CN205428870U - 一种电晕放电组件和离子迁移谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电晕放电组件和离子迁移谱仪。其中，电晕放电组件包括至少一个电晕放电单元，所述电晕放电单元包括一对平行设置的电晕金属丝；所述平行设置的电晕金属丝上施加幅度相等极性相反的脉冲。本实用新型能产生比针或者尖端电晕更多的反应离子，有利于提高离子迁移的灵敏度，同时可以有效地提高电晕源的使用寿命能将寿命延长至3‑10年。

Description

一种电晕放电组件和离子迁移谱仪

技术领域

本实用新型涉及安全检测技术领域，尤其涉及一种电晕放电组件和离子迁移谱仪。

背景技术

目前，离子迁移作为快速检测爆炸物及毒品的仪器，目前已经广泛应用于机场、地铁、场馆的安检领域。传统的离子迁移产品多采用放射源产生反应离子，但放射源危险性高，严格受控，不能用于飞机内部等场所的安检。因此自上世纪90年代开始，多家公司开始了非放射源的产品化研究。目前市场上主要以电晕放电，光电离源，电喷雾源，辉光放电等几种非放射源技术为主，其中电晕放电及光电离是各个公司采用的最主要的电离源形式。

电晕放电产生的反应离子种类非常丰富，在所有电离源中，它产生的反应离子与放射源最接近，是替代放射源的最佳选择。电晕放电源的缺点是损耗快寿命短，要经常更换，增加了仪器设计的难度。

现有技术中公开一种对针的正负脉冲电晕放电源，其优点是能同时产生正负离子，并通过控制开门信号与脉冲电晕的时间间隔，达到控制样品分子与反应离子间反应进程的目的。虽然使用脉冲来有效地延长针的寿命，但针尖得损耗依然是不可避免的，其缺点是针的寿命较短，需要定期更换。

另一种直流切换电晕源，当切换到高压时，电晕金属丝产生的反应离子可以使掺杂分子带电，当切换到低压时，则无法使掺杂分子带电，其使用目的是可控的掺杂状态。光电离原理简单，容易实现，缺点是寿命偏低，因为电晕电压越高，针尖损耗越快，背景气体越活跃，针的污染越严重，虽然使用了切换电压的方法(工作时，电晕高压开 启，产生电晕，不工作的时候，电晕高压电位低，无法起晕，不产生电晕)减少高压的使用频率，但是其电晕源的寿命依然偏低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：如何提高电晕源的寿命。

为实现上述的实用新型目的，本实用新型提供了一种电晕放电组件和离子迁移谱仪。

一方面，本实用新型提供一种电晕放电组件，包括至少一个电晕放电单元，

所述电晕放电单元包括一对平行设置的电晕金属丝；

所述平行设置的电晕金属丝上施加幅度相等极性相反的脉冲。

可选地，所述电晕金属丝直径为10微米至50微米。

可选地，所述电晕金属丝是铂金或钯金制成。

可选地，所述脉冲强度为1kV至5kV。

可选地，所述脉冲时间小于1微秒。

可选地，所述电晕放电单元是多个，

所述多个电晕放电单元的电晕金属丝按施加的脉冲极性交替设置。

可选地，所述电晕放电单元的电晕金属丝线性排列。

可选地，所述电晕放电单元的电晕金属丝呈折线形阵列方式排列。

可选地，所述电晕放电单元的电晕金属丝呈环形阵列方式排列。

另一方面，本实用新型还提供一种离子迁移谱仪，包括依序设置的离化区、离子门、迁移区和法拉第盘；

所述离化区内固定有电晕放电组件；

所述电晕放电组件是上述的电晕放电组件。

可选地，所述离化区的电位与所述电晕金属丝的直流偏置相等。

可选地，所述电晕金属丝的方向与离子迁移管的轴向方向垂直。

本实用新型提供的电晕放电组件和离子迁移谱仪，能产生比针或者尖端电晕更多的反应离子，有利于提高离子迁移的灵敏度，同时可以有效地提高电晕源的使用寿命能将寿命延长至3-10年。

附图说明

图1是本实用新型提供的电晕放电单元结构示意图；

图2是本实用新型多个电晕放电单元水平设置电晕金属丝截面图；

图3是本实用新型多个电晕放电单元双层设置电晕金属丝截面图；

图4是本实用新型多个电晕放电单元环形设置电晕金属丝截面图；

图5是本实用新型离子迁移谱仪结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型提供一种电晕放电组件，电晕放电组件应用于电晕源中，该电晕放电组件包括至少一个电晕放电单元1，电晕放电单元1包括一对平行设置的电晕金属丝11、12；平行设置的电晕金属丝11、12上施加幅度相等极性相反的脉冲。下面对本实用新型提供的电晕放电组件展开详细的说明。

如图1所示，在本实用新型中，每个电晕放电单元1包括一对平行设置的电晕金属丝11、12。电晕金属丝11和12优选采用铂金和钯金等。当然可以理解，本实用新型不仅限于此，其他具有高化学惰性、高延展性、高强度的高导电率金属也仍然可以实现本实用新型。电晕金属丝11和12的直径优选为10微米至50微米之间。如果电晕金属丝过细会进一步提高加工难度，电晕金属丝加工成本高，如果电晕金属丝太粗， 所需的脉冲幅度过高，对商业脉冲源的要求过高。

本实用新型提供的电晕放电组件的工作过程是这样的：电晕放电单元中的电晕金属丝11、12在不工作时，电晕金属丝11和电晕金属丝12上不施加电压，且电晕金属丝11和电晕金属丝12处于零电场区域，电晕金属丝11和电晕金属丝12都处于等电位。电晕放电单元中的电晕金属丝11、12在工作时，分别在电晕放电单元中的电晕金属丝11、12施加幅度相等极性相反的脉冲。例如在电晕金属丝11上施加极性为正(+)的脉冲，同时在电晕金属丝12上施加极性为负(-)的脉冲。在电晕金属丝11、电晕金属丝12施加的脉冲幅度优选为1kV至5kV。此时，电晕金属丝11上形成正脉冲电晕，电晕金属丝12上形成负脉冲电晕。电晕金属丝11上形成正离子，电晕金属丝12上形成负离子。电晕金属丝11上形成的正离子在电晕金属丝11和电晕金属丝12上施加的脉冲产生的强电场作用下向电晕金属丝12方向运动。电晕金属丝12上形成的正离子在电晕金属丝11和电晕金属丝12上施加的脉冲产生的强电场作用下向电晕金属丝11方向运动。在电晕金属丝11、电晕金属丝12施加脉冲的时间优选小于1毫秒。由于向电晕金属丝11和电晕金属丝12施加脉冲有效放电时间很短，因此，电晕产生时，电晕金属丝11上形成正离子，电晕金属丝12上形成负离子不足以到达电晕金属丝12上，电晕金属丝12上形成负离子不足以到达电晕金属丝11上。脉冲结束后，电晕金属丝11上形成的正离子和电晕金属丝12上形成的负离子在无场空间中扩散并与空气中的分子(O₂，H₂O，N₂)发生反应，形成大量的反应离子(O₂ ^-，(H₂O)H⁺，NO⁺及其水合物)，样品分子M与这些反应离子在离化区域中进行充分的电荷交换后，形成的样品离子(M(H₂O)_nO₂ ^-，M(H₂O)_nH⁺等，n＝1，2，3…)进入迁移区，在迁移电场的作用下到达法拉第盘，根据飞行时间的不同，达到鉴别物质的目的。

在本实用新型中，电晕放电组件采用电晕金属丝11、12可以有效 延长电晕源的寿命。但是，电晕金属丝11、12在使用过程中，也会产生相应的损耗。如图2至图4所示，为了尽可能延长电晕源的寿命，电晕源中的电晕放电单元1是多个，多个电晕放电单元1的电晕金属丝按施加的脉冲极性交替设置。如图2至图4所示，电晕放电组件包括多个电晕放电单元1，多个电晕放电单元1的多根电晕金属丝11、12并列，正负电晕金属丝11、12交错排列，图中，+代表正电晕金属丝，-代表负电晕金属丝。如图2至图4所示，在本实用新型中，电晕源中的多个电晕放电单元可以交替使用也可以同时使用，下面对多个电晕放电单元的使用方式分别展开详细说明。

电晕源中的多个电晕放电单元101、102、103交替使用时，每次只使用一部分(使用其中的一个电晕放电单元或两个电晕放电单元)。具体地，如图2至图4所示，当工作时，只给第一电晕放电单元中101的电晕金属丝11(-1)和电晕金属丝12(+1)施加脉冲，其它的电晕放电单元102、103中的电晕金属丝都处于原始等电位。经过一段时间(几个月)的运行后电晕金属丝“-1”，“+1”不能再正常起晕，则通过电路切换到电晕放电单元102运行，只给第二电晕放电单元中102的电晕金属丝11(-2)和电晕金属丝12(+2)施加脉冲，以此类推再切换到第三电晕放电单元中103，这样可以有效地延长电晕源的使用寿命。

电晕源中的多个电晕放电单元101、102、103同时使用时，如图2至图4所示多个电晕放电单元101、102、103中的所有正电晕金属丝11电连接，所有负电晕金属丝12丝电连接，只会在间距最近的一对电晕金属丝或几对电晕金属丝之间产生电晕，而其它的电晕金属丝是不产生电晕。多个电晕放电单元同时实用的优点如下：(1)、当其中的一对电晕金属丝丝或一部分电晕金属丝丝不工作时，其它的电晕金属丝开始产生电晕，从而有效地提高电晕源的使用寿命。(2)、多电晕金属丝丝结构的电晕产生更多的离子，从而有效地增加反应离子的数量。

如图2所示，本实用新型的一种实施方案中，电晕源中的多个电晕放电单元101、102、103的多个电晕金属丝11、12线性排列。电晕金属丝11、12呈+、-、+、-、+、-方式形成一排排列。相邻的电晕金属丝11、12之间产生电晕，相邻的电晕放电单元之间交替产生电晕。

如图3所示，本实用新型的另一种实施方案中，电晕源中的多个电晕放电单元101、102、103的多个电晕金属丝呈折线形阵列方式排列。如此，多个电晕金属丝呈波浪形设置，两排电晕金属丝11、12构成正负电晕源，上排为正电晕金属丝11，下排为负电晕金属丝12。例如，所有的电晕金属丝11和电晕金属丝12工作时，相邻的电晕金属丝11、12之间(“+1”和“-1”、“-2”)之间产生电晕。在上下排电晕金属丝11、12间交替产生电晕，相邻的电晕放电单元之间交替产生电晕。

如图4所示，本实用新型的另一种实施方案中，电晕源中的多个电晕放电单元101、102、103的电晕金属丝11、12的横截面呈环形阵列排列。所有电晕金属丝11、12优选整体形成一个圆形，在“+1”上施加正脉冲，“-1”或(和)“-6”上施加负脉冲，就会产生正负电晕。呈环形阵列排列设置的电晕金属丝11、12间交替产生电晕，相邻的电晕放电单元之间交替产生电晕。

应当可以理解，本实用新型中图2至图4所示的电晕源中，多个电晕放电单元可以交替使用也可以同时使用，具体使用过程参考以上实例，再次不再作一一赘述。

为进一步体现本实用新型提供的电晕放电组件的优越性，本实用新型还提供一种应用上述电晕放电组件的离子谱仪，如图5所示，该离子谱仪包括：包括依序设置的离化区10、离子门2、迁移区3和法拉第盘5；离化区内固定有电晕放电组件1；电晕放电组件1是上述的电晕放电组件。下面对本实用新型提供的离子谱仪展开详细的说明。

如图5所示，离化区中的电晕源包括一个电晕放电组件1，电晕放电组件1中的电晕金属丝固定在离化区10中，电晕金属丝的方向优选与离子迁移方向垂直。离化区10的电位与电晕金属丝的直流偏置相等。在本实用新型中，离子门3可以是BN门也可以是网状门(应当可以理解，本法实用新型不仅限于此，现有技术中任意形式的门均可以实现本实用新型)，迁移区3由一系列极片31构成，迁移区域3收集离子的法拉第盘5之间还设置有抑制栅4。

如图5所示，本实用新型提供的电晕放电组件的离子谱仪的工作过程是这样的：离化区10中的两根电晕金属丝上分别施加幅度相等极性相反的脉冲，在两根电晕金属丝表面产生了大量正、负离子。这些正负离子向对面的电晕金属丝运动，但由于脉冲很短，它们到达之前脉冲就结束了，大量的正负离子在离化区10中扩散，与空气分子发生反应形成了大量的反应离子。样品分子与反应离子在离化区1中进行充分的电荷交换，形成了样品离子。离子门3开启后，样品离子进入迁移区3，在迁移电场的作用下经过抑制栅4后到达法拉第盘5。电晕金属丝能产生比针或者尖端电晕更多的反应离子，有利于提高离子迁移的灵敏度。当电晕金属丝的表面由于杂质、样品污染而覆盖上一氧化层时，可以给电晕金属丝通电来消除氧化层，延长电晕金属丝的使用寿命。

本实用新型提供的电晕放电组件的电晕放电过程是这样的：向电晕金属丝上施加幅度相等极性相反的脉冲。当电晕金属丝的表面由于杂质、样品(主要是各种有机物)污染而覆盖上一氧化层时，可以给电晕金属丝通电来消除氧化层，电极丝通电发热可促使这些物质挥发或进一步氧化从而消除，延长电晕金属丝的使用寿命。

综上所述，提供的电晕放电组件和离子迁移谱仪，能产生比针或者尖端电晕更多的反应离子，有利于提高离子迁移的灵敏度，同时可以有效地提高电晕源的使用寿命能将寿命延长至3-10年。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (12)

1.一种电晕放电组件，其特征在于，包括至少一个电晕放电单元，

所述电晕放电单元包括一对平行设置的电晕金属丝；

所述平行设置的电晕金属丝上施加幅度相等极性相反的脉冲。

2.根据权利要求1所述的电晕放电组件，其特征在于，所述电晕金属丝直径为10微米至50微米。

3.根据权利要求1所述的电晕放电组件，其特征在于，所述电晕金属丝是铂金或钯金制成。

4.根据权利要求1所述的电晕放电组件，其特征在于，所述脉冲强度为1kV至5kV。

5.根据权利要求1所述的电晕放电组件，其特征在于，所述脉冲时间小于1微秒。

6.根据权利要求1所述的电晕放电组件，其特征在于，所述电晕放电单元是多个，

所述多个电晕放电单元的电晕金属丝按施加的脉冲极性交替设置。

7.根据权利要求6所述的电晕放电组件，其特征在于，所述电晕放电单元的电晕金属丝线性排列。

8.根据权利要求6所述的电晕放电组件，其特征在于，所述电晕放电单元的电晕金属丝呈折线形阵列方式排列。

9.根据权利要求6所述的电晕放电组件，其特征在于，所述电晕放电单元的电晕金属丝呈成环形阵列排列。

10.一种离子迁移谱仪，其特征在于，包括依序设置的离化区、离子门、迁移区和法拉第盘；

所述离化区内固定有电晕放电组件；

所述电晕放电组件是权利要求1-9任意一项所述的电晕放电组 件。

11.根据权利要求10所述的离子迁移谱仪，其特征在于，所述离化区的电位与所述电晕金属丝的直流偏置相等。

12.根据权利要求10所述的离子迁移谱仪，其特征在于，所述电晕金属丝的方向与离子迁移管的轴向方向垂直。