-30℃到+60℃的范围以及对于压力从50kPa到110kPa的范围都是可能的。因此，通过转换为归一化的离子迁移率，消除了离子迁移率对粒子数密度的依赖性。然而，即使归一化的离子迁移率K₀(T)也是温度相关的，因为它依赖于特定相互作用的温度相关的作用横截面。

因此，在确定离子迁移率时，通常假设漂移介质具有均质性并具有恒定的物理化学性质。但是，如果使用空气作为漂移介质，例如，其中存在的水的比例已经可以显著影响离子迁移率的值。因此，应使用优选绝对水浓度小于100ppm的干燥空气作为漂移介质。过滤系统通常用于此目的。

为了使漂移介质保持其定义的物理化学特性，它也在漂移室中通过气流不断更新。换言之，连续的漂移气流流经漂移室，并且通过对气流穿过的横截面积上的气流密度进行积分来确定气流。在这种情况下，气流密度是气体浓度和气体速度的乘积。漂移室中的气流叠加在离子流上，原则上会影响有效漂移时间。然而，例如4cm/s的漂移气体速度与例如4m/s的离子漂移速度相比明显更小，因此对于确定离子迁移率通常可以忽略不计。

待分析样品的电离首先在离子迁移谱仪中通过电离源提供能量来进行。本领域技术人员已知大量电离源，例如等离子体源。通过源形成的初级离子，可以通过复杂的分子离子反应和与样品物质的电荷转移过程形成进一步的产物离子。由于电离的多阶段特性，这发生在由电离源和离子流调制器之间的区域形成的反应室中。

电离源处的有效电离是后续电离以及有效测量运行的先决条件。尽管产生的初级离子的量通常随着更高的电离源能量而增加，但NOx化合物和形成的臭氧的量也是不利的。在这种情况下，臭氧、氮氧化物和氮氧化物化合物(NOx化合物)不利于在离子迁移谱仪中使用，因为它们会抑制或阻止某些样品分子的电离。例如，NOx化合物由于其高电子亲和力而结合负电荷，因此不能用于初级离子的进一步电离，并且臭氧形成的增加会导致不必要的副反应和位于气路中的组件、例如泵和传感器的磨损加剧。因此，这限制了可用于样品电离的能量。

因此必须采取结构性措施以确保由样品材料和载气组成的样气有效地到达电离源附近的电离区域。但应当注意的是，如果样气的入口速度太低，则只有一小部分样气可能到达电离源。同时，过高的样气入口速度可能会导致湍流和复杂的流动路径。然而，将样品材料有针对性地供应到电离源也是不利的，因为某些产物离子、例如二聚体需要更大的形成区域，在该形成区域中，初级单体离子与其它中性样气分子相遇。此外，这种“瞄准”电离源也由于公差而容易出错。

如同开头已经描述的那样，可以通过测量漂移时间并基于等式(2)来确定材料明确定义的漂移介质中的离子迁移率K。此外，可以由以此方式确定的离子迁移率K确定与温度相关的归一化离子迁移率K₀(T)。但不利的是这需要测量大量的值、例如压力、温度、漂移电压和漂移时间，并且单个测量的测量误差可能相加。因此，使用基于参考的方法来确定离子迁移率是有利的。

在这种情况下，使用参考物质，其归一化的、温度相关的离子迁移率K₀ ^R(T)是已知的。如果漂移室中的物理化学条件对于参考和样品测量相同，则可以通过比较参考物质和样品物质的漂移时间通过K₀ ^R(T)＝t_R/t_P*K₀ ^R(T)从漂移比t_R/t_P计算样品物质K₀ ^P(T)随漂移时间t_P的离子迁移率。有利地，只有漂移时间测量的测量误差(如果测量采样足够高，则在噪声范围内)和漂移室温度T的测量误差(仅当离子迁移率与T强烈相关时才变得显著)在该方法中是重要的。参考物质通常从外部供应，或者通过样品供应管线或者通过额外的可以通过阀门打开的气体入口。不利的是，这需要更复杂的离子迁移谱仪设计。

本发明所要解决的技术问题是克服或最小化现有技术的缺点并提供改进的离子迁移谱仪和改进的用于运行离子迁移谱仪的方法。

发明内容

本发明的第一方面涉及一种离子迁移谱仪(IMS)，其用于确定样品的离子迁移率、优选样品的离子迁移谱，所述样品尤其存在于(由样品和载气构成的)样气中。在此，根据本申请的离子迁移谱仪具有圆柱形的漂移室，该漂移室设计用于将离子从优选地由至少一个栅电极构成的开关栅运输至离子检测器。此处的漂移室进一步设计为使得其中的离子流逆着轴向漂移气流。漂移气流因此从离子检测器的方向朝开关栅的方向流动。漂移速度在此取决于开关栅和离子检测器之间的电场效应以及离子与漂移气流的相互作用。优选地，对于给定的电场和给定的漂移气流，针对给定的离子类型产生恒定的漂移速度，从而在漂移室中不会发生离子的宏观加速。在本申请的范围内，轴向是指圆柱形漂移室的高度。

本申请的离子迁移谱仪还具有沿轴向与漂移室相邻的圆柱形反应室。轴向在此是指圆柱形反应室的高度并且优选与圆柱形漂移室的轴向相同。根据本发明，反应室具有与开关栅相邻的用于引入样气的样气入口。样气入口在此如此设计，使得样气与漂移气体混合，如下文详细解释的那样。样气入口在此位于远离漂移室的一侧，与开关栅相邻。在反应室的另一端存在气体出口，用于排出漂移气体和样气，即这些气体的混合物。此外，局部电离源布置在根据本发明的离子迁移谱仪的气体出口处。优选地，在局部电离源周围发生样品电离的范围小于5mm，并且因此所产生的大部分初级离子在源的紧邻处产生。

根据本发明，样气入口具有在反应室的内圆周上相对布置的(多个)气体入口。这样的样气入口允许样气流和漂移气流以有利的方式结合并且一起以单向流动模式被导引至气体出口，其中在局部电离源周围出现最佳流动。优选地，所述样气入口具有成对相对置地布置在反应室的内圆周上的气体入口。然而，原则上也可以考虑，将两个相对布置的气体入口分配给一侧的一个气体入口。在优选的成对布置中，样气入口具有至少一对相对布置的气体入口，但优选地具有多对。重要的不是相对布置的气体入口的数量，而是通过气体入口的特定布置实现的流动模式，这将在下文解释。

关于在具有漂移室和相邻反应室的离子迁移谱仪中气流的合并，通常区分具有双向或单向气流的气体导引变型。对于双向流动，漂移气流和样气流指向相反的方向并且通过过渡区域中的公共出口排出。如果该出口靠近漂移室，则一些中性样气流和其中的水分可能不利地进入漂移室。样气流和离子流指向同一方向。如果使用等离子体源进行电离，则所形成的NOx化合物可能由于定向和非定向运动而进入反应室，在那里它们由于其高电子亲和力会抑制待分析样品的负产物离子的形成。

在单向流导引的情况下，反应室中的漂移气流和样气流结合形成与离子流方向相反的合成气流。在没有电场的情况下，反应室中产生的离子也会直接到达气体出口。

使用围绕局部电离源的单向流动，优点是由臭氧和自由基、例如一氧化氮形成的中性NOx化合物直接到达气体出口并且因此不能被进一步电离。然而，问题是NOx化合物通常比待分析的产物离子具有更高的离子迁移率，如果流速太高和场强太低，待分析的产物粒子会优先冲到出口。因此，局部电离源周围的最佳流动对于产生最大的产物离子信号具有决定性的重要性，还因为许多物质的电子亲和力也低于NOx化合物，因此在低浓度下无法检测到。有利地，根据本发明的样气入口还可以检测具有非常低的离子迁移率的离子。因此，使用根据本发明的离子迁移谱仪，可以有利地如此设置最小气流，使得NOx化合物的形成及其在反应室中的电离被抑制。

在根据本发明的离子迁移谱仪的同样优选的实施例中，漂移室和反应室具有圆柱形状。换言之，漂移室和反应室具有圆形横截面区域，这些圆形区域的径向垂直于特定室的轴向。特别优选地，漂移室和反应室的圆形横截面彼此同心，因此这些轴向重合。还优选地，反应室的气体出口相对于轴向与反应室和漂移室同心布置。根据该优选实施例，样气通过气体入口有利地带有径向的流动分量地被供应。这能够实现将样气流和漂移气流特别有效地组合成沿轴向的单向气流和局部电离源周围的最佳气流。

在特别优选的实施例中，样气入口、尤其优选成对相对布置的气体入口设计为，通过样气的优选成对地相对置的气体入口引入的部分流的流速的径向分量相互补偿(或者说平衡)。优选地，气体入口因此如此布置和设计，使得以没有气流到达反应室的相对置的外壁的方式进行载气(有或没有样品)的径向流入的补偿。这特别优选地通过来自相对布置的成对的气体入口的相对布置的成对流来实现。但重要的是，引入的样气流的合成的径向速度分量或该气流的径向总流必须为零。因此，对于本发明重要的是，气体入口如此布置在边缘处，使得部分流的总和防止径向流到反应室的外壁。原则上，一侧的流入也可以通过另一侧的两个或更多流入来补偿。然而，气体入口的成对的对称布置(关于轴向点对称)是优选的。

在计算离子迁移率时，通常假设漂移气体始终具有相同的物理化学性质，因此被研究离子的撞击横截面保持不变。但如果尤其使用空气作为漂移气体，由于离子-偶极相互作用，因此空气所含水的比例会显著改变一些(尤其是带负电荷的)离子的离子迁移率的值，这削弱许多分子离子的可区分性。

离子-偶极相互作用的影响随着温度的升高而减小，但是移动IMS设备中的高温和隔热的产生难以经济地提供。通过使用绝对水浓度低于100ppm的限定的干燥空气，可以大大减少湿度对离子迁移率的不利影响。原则上，在带有合适过滤器的密封IMS设备中，漂移室中的这种干燥要求可以保持很长时间。

为了尽可能保持漂移室无污染和干燥，连续的漂移气流(在本文中与漂移气流同义使用)通过所述室。气流是在横截面(流动横截面)上积分的气流密度。气流密度又是气体浓度和气体速度的乘积。漂移室中的气流叠加在离子流上并且影响有效漂移时间。为了保持这种影响较低或可以忽略不计，与离子的漂移速度(例如4m/s)相比，漂移气体速度具有相对较小的值(例如4cm/s)。

如上所述，样品通过一个或多个入口供应到反应室中。通过样气流(在此与样气流同义使用)，不仅待检测的样品还有一定量的水由载气流(在此与载气流同义使用)导引进入反应室中。如果这些水进入漂移室，则又对漂移特性产生不确定的影响。利用根据本发明的样气入口、尤其径向流分配器，样气流有利地以这样的方式被分开，即朝径向出口方向的至少两个部分流在径向速度分量方面在反应室的中心轴(轴向)上相互补偿并且与干燥的漂移气流混合并进一步朝反应室的方向逸出。根据本发明的布置的主要优点在于，由于径向相互流动补偿和与垂直于其流动的足够大的漂移气流的叠加，没有样气流份额进入漂移室。因此有利地永久保持漂移室中所需的干燥度。

在根据本发明的离子迁移谱仪的另一优选实施例中，样气入口具有沿周向围绕反应室延伸的流入环。通常，离子迁移谱仪的漂移室和反应室不是单片形成的，而是由多个相互连接的环形结构组成，以便例如能够将多个漂移电极集成在漂移室中。在这样的实施例中，流入环优选地成形为与反应室的其它环一致，以便能够容易地将流入环集成到离子迁移谱仪中。流入环优选地具有至少一个流动通道，该流动通道连接样气供应管线和至少一个气体入口。流动通道在此优选形成为流入环的内腔。还优选地，流动通道形成为流入环的轴向表面上的凹部，从而通过将流入环连接到反应室的相邻环来获得封闭且密封的流动通道。样气供应管线在此是指用于从外部的样气供应装置引入样气流(或不具有样本的载气流)的流入开口。

根据本发明，这种流入环解决了避免样气污染漂移室的问题并且可以有利地集成到离子迁移谱仪中。优选地，流入环由惰性材料、例如不锈钢或陶瓷制成，以确保长期抵抗部分侵蚀性样品物质。流入环优选设计为绝缘体。备选地，流入环优选地被实现为电压传导的场支撑环。有利地，当使用这种流入环时，反应室中没有这样的流动障碍物，样气可能不利地聚集在流动障碍物处，从而延长检测后离子迁移谱仪的冲洗。

在根据本发明的离子迁移谱仪的一个特别优选的实施例中，样气入口包括成对相对置地布置在反应室的内圆周上的气体入口。进一步优选地，每对相对置的气体入口具有第一气体入口和第二气体入口。根据该实施例，样气供应管线经由第一流动通道连接到至少一个第一气体入口并且经由第二流动通道连接到至少一个第二气体入口。换言之，流动通道被分开以便与第二气体入口分开地供应第一气体入口。这有利地实现了特别均匀的流动导引和径向相反的气流的特别好的补偿。

根据本发明，可以为每个第一气体入口分配相应的第一流动通道并且可以为每个第二气体入口分配相应的第二流动通道。这意味着每个气体入口都通过其自己的流动通道被供应。还优选地，多个第一气体入口通过第一流动通道共同连接到样气入口，并且多个第二气体入口通过第二流动通道共同连接到样气入口。还优选地，所有流动通道都连接到单个的气体供应管线。然而，还可以提供多个气体供应管线，例如每个流动通道或每组(第一和第二)流动通道具有一个气体供应管线。

还优选地，所有的第一气体入口通过第一流动通道共同连接到样气入口，并且所有的第二气体入口通过第二流动通道共同连接到样气入口。特别优选地，样气入口以叉形对称方式分成两个通道、即分成第一和第二流动通道，这两个流动通道分别沿着环的大约一半圆周延伸。因此，样气的原始体积流量被分成两个一半的体积流量。在最简单的情况下，流入环获得两个对称地相对布置的圆形的或开槽的气体入口，这两个气体入口沿径向指向反应室的中心轴线。尤其在样气或载气的大体积流量的情况下和/或由于可能的制造公差，气体入口的小开口横截面可能导致部分流相互错开，这使得流量补偿更加困难。优选地，流入环因此在第一和第二流动通道中具有多个气体入口，这些气体入口相对于轴向彼此点对称地相对置。

在根据本发明的离子迁移谱仪的另一优选实施例中，在至少一个流动通道中布置有流动障碍物，用于使样气流转向通过气体入口。流动障碍物优选设计为，使得它们能够使样气流以最大可能的程度作为层流流入和/或将特定流动通道中的样气流在从该流动通道分支出的气体入口之间均匀分配。特别优选地，沿着每个气体入口在每个流动通道的下游引入梳状流阻器，使得气流由梳齿(部分流阻器)导引地分布在多个气体入口上，并且气流因此在更大的横截面上流出。此外，由于齿沿通道的形状(高度和宽度)、数量和分布，实现了减速的部分流的均匀的径向流出，这些部分流可靠地在反应室的中心相遇并且关于径向速度相互补偿。

特别优选地，流入环的至少一个流动通道具有多个气体入口，如上所述。根据该实施例，优选地在每两个气体入口之间布置用于使样气流转向的流动障碍物。如果流动通道例如是流入环中的周向延伸的凹部，则气体入口优选地由从流动通道径向延伸并穿过流入环的内壁的凹部形成。流动障碍物在此优选由流入环的保留在径向形成的凹部之间的材料形成。特别优选地，在径向凹部和流动障碍物的区域中的周向凹部比在没有分支气体入口的样气入口的区域中具有更小的宽度。特别优选地，流动障碍物设计为使所述样气的通过气体入口流出的部分流在体积流量和/或速度方面相同。

在根据本发明的离子迁移谱仪的同样优选的实施例中，反应室的气体出口具有比反应室和/或漂移室更小的流动横截面。特别优选地，反应室的流动横截面小于漂移室的流动横截面并且气体出口的流动横截面小于反应室的流动横截面。在这种情况下，流动横截面的逐渐变细有利地导致局部电离源处的结合的气流增加。气体出口特别优选地具有直径为2mm至10mm的孔或毛细管。根据该实施例，有利地确保由样气流和漂移气流形成的总气流的流速在局部电离源周围2mm的区域中至少为50cm/s。漂移介质优选为水浓度小于100ppm的空气，漂移介质的流速优选为2cm/s至10cm/s。该流速进一步通过漂移气体供应装置和/或样气供应装置的运行参数、例如体积流量或质量流量、泵速、泵功率或阀门开度来实现。优选通过使用分子筛和/或合适的(膜)过滤器来确保低的水浓度。

在根据本发明的离子迁移谱仪的同样优选实施例中，局部电离源配置用于介质阻挡放电。换言之，局部电离源是介质阻挡放电源，所有电极都由抗等离子电介质保护。介质阻挡放电电离源适合并且配置用于产生低温等离子体。在离子迁移谱仪中使用局部电离源产生低温等离子体原则上从现有技术中已知。这种方法的各种实施例是已知的。低温等离子体的平均温度大约等于环境温度。等离子体平均带中性电荷并且由负电荷载体如电子和离子、带正电荷的离子和中性粒子的混合物组成。形成这种等离子体的先决条件是高度降低的电场强度，这是通过向电极施加高电压来实现的。由于依赖于减小的电场强度，点火过程既依赖于压力又依赖于温度。根据帕邢定律，形成等离子体需要一个最小的点火电压，对于直流电压和交流电压，点火电压可能不同。由于在等离子体形成过程中发生复杂的动力学过程，点火电压也明显取决于温度。在等离子体被点燃后，通常可以用较低的电压来维持。

为了保护电介质阻挡放电源的电极免受腐蚀，这些电极通过电介质部分地或完全地与等离子体隔开。由于没有电荷转移通过这种绝缘发生，等离子体只能通过交流电压产生。为了避免由于绝缘体上的电荷碰撞而造成的能量损失，使用高频交流电压，尤其是频率高于40kHz的交流电压。由于离子和电子的质量惯性，在这样的电压下，在电介质壁或离子迁移谱仪上发生的碰撞较少。这种源优选通过充满惰性气体氦、氪或氩的气密玻璃体实现，在该玻璃体上施加高频高压场以便产生真空紫外辐射。真空紫外线辐射通过对光谱范围透明的薄窗离开玻璃体并且导致样气的光电离，在此过程中电极被玻璃绝缘并位于等离子体外部。同样优选使用由抗等离子绝缘体、例如抗电晕聚酰亚胺或玻璃涂层完全保护的电极。特别优选使用由例如钨形成并用薄玻璃绝缘的电极丝。例如，这种电极丝在Coy等人2016年的文章AGapless Micro-Dielectric-Barrier-Discharge Ion Source for AnalyticalApplications中被描述，参见2016年ArXiv电子版1602，链接：http://arxiv.org/abs/1602.06242，其内容在此全文引用。当高频高压施加到这样的电极上时，在丝接触点处形成等离子体。Coy等人已经观察到在这种电极丝上形成NOx化合物。尽管在根据本发明的离子迁移谱仪中，也特别有利地使用这种电极的网状布置，其中导线与单接触类似地成对地彼此接触，但不希望的副产物的量增加。

当使用这样的等离子体源时，等离子体在大气条件下在电极之间几毫米的区域中产生，根据本发明的离子迁移谱仪要在大气条件下运行。因此，这种电极布置结构是局部电离源，更具体地是局部等离子体源。在等离子体的形成过程中，其成分从空气中大量存在的分子(分子氧和氮)开始由离子和中性气体粒子的化学反应决定，其中，作为副产物离子产生臭氧和氮的氧化物。取决于它们的电荷，在大气压下局部形成的离子通过叠加在放电场上的电场从等离子体形成区的紧邻区域中离开。

在根据本发明的离子迁移谱仪中，与漂移气流混合并被干燥的样气流被导引至反应室中的局部电离源。初级离子以及不希望的副产品如NOx和臭氧的电离和形成发生在源附近。本发明人通过实验和比较计算机模拟意外地发现，在直径约2mm的电离源附近的总气流的流速超过50cm/s时，这些不希望的副产物的形成可以被抑制。在传统的离子迁移谱仪中，反应室中的气体体积流不会达到如此高的速度。在根据本发明的离子迁移谱仪中，这样的速度可以通过使流动通道变窄(逐渐变细)来实现。

优选地，反应室是漏斗形的，其中源附近的流动横截面(明显)小于开关栅附近的流动横截面。然而，这需要在由场支撑环和绝缘体构成的反应室中使用不同的分段元件，这增加了制造的成本和复杂性。因此，优选地通过在局部电离源的紧邻处、例如2mm的距离处放置作为毛细管或例如4mm的小内径的孔的狭窄流动通道来实现足够高的流速。这种孔(或者说孔板)优选地放置在源的下游以避免沉积。

特别优选地，根据本发明的离子迁移谱仪中的局部电离源位于气体出口中，并且气体出口的流动横截面为6mm或更小。在这种情况下，在气体出口中的布置方式也优选地表示电离源在反应室中靠近气体出口的布置方式。气流的流速根据反应室的流动横截面与气体出口处的流动横截面的比率而增加。有利地，在根据本发明的离子迁移谱仪中，电离源的不需要的反应产物因此直接通过气体出口排出，并且还防止了回流或扩散到反应室中。如果根据Coy等人的局部电离源构建为具有交叉的玻璃绝缘线并布置在气体出口附近或气体出口中，则气体出口的较小直径有利地引起电离源的机械振动稳定。

在同样优选的实施例中，离子迁移谱仪根据本申请还包括至少一个布置在反应室中的电势源，用于产生电场以便将在局部电离源处形成的离子朝漂移室的方向运走。该电势源有利地使在电离源处形成的初级离子能够从局部电离源运走，从而防止离子在局部电离源处重新结合。还优选地，局部电离源的平均电势与周围反应室的电势耦合以优化产物离子的形成速率。特别优选地，位于反应室中紧邻电离源的场支撑环用作电势源。通过电势源和作为参考电势的电离源的场产生轴向场，用于将初级离子运输到反应室中。此外，通过优选用作场支撑环的电势源，还可以在反应室中实现与电离源相关的径向场分量并且因此扩大最初直径较小的初级离子束。优选地，电势源、例如最近的场支撑环因此与局部电离源的平均电势相比处于增加的电势上并且中心地在短距离处围绕局部电离源。因此，以更大的径向距离流过局部电离源的中性样品分子也被有利地电离。有利地，这之后是具有漂移速度降低的区域，该区域通过相对于朝漂移室的方向的下一个相邻的场支撑环的小的或消失的电势差产生。这增加了初级离子在反应室中的停留时间和因此由初级离子形成产物离子的可能性。

借助电势源有效移除初级离子，这也有利地抵消了由NOx化合物希望地形成离子。在调整电势源产生的场强时，必须考虑到如果场强太低，离子将被冲到气体出口和/或在局部电离源处发生离子复合。因此，需要足够的场强以便能够结合高气流将离子运输到反应室中，以便抑制中性NOx化合物在等离子体源处的形成以及渗透到反应室中。通过局部电离源处的高流速(>50cm/s)和朝反应室的方向的足够高的场强的相互作用，可以有利地实现初级离子流的增加。

进一步优选地，根据本申请的离子迁移谱仪具有布置在离子检测器区域中的漂移气体入口。在圆柱形漂移室中，离子检测器优选布置在漂移室的背向反应室的顶面上。至少一个漂移气体入口优选地与检测器相邻地布置，例如同心地围绕圆形检测器布置。优选地，漂移气体入口形成为围绕检测器同心布置的环形开口，这有利地能够形成漂移流的层流。还优选地，根据本申请的离子迁移谱仪包括用于漂移气体的可控制供应的漂移气体供应装置和用于样气的可控制供应的样气供应装置。供应装置优选地布置在反应室和漂移室之外，其中样气供应装置通过样气供应管线将样气供应给样气入口(带有或不带样品材料的载气)，并且其中漂移气体供应装置将漂移气体供应给漂移气体入口。为此，每个供应装置可以具有一个或多个泵和/或一个或多个阀门，并且可以具有设计为例如软管或管子的气体供应管线。气体供应管线的设计是本领域技术人员已知的并且不是本申请的主题。

本申请的另一方面涉及一种用于运行离子迁移谱仪的方法，该方法用于确定样品的离子迁移谱，尤其涉及用于运行根据本申请的如上所述的离子迁移谱仪的方法。在这方面，根据本发明的方法包括以下描述的方法步骤。在根据本发明的方法的第一方法步骤中，设置第一运行参数。第一运行参数涉及离子迁移谱仪的局部电离源、用于供应空气作为漂移气体的漂移气体供应装置和/或样气供应装置的运行，以便在局部电离源处产生NOx离子并且将产生的NOx离子引入离子迁移谱仪的漂移室中。在此如此选择第一运行参数，使得NOx化合物在局部电离源处的形成及其进入漂移室被如此影响，使得漂移室中NOx化合物的浓度能够实现对IMS谱中独特的NOx峰值的确定。在根据本发明的方法的进一步步骤中，测量通过离子迁移谱仪的漂移室的NOx离子的第一漂移时间t_NOx。漂移时间测量在保持第一运行参数和当前漂移室条件、例如当前漂移室温度T的情况下进行。

在根据本发明的运行方法的进一步步骤中，设置局部电离源、漂移气体供应装置和/或样气供应装置的第二运行参数，其中，第二运行参数涉及或导致在局部电离源不形成NOx离子的情况下样品离子的产生和/或避免将NOx离子引入漂移室中。换言之，如此选择第二运行参数，使得在离子迁移谱仪的漂移室中出现如此低浓度的NOx化合物以便在IMS谱中不存在NOx峰值。在根据本发明的方法的进一步步骤中，测量通过离子迁移谱仪的漂移室的样品离子的第二漂移时间t_P。漂移时间测量在保持第二运行参数和当前漂移室条件、例如当前漂移室温度T的情况下进行。

在根据本发明的方法中，也基于测得的第一漂移时间t_NOx、测得的第二漂移时间t_P和作为参考的NOx离子的归一化离子迁移率K₀ ^R(T)根据K₀ ^P(T)＝t_NOx/t_P*K₀ ^R(T)确定样品的归一化离子迁移率K₀ ^P(T)。NOx离子的归一化离子迁移率K₀ ^R(T)优选取自参考表，该参考表包含NOx离子的归一化离子迁移率的已知值，这些值已优选针对在该方法中使用的离子迁移谱仪在测试台上针对多个漂移室温度被确定。特别优选地，K₀ ^R(T)可以由数学插值函数计算，其插值参数由在测试台中确定的测量值得出。NOx离子的归一化离子迁移率经常被用作离子迁移谱中的参考值并且因此可以获得相应的值。然而，根据本发明的方法能够在离子迁移谱仪的第一运行模式中内部生成作为参考(校准物)的NOx离子，并且能够在离子迁移谱仪的第二运行模式中实现基于参考测量样品的IMS谱。

在根据本发明的方法的优选实施例中，第一运行参数停止或减少样品供应。如有必要，还引入不含样品材料的载气，以便在所有运行模式下实现大致相似的流动条件。还优选地，第一运行参数以将局部电离源处的流速设置为优选地小于50cm/s的方式调节样气供应和/或漂移气体供应的流速。流速在此涉及源处的总气流。

还优选地，第一运行参数将作为局部电离源的介质阻挡放电源的供电电压设置为高于预定的极限电压。在此对于根据本发明的方法中使用的离子迁移谱仪优选地根据经验确定极限电压，并且该极限电压优选地取决于放电源处的压力和温度的环境条件并且涉及这样的电压，在高于该电压时NOx离子的浓度高于预定的极限值并且在低于该电压时浓度则低于极限值。

同样优选地，第二运行参数设置样气供应的流速和漂移气体供应的流速，使得局部电离源处的总流的流速优选高于50cm/s。还优选地，第二运行参数将介质阻挡放电源的供电电压设置为低于预定的极限电压。除了上述第一和第二运行参数之外，还可以确定用于根据本发明的方法中的离子迁移谱仪的其它显著影响漂移室中NOx离子的存在的运行参数。

对于离子迁移谱仪中许多物质的检测，与等离子体一起产生的NOx化合物是不利的。通过上述措施，可以有针对性地抑制此类化合物的形成或者抑制其进入反应室和漂移室。另一方面，干燥、清洁空气中的NOx化合物的离子具有特征化的归一化离子迁移率K₀ ^R(T)、即漂移时间谱中的位置(峰值)。在离子迁移谱仪的第一运行状态下，优选在没有外部样品供应的情况下，这些位置可以用作校准的内部参考。优选地，该第一运行状态短期建立，例如建立小于1s。还优选地，第一运行状态通过增加高压幅度和降低局部电离源周围的总气流来实现，其中，仅产生用于可靠评估所需的谱强度。

一旦校准完成，必须确保NOx化合物离开反应室并建立原始测量状态。因此，根据本发明的方法优选进一步包括从反应室排出NOx离子的步骤。还优选地，根据本发明的方法包括与排出NOx离子的步骤并行地将电离源的高压幅度至少降低到低于极限电压或者关闭高压幅度的步骤。通过关闭高压或将高压降低到维持等离子体所需的电压以下并且通过以增加的干燥漂移气流进行冲洗，可以缩短恢复原始测量状态的时间。如果NOx化合物的离子强度在排出后低于预定的阈值，则由此恢复原始测量状态。为了进行验证，必须简要地建立用于测量样品的第二测量状态，从而可以评估关于NOx离子形成的漂移时间谱。

如上所述，通过使用尽可能低的高压幅度来点燃和维持等离子体，可以抑制由NOx化合物形成的离子。同时，等离子体的最小点火电压取决于气体密度并且因此根据理想气体定律取决于气体的温度和绝对压力，但这些值在运行过程中可能发生变化。根据本发明，等离子体的点燃和维持是根据流过气体的温度和压力通过控制系统来控制的，该控制系统设置用于幅度和频率的最佳高压参数并且在变化时调整这些参数。此外，该控制系统控制气流。为了保证等离子体在最小电压下的点燃和维持，进一步优选地通过传感器测量电离源附近的气体温度和气体压力，并且测量漂移时间谱。整个漂移时间谱或选定范围上的积分是额外的控制变量，该控制变量是离子产生的量度。通过上述控制系统，也优选地实现第一运行模式和第二运行模式。

根据本发明的离子迁移谱仪优选以干燥空气(小于100ppm的水含量)作为漂移气体并且同样以干燥载气运行。在这些条件下，等离子体的点燃特别困难。另一方面，较高的水含量通常会促进等离子体的点燃。因此，在干燥空气中点燃等离子体通常需要更高的点火电压。

根据本发明的离子迁移谱仪优选具有辐射源，该辐射源设计和设置用于用波长范围为480至280nm的光照射局部电离源。令人惊讶的是，已经表明，通过在含水量小于100ppm的干燥空气中对局部电离源进行这种照射，可以降低等离子体的点火电压并且可以缩短等离子体的点火时间。有利地，在提到的波长范围内，小于100mW的光辐射功率足以显著支持等离子体点火。

特别优选地，辐射源是波长为480至280nm的发光二极管。该波长范围对应于分子氮的第二正级数。特别优选地，辐射源设计为用405nm的波长照射局部电离源。特别优选地，辐射源是具有相应波长的激光二极管，例如蓝光播放器中常用的激光二极管。局部等离子体源优选地由至少一个辐射源直接地、间接地和/或以聚焦方式经由光缆照射。照射优选进行短时间直到电离开始，这可以基于例如反应物离子的强度在漂移时间谱中识别到。强度的最小值或预定区间内的积分可以用作关闭辐射源的标准，低于最小值引起再次打开辐射源。辐射源的脉冲连续运行也是优选的。脉冲宽度优选地适应环境条件，例如局部电离源的湿度、压力和温度。

根据本发明的方法的方法步骤可以通过电气或电子部件或组件(硬件)通过固件(ASIC)或通过执行合适的程序(软件)来实现。同样优选地，根据本发明的方法通过硬件、固件和/或软件的组合来实现或实施。例如，用于执行各个方法步骤的各个部件设计为单独的集成电路或者布置在公共的集成电路上。用于执行各个方法步骤的各个部件也优选地布置在(柔性)印刷电路板(FPCB/PCB)、带载封装(TCP)或其它基板上。

根据本发明的方法的各个方法步骤进一步优选地设计为一个或多个过程，这些过程在一个或多个电子计算设备中的一个或多个处理器上运行并且在一个或多个计算机程序的执行期间产生。计算设备优选设计为与其它组件、例如通信模块和一个或多个传感器协作，以便实现在此描述的功能。计算机程序的指令在此优选地存储在存储器、例如RAM元件中。然而，计算机程序也可以存储在非易失性存储介质中，例如CD-ROM、闪存等。

对本领域技术人员来说进一步显而易见的是，几台计算机(数据处理设备)的功能可以组合或组合在单个设备中，或者特定数据处理设备的功能可以分布到多个设备中，以便在不偏离根据本发明描述的方法的情况下执行根据本发明的方法的步骤。根据本发明的方法的优选实施例对应于根据本发明的离子迁移谱仪的优选实施例。

附图说明

以下参照附图详细描述本发明的实施例。在附图中：

图1是根据一个实施例的离子迁移谱仪的示意性横向剖面图；

图2是根据一个实施例的离子迁移谱仪的反应室和部分漂移室的示意性透视剖面图；

图3是根据一个实施例的离子迁移谱仪的示意性透视图；

图4是根据一个实施例的离子迁移谱仪中(A)样气流、(B)漂移气流和(C)由样气流和漂移气流形成的总流的示意图；

图5是根据一个实施例的离子迁移谱仪的气体出口处围绕局部电离源的总流的流速的示意性横剖面图；和

图6示出带负电荷的离子在漂移室中不存在(A)和存在(B)污染性NOx离子情况下的IMS质谱。

具体实施方式

根据本申请的一个实施例的离子迁移谱仪100在图1中以示意性侧视图示出并且在图2中以示意性的透视剖面图示出。离子迁移谱仪100具有圆柱形漂移室10和沿轴向1与其相邻的圆柱形反应室20。漂移室10在面向反应室20的一侧由开关栅11界定。在与开关栅11相对的一侧，漂移室10由离子检测器12界定，反应室20由气体出口23界定。漂移气体入口14围绕离子检测器12环形布置。样气入口21布置在反应室20中与开关栅11相邻，并且在反应室20的内圆周上具有彼此相对的成对设置的气体入口25。配置用于介质阻挡放电的局部电离源24进一步布置在反应室20中在气体出口23附近。

在离子迁移谱仪100的运行期间，漂移气体13、尤其含水量小于100ppm的干燥空气通过漂移气体供应装置(未示出)通过漂移气体入口14以定义的、例如为4cm/s的流速被引入漂移室10中。漂移气体13流经漂移室10、开关栅11和反应室20并且通过气体出口23离开离子迁移谱仪100。此外，在离子迁移谱仪100的运行期间，由包含在载气中的样品材料构成的样气22可以通过样气入口21被引入反应室20中。样气22在样气入口21下游沿轴向与漂移气流13混合，并且样气22和漂移气流22形成的总气流流向气体出口23，其中由于气体出口23的较小流动横截面，总气流增大。在增大的总气流通过气体出口23离开离子迁移谱仪100之前，该总气流围绕局部电离源24流动，根据漂移气体13的流速达到超过50cm/s的流速。在图5中示出局部电离源24周围的在离子迁移谱仪100的横截面中的流动分布。等高线表示以cm/s为单位的气体流速。因此，在局部电离源24的区域中实现了大约70cm/s的总气流的流速。

在局部电离源24处，样品材料通过介质阻挡放电被电离。此外，用作漂移气体13的空气成分可以被电离。在局部电离源24附近，LED布置为辐射源40，通过该辐射源可以直接照射局部电离源24。当打开时，LED 40可以用于确保在干燥的环境条件下尤其当漂移气体和载气或样气都干燥、例如总气流的水浓度小于100ppm时点燃等离子体。

反应室20还具有局部电势源30，通过该局部电势源可以建立相对于参考源32(地)的电压。根据由此在电离源24和电势源30之间产生的电势差，特定极性的离子朝开关栅11的方向并且逆着总气流移动。该运动进一步由布置在反应室20和漂移室10中的另外的电势支撑环(场支撑环)31介导。在这种情况下，主要是离子速度与流速之比大于1的离子逆着总气流朝开关栅11移动，而其它离子则被总气流的高流速导引向气体出口23并且通过该气体出口从离子迁移谱仪100中导出。到达开关栅11的离子通过布置在其中的电势支撑环31在漂移室中以定义的方式逆着漂移气流13朝离子检测器12的方向移动。离子的离子迁移率可以基于所测量的漂移时间来确定，这些漂移时间是离子从开关栅11到离子检测器12的距离所需的。已经表明，根据本申请的离子迁移谱仪100的设计有利地允许电离的样品材料和由电离源形成的中性粒子的分离。因此，本申请的离子迁移谱仪100可以用于确定尽可能没有例如NOx离子的干扰峰值的离子迁移谱。

根据一个实施例，样气入口26具有流入环21，如在图3的透视图中示意性所示。在这种情况下，流入环21具有样气供应管线27，该样气供应管线设计用于连接到外部的样气供应装置(具有泵和/或阀，未示出)。根据图3，样气供应管线27形成为穿过流入环21的外圆周的孔。此外，流入环21具有流动通道28，根据图3，该流动通道形成为在流入环21的轴向表面上构造的并且连接到样气供应管线27的凹部。随后通过在流入环26和离子迁移谱仪100的相邻的环形段之间使用合适的粘合剂、焊接或弹性体密封件将流入环21安装在离子迁移谱仪100中来密封流动通道28。

图3中所示的流入环尤其具有沿第一方向从样气供应管线27分支出的第一流动通道281和沿第二方向从样气供应管线27分支出的第二流动通道282。第一流动通道281将样气供应管线27连接到多个第一气体入口251，用于引入具有径向流动分量的样气22，即至少部分地沿径向2引入样气(参见图1)。气体入口251在此可以垂直于轴向1定向并且直接指向离子迁移谱仪100的旋转对称轴。然而，气体入口251还可以与轴向1包围略微的锐角，使得样气流22带有朝电离源24的方向的轴向速度分量以及径向速度分量地被引入。第二流动通道282还将样气供应管线27连接到多个用于引入样气22的第二气体入口252。第一气体入口251和第二气体入口252在此成对相对地布置。尤其地，第一气体入口251和第二气体入口252相对于离子迁移谱仪100的指向轴向1的旋转对称轴彼此点对称地布置。有利地，这允许通过第一气体入口251引入的样气流22的径向速度分量和通过相对置的第二气体入口252引入的样气流22的径向速度分量相互补偿。有利地，这导致旋转对称轴区域中的样气流22的径向流速几乎为零，从而样气流22不会流到反应室20的相对置的壁。这导致有利地将样品输送给局部电离源24，尤其输送到局部电离源24周围的限制的空间区域中。本申请的离子迁移谱仪100因此能够实现样品材料的在局部电离源24处产生的离子的高产率。

图4(A)、(B)和(C)示意性地示出了离子迁移谱仪100中的样气流22、漂移气流13和总气流13、22。如图4(A)所示，样气22首先通过样气供应管线27被引入流入环26，尤其被引入布置在流入环内部的流动通道(未示出)中。经由流动通道，样气22到达第一气体入口251和相对布置的第二气体入口252并且通过这些气体入口被引入反应室20中。通过经由相对布置的入口251、252被引入，样气22的径向流动分量有效地相互补偿。通过与图4(A)中未示出的漂移气流叠加，样气22还被移向局部电离源24并且在下游通过气体出口23被增大和排出。

图4(B)单独地示出了离子迁移谱仪100中的漂移气流13。漂移气流13通过气体入口(未示出)被引入漂移室10中并且大规模地以层流方式朝反应室的方向流动。在过渡到反应室20中之后，漂移气流10在样气入口21的区域中由于引入具有径向流动分量的样气22而经历局部收缩。此后，漂移气流13继续朝气体出口23的方向流动，局部电离源24布置在该气体出口中。由于与反应室20的流动横截面相比，气体出口23的流动横截面明显更小，因此气体出口23中和局部电离源24周围的漂移气流大大增大。根据伯努利效应(BERNOULLI)，该增大是由于反应室20和气体出口23的流动横截面之比造成的，并且优选地，反应室20的流动横截面是气体出口23的流动横截面的至少2倍、优选5倍并且特别优选10倍。图4(C)示出了由图4(A)的样气流22和图4(B)的漂移气流13形成的总气流。这也展示了本申请的离子迁移谱仪100的流动模式特征，尤其缺少样气流22的径向超出离子迁移谱仪100的对称轴的份额以及总气流由于通过局部电离源24周围的气体出口23被排出而增大。因此，根据本申请的离子迁移谱仪100在源24处实现了样品材料的高离子产率。类似地，实现了将电离的样品材料有效地运输到漂移室10中，另一方面，用作漂移气体的空气的非电离成分通过气体出口23从离子迁移谱仪100排出。样气通过样气入口21的流入也有效地防止了非电离的样气、尤其水进入漂移室10。

本申请的离子迁移谱仪100可以进一步有利地以两种不同的运行模式运行。第一运行模式有利地能够使用内部生成的NOx离子校准离子迁移谱仪100，而第二运行模式能够使用先前已知的NOx离子的与温度相关的归一化离子迁移率来基于参考地确定样品材料的离子迁移谱。图6(A)和(B)示出用根据本发明的离子迁移谱仪100确定的在样气被NOx离子污染(图6(A))和未被污染(图6(B))的情况下的漂移时间谱。基于这些图，下面简要说明IMS100的两种运行模式。

在根据本申请的离子迁移谱仪100的第一运行模式中，它以第一运行参数运行。这些第一参数导致在局部电离源24处仅形成或至少主要地形成NOx离子、例如NO₂离子和/或NO₃离子。为此，尤其停止或节流样气供应，并且载气供应也可以被停止或继续运行。当使用漂移气体、例如干燥空气作为载气时，后一种选择特别有用。此外，用于通过漂移气体入口14引入漂移气体的样气供应装置和/或漂移气体供应装置可以如此运行，使得局部电离源24处的总气流的流速小于50cm/s。此外，局部电离源的工作电压可以设置为高于预定的极限电压，该极限电压优选针对测试台中的离子迁移谱仪100凭经验来确定，并且在高于该极限电压时，NOx离子尤其以预定的产量由漂移气体形成。通过设置第一运行参数，NOx离子因此主要在局部电离源24处和周围形成，而电离的样品材料几乎不形成。

图6(B)示出离子迁移谱中NOx离子的两个特征峰值52、53。第二IMS峰值52对应于2.18cm²/Vs的归一化离子迁移率K₀ ⁵²的值，并且第三IMS峰值53对应于2.00cm²/Vs的归一化离子迁移率K₀ ⁵³的值。还示出了具有2.126cm²/Vs的离子迁移率K₀ ⁵¹的示例性电离样品材料的第一IMS峰值51。例如，这是初级离子或负反应物离子的峰值。从图6(B)可以看出，NOx离子的IMS峰值52、53明显阻碍了第一IMS峰值51的分辨率。因此，IMS峰值51的测量应尽可能在NOx离子不存在的情况下进行。同时，通过与NOx的归一化离子迁移率K₀(T)的先前已知的值进行比较，NOx离子的IMS峰52、53可用于基于参考地测量样品材料的离子迁移率。IMS峰值53由于其分离的位置而特别适合于此。为此，在离子迁移谱仪100的当前测量条件、例如当前温度下，在第一运行模式中仅确定NOx离子的IMS峰值52、53并且因此确定NOx离子的漂移时间。与解析的IMS峰值51、即样品材料的漂移时间一起可以基于样品材料和NOx离子的漂移时间比来确定样品材料的离子迁移率。

在离子迁移谱仪100的第二运行模式中，因此设置第二运行参数以便设置非零样气供应流速并且进一步增加漂移气体供应流速使得总气流在局部电离源处的流速为50cm/s或更高。在图5中局部电离源24周围的离子迁移谱仪100的横截面中示出了在第二运行模式中的总气流的相应流动分布，其中，总气流的流速约为70cm/s并且在局部电离源24的区域中实现。因此，NOx化合物有利地通过气体出口23排出。同时，将作为局部电离源24的介质阻挡放电源的供电电压设置为低于预定的极限电压，使得在局部电离源24处形成的NOx离子明显更少。因此，在第二运行模式中，有利地几乎没有NOx离子进入漂移室10，并且因此确定了图6(A)的漂移时间谱。连同在第一运行模式下在类似于图6(B)的漂移时间谱中确定的NOx离子的漂移时间，随后基于样品材料和NOx离子的漂移时间比以及NOx离子的先前已知的离子迁移率K₀(T)确定样品材料的离子迁移率。优选地，离子迁移谱仪100在第一和第二运行模式之间被吹扫，以便尽可能完全地排出形成的NOx离子。

附图标记列表

1 轴向

2 径向

10 漂移室

11 开关栅

12 离子检测器

13 漂移气流

14 漂移气体入口

20 反应室

21 样气入口

22 样气

23 气体出口

24 局部电离源

25 气体入口

251 第一气体入口

252 第二气体入口

26 流入环

27 样气供应管线

28 流动通道

281 第一流动通道

282 第二流动通道

29 流动障碍物

30 电势源

31 场支撑环

32 参考电势

40 辐射源(LED)

51 第一IMS峰值

52 第二IMS峰值

53 第三IMS峰值

100 离子迁移谱仪

Claims (15)

1.一种离子迁移谱仪(100)，其用于确定样品的离子迁移率，该离子迁移谱仪包括：

圆柱形的漂移室(10)，其设计用于逆着轴向的漂移气流(13)将离子从开关栅(11)运输至离子检测器(12)；

圆柱形的反应室(20)，其沿轴向(1)与漂移室邻接并且具有与开关栅(11)相邻的用于引入样气(22)的样气入口(21)、与开关栅(11)相对置的用于排出漂移气体(13)和样气(22)的气体出口(23)和布置在气体出口(23)处的局部电离源(24)，

其中，所述样气入口(21)在反应室(20)的内圆周上具有相对置的气体入口(25)。

2.根据权利要求1所述的离子迁移谱仪(100)，其特征在于，所述漂移室(10)和反应室(20)设计为圆柱形，并且样气(22)通过气体入口(25)带有径向的流动分量地被供应。

3.根据权利要求2所述的离子迁移谱仪(100)，其中，样气(22)的通过相对置的气体入口(25)引入的部分流的流速的径向分量相互补偿。

4.根据前述权利要求中任一项所述的离子迁移谱仪(100)，其中，所述样气入口(21)包括沿周向围绕所述反应室(20)延伸的流入环(26)，该流入环具有将至少一个样气供应管线(27)与至少一个气体入口(25)连接的流动通道(28)。

5.根据权利要求4所述的离子迁移谱仪(100)，其中，所述样气入口(21)包括成对相对置地布置在反应室(20)的内圆周上的气体入口(25)，其中，每对相对置的气体入口(25)具有第一气体入口(251)和第二气体入口(252)，并且样气供应管线(27)通过第一流动通道(281)与至少一个第一气体入口(251)相连并且通过第二流动通道(282)与至少一个第二气体入口(252)相连。

6.根据权利要求4或5所述的离子迁移谱仪(100)，其中，在至少一个流动通道(28)中布置有流动障碍物(29)，用于使样气流(22)转向通过气体入口(25)。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的离子迁移谱仪(100)，其中，至少一个流动通道(281、282)具有多个气体入口(251、252)。

8.根据权利要求7所述的离子迁移谱仪(100)，其中，在每两个气体入口(25)之间布置有用于使样气流(22)转向的流动障碍物(29)。

9.根据权利要求8所述的离子迁移谱仪(100)，其中，所述流动障碍物(29)设计为使所述样气的通过气体入口(25)流出的部分流同等。

10.根据前述权利要求中任一项所述的离子迁移谱仪(100)，其中，所述气体出口(23)具有比所述反应室(20)和/或所述漂移室(10)更小的流动横截面。

11.根据前述权利要求中任一项所述的离子迁移谱仪(100)，其中，所述局部电离源(24)配置用于介质阻挡放电，和/或所述离子迁移谱仪包括辐射源(40)，该辐射源用于用波长为280nm至480nm的光照射所述局部电离源(24)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的离子迁移谱仪(100)，还包括布置在所述反应室(20)中的至少一个电势源(30)，该电势源用于产生用于朝向漂移室(10)运输在所述局部电离源(24)处形成的离子的电场。

13.根据前述权利要求中任一项所述的离子迁移谱仪(100)，还包括布置在所述离子检测器(12)的区域中的漂移气体入口(13)和用于可控地供应漂移气体的漂移气体供应装置和用于可控地供应样气的样气供应装置。

14.一种用于运行离子迁移谱仪(100)的方法，该方法用于确定样品的离子迁移率，包括以下方法步骤：

设置离子迁移谱仪的局部电离源(24)、用于供应空气作为漂移气体的漂移气体供应装置和/或样气供应装置的第一运行参数，以便在局部电离源(24)处产生NOx离子并且将产生的NOx离子引入离子迁移谱仪(100)的漂移室(10)中；

在漂移室温度T下测量NOx离子的第一漂移时间t_NOx；

设置局部电离源(100)、漂移气体供应装置和/或样气供应装置的第二运行参数，以便在局部电离源(24)处不形成NOx离子的情况下产生样品离子和/或避免将NOx离子引入漂移室(10)中；

在漂移室温度T下测量样品离子的第二漂移时间t_P；

使用测得的第一漂移时间t_NOx、测得的第二漂移时间t_P和作为参考的NOx离子的归一化离子迁移率K₀ ^R(T)根据K₀ ^P(T)＝t_NOx/t_P*K₀ ^R(T)确定样品的归一化离子迁移率K₀ ^P(T)。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一运行参数设置样气供应装置的流速和/或漂移气体供应装置的流速，以便将局部电离源处的流速限制为低于50cm/s和/或将作为局部电离源(24)的介质阻挡放电源的供电电压设置为高于预定的极限电压，并且其中，第二运行参数设置样气供应装置的流速和/或漂移气体供应装置的流速，以便将局部电离源(24)处的流速设置为高于50cm/s和/或将作为局部电离源(24)的介质阻挡放电源的供应电压设置为低于预定的极限电压。

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