DE3782658T2 - Ionen-beweglichkeits-spektrometer. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Ionenbeweglichkeitsspektrometer, insbesondere ein Miniatur-Ionenbeweglichkeitsspektrometer.
• Die Technik der Ionenbeweglichkeitsspektroskopie (IMS) wurde in den frühen 1970er Jahren bekannt zur Analyse und zum Nachweis organischer Dämpfe. Eine typische Detektorzelle für ein Ionenbeweglichkeitsspektrometer (IMS) besteht aus einem Reaktionsbereich zur Erzeugung von Ionen und aus einem Driftbereich zur Messung der Beweglichkeit der Ionen. Der Reaktionsbereich und der Driftbereich sind durch ein Shuttergitter getrennt, das die Ionen aus dem Reaktionsbereich in den Driftbereich einläßt. Ein Einlaßkanal liefert ein Gas in den Reaktionsbereich. Im Reaktionsbereich ionisiert eine Ionisierungsquelle, zum Beispiel Tritium, 63Ni·241Am usw., einen Teil des Gases. Ein elektrisches Feld im Reaktionsbereich bewegt die Ionen zum Shuttergitter. Die Ionen werden in den Driftbereich eingelassen, wo ihre Beweglichkeit mit Hilfe ihrer Ankunftszeiten an einem Kollektor am entfernten Ende des Driftbereichs gemessen wird. Der Driftbereich wird durch ein elektrisches Feld unter Vorspannung gesetzt, um die Ionen zum Kollektor zu bewegen. Der Driftbereich kann ein Driftgas enthalten, das darin vom Kollektor zum Shuttergitter strömt.
• Ein Beispiel für die Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Vorspannungsfelds im Driftbereich und im Reaktionsbereich ist im US-Patent 4 390 784 angegeben, das am 28. Juni 1983 an
• D. R. Browning et al. erteilt und auf die Bendix Corp. übertragen wurde, die nunmehr mit der Patentinhaberin fusioniert ist. Das Patent 4 390 784 offenbart ein Keramikrohr, dessen Innenfläche mit einem Dickfilmwiderstand beschichtet ist. Ein Spannungspotential wird an den Film in Längsrichtung des Driftbereichs angelegt, um ein in Längsrichtung vom Shuttergitter zum Kollektor verlaufendes elektrisches Feld zu bilden.
• Im US-Patent 4 445 038, das am 24. April 1984 an G. E. Spangler und J. F. Wroten, Jr. erteilt und auf die Bendix Corporation übertragen wurde, die nunmehr mit der Patentinhaberin fusioniert ist, wird ein Ionenbeweglichkeitsdetektor beschrieben, der auf beiden Seiten eines mittig angeordneten Reaktionsbereichs zwei Driftbereiche aufweist, die jeweils vom Reaktionsbereich durch zwei Shuttergitter getrennt sind.
• Eine Verbesserung des Eintritts von Gas in den Reaktionsbereich ist im US-Patent 4 311 669 beschrieben, das am 19. Januar 1982 unter dem Titel "Membrane Interface for Ion Mobility Detector Cells" an G. E. Spangler erteilt und auf The Bendix Corporation übertragen wurde, die nunmehr mit der Patentinhaberin fusioniert ist. Im Patent 4 311 669 ist auf der Probeneinlaßöffnung eines Ionenbeweglichkeitsdetektors eine Zwischenmembran angebracht. Die Probe durchdringt die Membran und wird in den Ionenbeweglichkeitsdetektor mittels eines Trägergases gefördert, das die Innenflächen der Membran überstreicht.
• Eine weitere Verbesserung des Eintritts von Gas in den Reaktionsbereich ist beschrieben im US-Patent 4 378 499, erteilt an G. E. Spangler et al. und übertragen auf The Bendix Corporation, die nunmehr mit der Patentinhaberin fusioniert wird, und mit dem Titel "Chemical Conversion for Ion Mobility Detectors Using Surface Interactions". Im Patent 4 378 499 wird das eine Probe enthaltende Einlaßgas vor der Einspritzung in den Reaktionsbereich eines Ionenbeweglichkeitsspektrometers durch einen katalytischen Filter geleitet zum Verbessern der Selektivität und Empfindlichkeit durch Umwandeln mittels Oberflächenwechselwirkungen von Probengas oder -dampf in eine leichter ionisierte Form oder durch Umwandeln mit Oberflächenwechselwirkungen von störendem Gas oder Dampf in eine weniger leicht ionisierte Form. Wahlweise kann das Einlaßgas ausgesetzt werden: einem reaktiven Belag auf der Oberfläche einer durchlässigen Membran, und zwar vor der Diffusion durch dieselbe in den Reaktionsbereich, oder einem reaktiven Belag auf den Innenwänden des Reaktorbereichs. Der Reaktorbereich und der Driftbereich bestehen aus mehreren leitenden Ringen, wobei Driftgas in der Nähe des Detektors eintritt und in der Nähe des Shuttergitters austritt.
• Ein Miniatur-Ionenbeweglichkeitsspektrometer ist bekannt aus dem Journal of Physics E, Scientific Instruments, Band 19, No. 3, März 1986, Seiten 191-187, in einem Artikel von G. Spangler, etc. al.. Gemäß diesem Artikel enthält die Zelle "eine mit einem Widerstand beschichtete keramische Feldelektrode, um die ein Zellenheizdraht gewickelt ist. Der Reaktionsbereich besteht aus zwei Metallringen, die in die Keramikelektrode eingesetzt sind, wobei ein Ring eine 15 mCi abgebende radioaktive Ionisierungsquelle aus 63Ni enthält .... Das ebene Shuttergitter besteht aus zwei Sätzen von interdigital beabstandeten parallelen Trägern, die rechtwinklig zur Achse der Zelle verlaufen. . . .. Ein Metallgehäuse dient als Abschirmung gegen Hochfrequenzstörungen und bildet einen Weg für das Driftgas zum Strömen über den Zellenheizer vor dem Eintritt in den Driftbereich. . . .. Die Zelle ist als Modul gebaut, um den Zusammenbau und Abänderungen für Testzwecke zu ermöglichen.
• Der Artikel offenbart jedoch nicht Einzelheiten des Zusammenbaus. So enthält die kunstvolle Wiedergabe der Zellenkonstruktion von Fig. 1 der Veröffentlichung einen einzigen Innendurchmesser für die keramische Feldelektrode. Diese Konstruktion würde zu Problemen beim Zusammenbau führen, indem die Reaktorringe und das Shuttergitter nicht ordnungsgemäß zueinander angeordnet werden könnten.
• Daher ist die Schaffung eines leicht zusammenzubauenden Ionenbeweglichkeitsspektrometer erwünscht.
• Es ist ferner die Schaffung eines Ionenbeweglichkeitsspektrometers mit einem Metallgehäuse erwünscht, das ein leitendes Einsatzrohr (CIT) umgibt und hierfür eine elektrische und thermische Abschirmung bildet.
• Es ist ferner die Schaffung eines Ionenbeweglichkeitsspektrometers mit einem CIT einschließlich Heizelementen erwünscht, die an der Außenfläche befestigt sind zum Erhitzen des CIT und des in den Driftbereich eindringenden Gases.
• Es ist ferner die Schaffung eines Ionenbeweglichkeitsspektrometers erwünscht, bei dem die Drift- und Trägergase durch Löcher in der Shutteranordnung und dem angrenzenden Ring entleert werden zum Ermöglichen eines Gegenstroms von Gasen im Driftbereich und zum Verhindern einer Signalverschlechterung auf Grund einer Gasmischung und -verdünnung von Trägergas und Driftgas im Reaktionsbereich.
• Es ist ferner in einem Ionenbeweglichkeitsspektrometer die Schaffung eines Öffnungs- und Kollektoranordnung erwünscht, die als den Kollektor schließende Faraday-Abschirmung ausgelegt ist, so daß eine gegenseitige Bewegung zwischen Aperturgitter und Kollektor durch eine Bewegung von entgegengesetzer Polarität ausgeglichen wird und daß die Auswirkungen von Mikrophongeräuschen vermindert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
• Es werden die Vorrichtung und ein Verfahren beschrieben zur Erfassung von Gasbestandteilen in Umgebungsluft, enthaltend: ein erstes Gehäuse mit einer ersten Öffnung und einem Reaktionsbereich, wobei das erste Gehäuse eine erste Einrichtung aufweist zum Erzeugen von Ionen im Reaktionsbereich, wobei das erste Gehäuse einen ersten Einlaßkanal aufweist zum Leiten von Trägergas zum Reaktionsbereich und wobei das erste Gehäuse einen zweiten Einlaßkanal aufweist zum Leiten von Umgebungsgas zum Reaktionsbereich, ein Shuttergitter, das angrenzend an den Reaktionsbereich angeordnet ist zum Steuern des Durchtritts von Ionen aus dem Reaktionsbereich, ein zweites Gehäuse mit einer mit der ersten Öffnung zusammenpassenden zweiten Öffnung und mit einem darin ausgebildeten Driftbereich zum Aufnehmen derjenigen Ionen, die das Shuttergitter zu den Zeiten passieren, wenn die ersten und zweiten Öffnungen zusammenpassen, eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Felds im Driftbereich, um die Ionen zu veranlassen, zu einer Kollektorplatte zu wandern, ein Aperturgitter, das zwischen der Kollektorplatte und der zweiten Öffnung angeordnet ist, eine Einrichtung zum Anlegen eines gegebenen Potentials an die Öffnung, eine Einrichtung zum Erhitzen des Driftbereichs auf eine gegebene Temperatur, wobei das zweite Gehäuse einen dritten Einlaß für die Aufnahme des Driftgases hat, wobei der dritte Einlaß mit einem Kanal verbunden ist, wobei der Kanal in Wärmeverbindung mit einer Einrichtung positioniert ist zum Erhitzen des Driftbereichs zum Erhitzen des Kanals und des darin befindlichen Driftgases auf eine gegebene Temperatur, wobei der Kanal einen Auslaß hat um Leiten des Driftgases in den Driftbereich, wobei das erste Gehäuse einen Auslaßkanal hat, der im ersten Gehäuse angeordnet ist und sich zum Shuttergitter erstreckt zum Entfernen von Probengas und Trägergas aus dem Reaktionsbereich und von Driftgas aus dem Driftbereich.
• Die Erfindung sieht ferner ein Ionenmobilitätsspektrometer vor mit: einem Zylinderrohr mit einer Längsachse und einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das Zylinderrohr aufweist: einen ersten Längenbereich ausgehend von dem ersten Ende aufweist mit mindestens einem ersten Innendurchmesser, einen zweiten Längenbereich, der ausgehend vom ersten Längenbereich zum zweiten Ende hin verläuft, mit einem zweiten Innendurchmesser, der kleiner ist als der erste Innendurchmesser, um einen ersten inneren Ringabsatz an der Verbindungsstelle des ersten und des zweiten Längenbereichs zu bilden, sowie einen dritten Längenbereich, der sich vom zweiten Längenbereich bis zum zweiten Ende erstreckt und einen dritten Innendurchmesser aufweist, der größer als der zweite Innendurchmesser ist, um einen zweiten inneren Ringabsatz an der Verbindungsstelle des zweiten und des dritten Längenbereichs zu bilden, einem Driftbereich, gebildet aus einer ersten Widerstandsschicht mit einem gegebenen Widerstandswert, die auf der Innenfläche des zweiten Längenbereichs des Filterrohrs zur Erzeugung eines elektrischen Felds angeordnet ist, einer zweiten leitenden Schicht mit einem gegebenen Widerstandswert, die auf den ersten und zweiten inneren Ringabsätzen angeordnet sind und die erste leitende Schicht leitend anschließen, um ein Potential an der ersten leitenden Schicht anzulegen, einer Shutteranordnung, die innerhalb des Zylinderrohrs quer zur Längsachse angeordnet ist und leitende Umfangsbereiche aufweist, die gegen den ersten inneren Ringabsatz anliegend angeordnet sind, um einen elektrischen Kontakt zwischen der Shutteranordnung und der zweiten leitenden Schicht herzustellen, einem Reaktionsbereich, gebildet aus mehreren leitenden Ringen, die voneinander isoliert und seitlich aneinander angeordnet sind im ersten Längenbereich des Zylinderrohrs zwischen dem ersten Ende und der Shutteranordnung mit wenigstens einem Durchgangsweg zwischen der äußeren Oberfläche der leitenden Ringe und der inneren Oberfläche des ersten Längenbereichs des Zylinderrohrs, um Träger- und Driftgasen zu ermöglichen, von der Shutteranordnung zum ersten Ende des Zylinderrohrs zu strömen, wobei das erste Ende des Zylinderrohrs, das gegen ein erstes Gehäuse anstoßend angeordnet ist, Mittel zum Aufnehmen des Zylinderrohrs aufweist, um eine luftdichte Dichtung zu bilden, wobei das erste Gehäuse einen Einlaß zur Aufnahme von Umgebungsluft aufweist, das erste Gehäuse eine Membran aufweist, deren eine Seite der aufgenommenen Umgebungsluft ausgesetzt ist, das erste Gehäuse einen Trägergaseinlaß aufweist zum Aufnehmen von Trägergas, der Mittel einschließt zum Leiten des Trägergases vorbei an der nichtexponierten Seite der Membran und in den Reaktionsbereich, wobei der Reaktionsbereich Mittel aufweist zum Erzeugen von Ionen im Reaktionsbereich, und der Reaktionsbereich Mittel aufweist zum Anlegen eines Potentials an die Mehrzahl von leitenden Ringen bezüglich der Shutteranordnung, um die Ionen auf die Shutteranordnung hin zu bewegen, wobei die Shutteranordnung Mittel aufweist zum Leiten des Trägergases vom Reaktionsbereich zu dem wenigstens einen Durchgangsweg zwischen der äußeren Oberfläche der leitenden Ringe und der inneren Oberfläche des ersten Längenbereichs des Zylinderrohrs, wobei das erste Gehäuse eine Ausgangsleitung zum Ablassen des Trägergases und des Driftgases aufweist, das von wenigstens einem Durchgangsweg am ersten Ende des Zylinderrohrs aufgenommen wird, mit einem Aperturgitter, das innerhalb des dritten Längenbereichs des Zylinderrohrs quer zur Längsachse angeordnet ist und leitende Umfangsbereiche aufweist, die gegen den zweiten inneren Ringabsatz angeordnet sind, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Aperturgitter und der zweiten leitenden Schicht herzustellen, einem zweiten Gehäuse mit Mitteln zum Aufnehmen des zweiten Endes des Zylinderrohrs, wobei das zweite Gehäuse sich vom zweiten Ende über mindestens den zweiten Längenbereich des Zylinderrohrs erstreckt mit einem Raum zwischen dem zweiten Längenbereich und dem zweiten Gehäuse, wobei das zweite Gehäuse einen Einlaß aufweist zum Aufnehmen von Driftgas in den Raum zwischen dem zweiten Längenbereich des Zylinderrohrs und dem zweiten Gehäuse, einer Leitung zum Leiten des Driftgases von diesem Raum in den Driftbereich mit Hilfe des zweiten Endes des Zylinderrohrs, wobei das Zylinderrohr ein Heizelement aufweist, das mit der äußeren Oberfläche des Zylinderrohrs fest verbunden ist, um den zweiten Längenbereich des Zylinderrohrs und das Driftgas im Raum über dem Zylinderrohr vor dessen Eintritt in das Zylinderrohr aufzuheizen, wobei das zweite Gehäuse einen Kollektor aufweist, der hinter dem Aperturgitter angeordnet ist, um die Ionen zu sammeln, die durch das Aperturgitter hindurchtreten, Mitteln zum Anlegen einer Vorspannung am Aperturgitter, Mitteln zum Anlegen eines Signals vom Kollektor, das die durch den Kollektor gesammelten Ionen angibt, und Mitteln zum Anschließen von Leistung an das Heizelement.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Fig. 1 ist eine bildliche Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 2 ist ein Querschnitt II-II von Fig. l;
• Fig. 3 ist ein Querschnitt III-III von Fig. 2 zur Darstellung des Aperturgitters und des Kollektors;
• Fig. 4 ist ein vergrößerter Querschnitt eines Teils von Fig. 2;
• Fig. 5 ist eine Draufsicht einer Shutteranordnung, die sich zur Verwendung in Fig. 1 eignet;
• Fig. 6 ist ein Querschnitt VI-VI von Fig. 5;
• Fig. 7 ist eine schematische Darstellung der Ausführungsform von Fig. 1;
• Fig. 8 ist ein Blockdiagramm von Fig. 1 mit einem zusätzlichen Gerät, das für einen typischen Betrieb daran angeschlossen ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• Fig. 1 und 2 zeigen ein Ionenbeweglichkeitsspektrometer 10. Das Ionenbeweglichkeitsspektrometer 10 hat ein erstes Gehäuse 12 und ein zweites Gehäuse 14, die zum Beispiel Genauigkeitsgußteile aus Aluminium sein können mit Überzügen aus Tetrafluroethylen und die durch einen Ring 15 miteinander verbunden sein können, der an einem Flansch 16 des zweiten Gehäuses 14 anliegen kann. Der Ring 15 kann ein Gewinde 17 aufweisen, das auf ein Gewinde 18 des ersten Gehäuses 12 geschraubt werden kann. Eine Dichtung oder ein O-Ring 19 befindet sich zwischen den zusammenpassenden Flächen des Gehäuses 12 und 14 und bildet eine luftdichte Dichtung, wenn der Ring 15 fest auf das Gewinde 18 geschraubt ist. Ein alternatives Mittel zur Bildung einer luftdichten Dichtung kann durch zusammenpassende Flansche vorgesehen werden, zwischen denen sich eine Dichtung oder ein O-Ring befindet und die mit Schrauben oder Bolzen miteinander befestigt sind, die die Flansche fest zusammenziehen.
• Ein Zylinderrohr 20 mit einer Längsachse 22 ist im Gehäuse 12, 14 angeordnet. Das Zylinderrohr 20 kann zum Beispiel ein Isolator aus einem bearbeitbaren Keramikmaterial sein, etwa aus Macor, beschrieben 1974 in einem technischen Datenblatt AX-3000 der Firma Duramic Products, Inc. Palisades Park, New Jersey. Das Zylinderrohr 20 kann auch hergestellt sein aus einem Siliciumdioxidmaterial mit hohem Aluminiumoxidgehalt, Keramik, Quarz, Magnesiumoxid, Glas usw. Das Zylinderrohr 20 kann an seinem ersten Ende 24 durch eine Dichtung 26 positioniert werden, die zwischen das Gehäuse 12 und dem Außerrand des Rohrs 20 paßt. Die Dichtung 26 bildet eine luftdichte Dichtung zwischen dem Zylinderrohr 20 und dem Gehäuse 12 am ersten Ende 24 des Zylinderrohrs 20. Eine alternative Einrichtung zum Positionieren des Zylinderohrs 20 im Gehäuse 12 kann verwendet werden zur Bildung einer luftdichten Dichtung zwischen dem Zylinderrohr 20 und dem Gehäuse 12 am ersten Ende 24.
• Ein zweites Ende 28 des Zylinderrohrs 20 ist an einem Isoliermaterial 29 positioniert, das vom Gehäuse 14 getragen wird. Ein Einlaß 30 ist mit dem ersten Gehäuse 12 verbunden zum Leiten von Driftgas 27 in den Raum oder Bereich 31 zwischen dem Zylinderrohr 20 und dem Gehäuse 12, 14. Der Raum oder das Volumen 31 zum Halten des Driftgases 27 zwischen dem Zylinderrohr 20 und dem Gehäuse 12, 14 enthält ein Heizelement 32, das zum Beispiel ein Widerstandsdraht sein kann aus zum Beispiel einer Legierung aus Nickel und Chrom, der um die Außenfläche des Zylinderrohrs 20 gewickelt ist. Die Enden des Drahts 33 können durch gering leitende Leitungen mit Anschlüssen 34 und 35 verbunden sein zum Anschluß an eine Energiequelle, die zum Beispiel eine in Fig. 8 gezeigte Energiequelle 130 sein kann. Die Temperatur des Raums 31 kann zum Beispiel durch einen Temperatursensor 36 gesteuert werden, der zum Beispiel ein Thermoelement sein kann, das über Leitungen 37 und 38 mit im Gehäuse 12 befestigten Anschlüssen 39 und 40 verbunden ist. Die Anschlüsse 39 und 40 können mit einer in Fig. 8 gezeigten Wärmesteuerschaltung 131 verbunden sein, etwa mit einem Thermostat zum Steuern der von der Energiequelle 130 zu den Anschlüssen 34 und 35 gelieferten Energie zum Konstanthalten der Temperatur im Raum 31. Diese Temperatur kann im Bereich von 25 bis 200ºC liegen mit einer Temperatur von plus oder minus 1ºC für den normalen Betrieb.
• Verschiedene in Fig. 2 gezeigte Kanäle 42 um oder durch den Umfang des Zylinderrohrs 20 und in der Nähe des Endes 28 ermöglichen dem Driftgas 27 im Raum 31 ein Fließen in den Innenraum des Zylinderrohrs 20. Die Kanäle 42 können im Isoliermaterial 29 und in Unterlegscheiben 108 und 108' vorgesehen sein, um dem Driftgas 27 ein Strömen in den Driftbereich 26 im Zylinderrohr 20 zu ermöglichen.
• Das Zylinderrohr 20 hat einen vom ersten Ende 24 ausgehenden und durch einen Pfeil 45 bezeichneten ersten Längenbereich L1 mit wenigstens einem durch einen Pfeil 46 bezeichneten ersten Innendurchmesser D1. Das Zylinderrohr 20 hat einen durch einen Pfeil 47 bezeichneten zweiten Längenbereich L2, der sich vom ersten durch den Pfeil 45 bezeichneten Längenbereich zum zweiten Ende 28 erstreckt, und einen durch einen Pfeil 48 bezeichneten zweiten Innendurchmesser D2 hat. Der Durchmesser D2 ist kleiner als der Durchmesser D1 zur Bildung eines ersten inneren Ringabsatzes 49 an der Verbindungsstelle der ersten und zweiten Längenbereiche des Zylinderrohrs 20. Das Zylinderrohr 20 hat einen durch einen Pfeil 50 bezeichneten dritten Längenbereich, der sich vom zweiten Längenbereich zum zweiten Ende 28 erstreckt und dessen durch einen Pfeil 54 bezeichneter Innendurchmesser D3 größer als der durch den Pfeil 48 bezeichnete Innendurchmesser des zweiten Längenbereichs ist zur Bildung eines zweiten inneren Ringabsatzes 55 an der Verbindungsstelle der zweiten und dritten Längenbereiche des Zylinderrohrs 20. Die ersten, zweiten und dritten Längenbereiche 45, 47 bzw. 50 können zur Längsachse 22 konzentrische Innendurchmesser haben.
• Der durch den Pfeil 47 bezeichnete zweite Längenbereich des Zylinderrohrs 20 hat auf seiner Innenfläche eine leitende Schicht 58 mit einem gegebenen Widerstand zur Erzeugung eines elektrischen Felds in Richtung der Längsachse 22 im Driftbereich 44. Leitende Schichten 59 und 60 mit einem geringen Widerstand befinden sich auf den ersten und zweiten Ringabsätzen 49 bzw. 55 und sind mit der leitenden Schicht 58 leitend verbunden zur Schaffung eines elektrischen Kontakts mit niedriger Impedanz zur Anlegung eines Potentials an der leitenden Schicht 58.
• Die leitenden Schichten 59 und 60 können aus Platin, Gold, Silber oder Kupfer (in einigen Anwendungsfällen) oder Legierungen hiervon bestehen. Die Widerstandsschicht 58 kann ein Dickfilm sein, der in einem verhältnismäßig flüssigen Zustand aufgetragen und zur Bildung der Widerstandsschicht eingebrannt wird. Die Widerstandsschicht 58 kann ein Dickfilmwiderstandsmaterial sein, das zum Beispiel verkauft wird durch die Firma E. I. DuPont de Nemours & Co., Inc. unter dem Handelsnamen BIROX, Widerstandszusammensetzung der Reihe 9600. Der Widerstand der Reihe 9600 ist ein glasgeschmolzenes Widerstandsmaterial, das beim Brennen einen Widerstand mit glasähnlicher Oberfläche bildet, die verhältnismäßig hart ist, undurchlässig gegenüber Gas ist und leicht gereinigt werden kann.
• Die Shutteranordnung 64 kann beispielsweise aus Zwei Unterlegscheiben 65 und 66 mit Drähten 69 bestehen, die daran quer über die mittlere Öffnung befestigt sind, wobei die Unterlegscheiben 65 und 66 durch Ringe 67 bzw. 68 gegeneinander isoliert sind. Die Drähte 69 sind so positioniert, daß sie ein Gitter aus parallelen Drähten bilden, die von jeder jeweiligen Unterlegscheibe mit jedem an die jeweilige Unterlegscheibe geschweißten Draht abwechseln. Die Shutteranordnung 64 ist innerhalb des Zylinderrohrs 20 quer zur Längsachse 22 angeordnet und hat leitende Umfangsteile, die am Ringabsatz 49 anliegen und einen elektrischen Kontakt mit der leitenden Schicht 59 herstellen. Anschlüsse 70 und 71 sind im Gehäuse 12 angeordnet und übertragen Spannungen über Leitungen 72 und 73 auf die Unterlegscheibe 65 bzw. 66, die aus Metall, zum Beispiel nichtrostendem Stahl, bestehen können.
• Ein Reaktionsbereich 74 besteht aus mehreren leitenden Ringen 75 und 76, die im ersten Längenbereich des Zylinderrohrs 20 zwischen dem Ende 24 und der Shutteranordnung 64 angeordnet sind. Die Ringe 75 und 76 sind Seite an Seite angeordnet und werden durch einen isolierenden Ring 77 gehalten und gegeneinander isoliert, der zum Beispiel aus Tetrafluorethylen (TFE) besteht und Ringnuten hat zur Aufnahme von kreisförmigen Flanschen 78 und 79 von leitenden Ringen 75 bzw. 76. Die Ringnuten des isolierenden Rings 77 können so eingestellt sein, daß sie ein Einsetzen der Flansche 78 und 79 durch mechanischen Druck ermöglichen. Der Isolierring 77 bildet auch eine Dichtung zur Aufnahme von Trägergas 87 in den leitenden Ringen 75 und 76. Anschlüsse 80 und 81 sind gemäß Fig. 1 im Gehäuse 12 angeordnet und bilden eine Einrichtung für den Anschluß von Leitungen hieran und an die leitenden Ringe 75 bzw. 76. An die leitenden Ringe 75 und 76 kann bezüglich der Shutteranordnung 64 ein Potential angelegt werden, das die im Reaktionsbereich 74 erzeugten Ionen zur Shutteranordnung 64 bewegt. Eine Einrichtung zum Erzeugen von Ionen im Reaktionsbereich 74 kann durch eine radioaktive Quelle, wie Nickel 63, gebildet werden, die die Form einer Folie 83 haben kann und auf der Innenfläche des Rings 75 angeordnet ist. Der Ring 75 wird durch eine Scheibe 84 getragen und gegenüber dem Zylinderrohr 20 isoliert, wobei die Scheibe 84 zum Beispiel aus Tetrafluorethylen (TEF) bestehen kann. Die Scheibe 84 hat einen durch ihre Mitte verlaufenden Kanal 85 für den Durchtritt von Trägergas 87 und vom Probengas 95 vom Hohlraum 90 in den Reaktionsbereich 74. Die Scheibe 84 hat eine Ringnut für die Aufnahme eines Flansches 86 des Rings 75, der durch mechanischen Druck eingesetzt werden kann und den Ring 75 gegenüber der Scheibe 84 abdichtet.
• Anschlüsse 34, 35, 39, 40, 70, 71, 80 und 81 können im ersten Gehäuse 12 Vakuumdurchgänge der Bauart von Glas zu Metallkeramik zu Metall enthalten. Durchgänge 112 und 114 können im zweiten Gehäuse 14 auch Vakuumdurchgänge enthalten.
• Das erste Gehäuse 12 hat einen in Fig. 1 gezeigten Trägergaseinlaß 88 für die Aufnahme von Trägergas 87. Der Trägergaseinlaß 88 ist mit Kanälen 89 im ersten Gehäuse 12 verbunden für den Anschluß von Trägergas 87 an den Hohlraum 90 und den Kanal 85. Der Hohlraum 90 hat auf seinen Teil seiner Oberfläche eine Membran 91 für die Einführung von Probengas 95 durch die Membran. Die andere Seite der Membran 91 ist durch eine Öffnung 84 der Umgebungsluft 95 oder Probenluft 95 ausgesetzt. Ein in Fig. 1 gezeigter Umgebungsluftauslaß 96 kann sich durch das erste Gehäuse 12 erstrecken zur Erleichterung der Zirkulation von Umgebungsluft oder Probenluft 95 über die Membran 91.
• Das in dem Driftbereich 44 eindringende Driftgas 27 wird durch Kanäle 105 in der Shutteranordnung 64 in den Raum oder Kanal 99 entlüftet, der zwischen der Außenfläche der leitenden Ringe 55 und 56 und dem isolierenden Ring 77 und der Innenfläche des ersten Längenbereichs des zylindrischen Rohres 20 angeordnet ist. Der Raum 99 ist durch einen Kanal 100 im ersten Gehäuse 12 mit einer Auslaßleitung 101 verbunden, die zum Entleeren des Driftgases 27 und des Trägergases 87 aus dem Raum 99 dient. Der Reaktionsbereich 74 empfängt Trägergas 87 und Probengas 95 durch den Kanal 85, der mit Hilfe eines Kanals 104 im leitenden Ring 76 in den Raum 99 entlüftet werden kann.
• Fig. 2, 3 und 4 zeigen ein Aperturgitter 107, das auf einer Scheibe 108 angeordnet sein kann und zusammen mit einer Scheibe 108' arbeitet zur Bildung einer elektrostatischen Abschirmung gegenüber einem Kollektor 110. Der Durchmesser der Scheibe 108 ist so groß, daß sie in den dritten Längenbereich des Zylinderohrs 12 paßt und an einer Federscheibe 109 und dem Ringabsatz 55 anliegt. Die Scheibe 108 kann aus Metall, zum Beispiel nichtrostendem Stahl, bestehen oder auf ihrer Oberfläche leitende Teile haben, um einen elektrischen Kontakt mit der leitenden Schicht 60 herzustellen. Ein Durchgang 112 im zweiten Gehäuse 14 ermöglicht einen elektrischen Kontakt über eine Leitung 113 mit den Scheiben 108 und 108'. Der Kollektor 110 befindet sich hinter dem Aperturgitter 107 zum Sammeln von Ionen, die vom Driftbereich 44 durch das Aperturgitter 107 hindurchtreten. Ein Durchgang 114 und eine Leitung 115 bilden einen elektrischen Kontakt zum Kollektor 110. Der Kollektor 110 kann von einer Leitung 115 mit großen Durchmesser mechanisch getragen oder von Isoliermaterial 29 getragen werden.
• Fig. 3 zeigt eine Draufsicht des Apperturgitters 107 und des Kollektors 110. Das Aperturgitter kann aus Drähten, zum Beispiel aus nichtrostendem Stahl, bestehen, die auf beiden Seiten der Öffnung 116 an die Scheibe 108 geschweißt werden können, nachdem sie über der Öffnung gestreckt wurden. Die Scheiben 108 und 108' können zum Beispiel jeweils aus zwei Teilen aus nichtrostendem Stahlmaterial bestehen, um das Einsetzen des Kollektors 110 zu ermöglichen.
• Fig. 4 ist ein vergrößerter Querschnitt eines Teils von Fig. 2 mit einer Einzelheit der elektrostatischen Abschirmung der Scheiben 108, 108' und des Aperturgitters 107 gegenüber dem Kollektor 110. In Fig. 4 bilden das Aperturgitter 107 und die Scheiben 108, 108' eine elektrostatische Abschirmung, nämlich einen Faraday'schen Käfig, auf allen Seiten des Kollektors 110 außer dort, wo die Leitung 115 den Kollektor 110 angeschlossen ist.
• Fig. 5 zeigt eine Draufsicht der Shutteranordnung 64. Der Durchmesser der Scheibe 66 ist geringfügig größer als D1, um das Einsetzen des ersten Längenbereichs des Zylinderohrs 20 zu ermöglichen. Die Scheibe 66 ist leitfähig oder hat an ihrem Umfang elektrische Kontakte, um einen elektrischen Kontakt mit der leitenden Schicht 59 oder dem Ringabsatz 49 herzustellen. Die Ringe 67 und 68 können aus Tetrafluorethylen hergestellt werden. Fig. 6 zeigt einen Querschnitt der Shutteranordnung 64 längs der Linien VI-VI von Fig. 6.
• Fig. 7 ist eine schematische Darstellung der Ausführungsform in Fig. 1 des Ionenbeweglichkeitsspektrometers 10. In Fig. 5 wurde ein Heizelement 118 zugefügt zum Erhitzen von Umgebungsluft 95 vor der Einwirkung auf die Membran 91. Das Heizelement 118 kann aus Drähten 119 bestehen, die zum Beispiel eine Legierung aus Nickel und Chrom mit einer isolierenden Beschichtung sein kann. Ein Vorverstärker 121 hat einen an die Leitung 115 angeschlossenen Eingang und einen an eine Leitung 122 angeschlossenen Ausgang. Der Vorverstärker 121 verstärkt das Signal an der Leitung 115.
• Im Betrieb des Ionenbeweglichkeitsspektrometers 10 strömt Driftgas 27 durch den Einlaß 30 in den Raum 31. Das Driftgas 27 wird durch das Heizelement 32 auf eine gegebene Temperatur erwärmt, bevor es durch die Kanäle 42 in den Driftbereich 44 strömt. Das Heizelement 32 dient auch zur Erwärmung des Zylinderrohrs 22 und des Driftbereichs 44. Das Driftgas 27 verläßt nach dem Strömen durch den Driftbereich 44 diesen Bereich über die zum Raum 99 führenden Kanäle 105, den Kanal 100 und die Auslaßleitung 101. In gleicher Weise verläßt das Trägergas 87 nach dem Strömen durch den Reaktionsbereich 74 diesen Bereich über die zum Raum 99 führenden Kanäle 104, den Kanal 100 und die Auslaßleitung 101.
• Das Trägergas 87 tritt in den Trägergaseinlaß 88 ein und passiert oder überstreicht die Membran 91 vor dem Eintritt in den Reaktionsbereich 74. Die Umgebungsluft 95 tritt in die Öffnung 94 ein, wo gewisse Bestandteile durch die Membran 91 in das Trägergas 87 eindringen können. Die Umgebungsluft 95 kann von der Öffnung 94 zum Auslaß 96 vorbei an der exponierten Fläche der Membran 91 zirkuliert werden. Die Radioaktivität im Reaktionsbereich 74 erzeugt Ionen aus dem Trägergas und Bestandteilen des Probengases oder der Umgebungsluft 95. Die an den leitenden Ringen 75 und 76 und der Shutteranordnung 94 angelegten elektrischen Potentiale erzeugen im Reaktionsbereich 74 ein elektrisches Feld, das die im Reaktionsbereich 74 erzeugten Ionen zur Shutteranordnung 64 bewegt. Die Shutteranordnung 64 wird zu gegebener Zeit gepulst und ermöglicht den an der Shutteranordnung 64 befindlichen Ionen ein Hindurchtreten in den Driftbereich 44. An einer leitenden Schicht 58 auf der Innenseite des Zylinderrohrs 20 ist ein elektrisches Potential angelegt zwischen der Shutteranordnung 64, das zum Beispiel 600 Volt betragen kann, und dem Aperturgitter 107, das zum Beispiel 50 Volt betragen kann. Das Potential über der leitenden Schicht 58 erzeugt im Driftbereich 44 ein elektrisches Feld, das die Ionen im Driftbereich 44 veranlaßt, zum Aperturgitter 107 und durch dieses hindurch zum Kollektor 110 zu wandern. Der Kollektor 110 kann sich auf virtuellem oder schwebendem Erdpotential befinden. Die am Kollektor gesammelten Ionen werden durch den Vorverstärker 121 verstärkt zur Lieferung eines Signals an der Leitung 122. Die Ankunftszeit der Ionen am Kollektor 110 bezüglich des Pulsens der Shutteranordnung 64 und die Stromstärke sind eine Anzeige für die Bestandteile, die von der Umgebungsluft 95 durch die Membran 91 hindurchtreten. Das Vorheizen des Driftgases 27 vor dem Eintritt in den Driftbereich 44 liefert gleichförmigere und vorhersehbarere Messungen im Driftbereich 44 der Zeit, die die Ionen zum Erreichen des Kollektors 110 benötigen. Die in Fig. 2 gezeigten Ringabsätze 49 und 55 bilden eine geeignete Einrichtung zum Anlegen eines gleichförmigen Potentials über der leitenden Schicht 58 zur Bildung eines elektrischen Felds parallel zur Längsachse 22 im Driftbereich 44.
• Typische Spannungen im Reaktionsbereich 74, die von den Abmessungen des Reaktionsbereichs abhängen, betragen am leitenden Ring 75 zum Beispiel 850 Volt. Der leitende Ring 75 kann sich auf einem Potential von 700 Volt befinden. Ein Gitter der Shutteranordnung 64, zum Beispiel die Scheibe 65, kann sich auf 630 Volt befinden, während sich die Scheibe 66 auf 600 Volt befinden kann. Die Polarität der Spannung hängt von der Polarität der zu erfassenden Ionen ab. Das erste Gehäuse 12 und das zweite Gehäuse 14 können sich auf O Volt oder Erdpotential befinden.
• Der Kollektor 110 ist durch das Aperturgitter 107 gegenüber den Ionendriftbereich 44 elektrostatisch isoliert. Zur weiteren elektrostatischen Isolierung ist gemäß Fig. 4 der Kollektor 110 auch umgeben von leitendem Material oder einem Faraday'schen Käfig oder einer Abschirmung zur Verhinderung einer kapazitiven Kopplung des Kollektors 110 mit Ionen im Driftbereich 44 vor dem Hindurchtreten durch das Aperturgitter 107.
• Fig. 8 ist ein Blockdiagramm mit einer Darstellung der äußeren Schaltungen und Vorrichtungen, die für einen normalen Betrieb mit dem Ionenbeweglichkeitsspektrometer 10 verbunden sind. Driftgas 27 ist über einen Strömungsmesser 124 mit dem Einlaß 30 verbunden. Trägergas 87 ist über einen Strömungsmesser 125 mit dem Trägergaseinlaß 88 verbunden. Umgebungsluft oder eine Probe 95 ist mit der Öffnung 94 verbunden. Die Reaktionsbereich-Hochspannungsquelle 126 ist mit der Steuerschaltung 127 verbunden. Die Driftbereich-Hochspannungsquelle 128 ist mit der Steuerschaltung 127 verbunden. Die Steuerschaltung 127 legt an die Leitungen 70, 71, 80, 81 und 113 geeignete Spannungen an. Die Energiequelle 130 ist mit einem Eingang der Heizsteuerschaltung 131 verbunden. Die Heizsteuerschaltung 113 spricht über die Leitungen 37 und 38 auf den Temperatursensor 36 an zur Lieferung von Energie zu den Anschlüssen 34 und 35. Die Energiequelle 134 ist mit einem Eingang der Vorverstärker-Steuerschaltung 135 verbunden. Der Ausgang der Vorverstärker-Steuerschaltung 135 ist über die Leitung 136 mit dem Vorverstärker 121 verbunden. Die Vorverstärker-Steuerschaltung 135 liefert geeignete Energiespeisespannungen zum Vorverstärker 121.
• Es wurde ein Ionenbeweglichkeitsspektrometer 10 mit einem Gehäuse 12 und 14 beschrieben, wobei ein Zylinderrohr 20 einen Raum 31 zwischen Teilen des Gehäuses 12 und 14 und dem Zylinderrohr 20 zur Aufnahme von Driftgas 27 aufweist, das im Raum 31 vor dem Eintritt in einen Driftbereich 44 vorgeheizt werden kann, der sich innerhalb des Zylinderrohrs 20 befindet. Ein Reaktionsbereich 44 befindet sich auch innerhalb des Zylinderrohrs angrenzend an den Driftbereich mit einer dazwischen angeordneten Shutteranordnung 64. Das Driftgas 27 kann durch den um das Zylinderrohr 20 gewickelten Widerstandsdraht 33 vorgeheizt werden, wobei dem Heizelement 32 Strom zugeführt wird, der von einem Thermostat 131 mit einem Fühlelement 36 im Raum 31 gesteuert wird, wo das Driftgas 27 vorgewärmt wird. Das Heizelement 32 erwärmt auch das Zylinderrohr 20 und den Driftbereich 74 im Zylinderrohr 20.
• Die Erfindung liefert ferner ein Ionenbeweglichkeitsspektrometer 10, bei dem sich der Reaktionsbereich 74 und der Driftbereich 44 in einem Zylinderrohr 20 befinden, das zur Bildung von inneren Ringabsätzen 49 und 55 zur Begrenzung des Driftbereichs 44 verschiedene Innendurchmesser hat. Der Driftbereich 44 kann auf dem Zylinderrohr 20 eine Innenbeschichtung 58 aus Widerstandsmaterial aufweisen zur Bildung eines elektrischen Felds im Driftbereich 44. Die Ringabsätze 49 und 55 können eine leitende Beschichtung aufweisen zur Anlegung eines Potentials an die Widerstandsschicht, um zur Aufnahme der Shutteranordnung 64 am Ringabsatz 49 und des Aperturgitters 107 am Ringabsatz 55.
• Die Erfindung liefert ferner ein Ionenbeweglichkeitsspektrometer 10, das leicht zusammengebaut und zerlegt werden kann und ein Zylinderrohr 20 aufweist mit einem ersten Längenbereich mit wenigstens einem ersten Durchmesser und mit einem an den ersten Längenbereich angrenzenden zweiten Längenbereich mit einem zweiten Durchmesser, der kleiner als der erste Innendurchmesser ist, und mit einem an den zweiten Längenbereich angrenzenden dritten Längenbereich mit einem dritten Durchmesser, der größer als der zweite Durchmesser ist. Hierdurch werden zwischen den ersten und zweiten Längenbereichen ein erster Ringabsatz 49 und zwischen den zweiten und dritten Längenbereichen ein zweiter Ringabsatz 55 gebildet. Auf dem zweiten Längenbereich des Zylinderrohrs 20 befindet sich eine Widerstandsschicht 58 mit gegebenem Widerstand zur Erzeugung eines zur Längsachse 22 des Zylinderrohrs 20 parallelen elektrischen Felds im zweiten Längenbereich in den Zeitpunkten, wenn zwischen den ersten und zweiten inneren Ringabsätzen 49 und 55 ein Potential angelegt ist. Die ersten und zweiten inneren Ringabsätze 49 und 55 haben eine leitende Schicht 59 bzw. 60 von geringer Impedanz, die mit der Widerstandsschicht 58 in Verbindung steht, zum Ausüben eines Potentials über der Widerstandsschicht 58. Angrenzend an den ersten inneren Ringabsatz 59 im ersten Längenbereich ist eine Shutteranordnung 64 angeordnet. Ein Reaktionsbereich 74 enthält mehrere leitende Ringe 75 und 76, deren Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des ersten Längenbereichs zwischen der Shutteranordnung 64 und dem ersten Ende 24 des Zylinderrohrs 20 ist. Am zweiten inneren Ringabsatz 55 befindet sich ein Aperturgitter 107. Hinter dem Aperturgitter 107 befindet sich ein Kollektor 110. Ein das Zylinderrohr 20 umschließendes Gehäuse 12, 14 enthält: eine Einrichtung zum Unterteilen des Gehäuses 12 und 14 in erste und zweite Teile zum Einsetzen des Zylinderrohrs 20, eine Einrichtung zum Lagern des ersten Endes 24 des Zylinderrohrs 20 zur Bildung einer Luftabdichtung, eine Einrichtung zum Einführen von Trägergas 87 und Probengas 95 in den Reaktionsbereich 74, eine Einrichtung zum Einführen von Driftgas 27 in den Raum zwischen dem Gehäuse 12 und 14 und dem Außenteil des Zylinderrohrs 20, eine Einrichtung zum Erhitzen von Driftgas 27 im Raum 31 zwischen dem Zylinderrohr 20 und dem Gehäuse 12 und 14, eine Einrichtung zum Einführen von Driftgas 27 in den Driftbereich 44 und eine Einrichtung zum Entleeren von Trägergas 87 und Probengas 95 aus dem Reaktionsbereich 74 über Kanäle 104 im leitenden Ring 76 und von Driftgas 27 aus dem Driftbereich 44 über Kanäle 105 in der Shutteranordnung 64. Das Gehäuse 14 hat eine Einrichtung zum Lagern des zweiten Endes 28 des Zylinderohrs 20 und zum Tragen des Kollektors 110.

Claims (7)

1. Ionenbeweglichkeitsspektrometer (10) mit einem Zylinderrohr (20) aus isolierendem Material, das einen Reaktionsbereich (74), eine Shutteranordnung (64) einen Driftbereich (44) und ein Aperturgitter (107) sowie einen Kollektor (110) aufweist, die hintereinander angeordnet sind, sowie ein Gehäuse (12, 14), das Mittel (15-17) zur Einfügung des Zylinderrohrs (20) darin aufweist mit einem Raum (31) zwischen den Seitenwänden des Gehäuses (12, 14) und der äußeren Oberfläche des Zylinderrohrs (20), wobei ein Einlaß (30) in dem Gehäuse (12) zum Einfüllen von Driftgas (27) in den Raum (31) vorgesehen ist, sowie ein Heizelement (32) in diesem Raum (31) zum Aufheizen des Zylinderrohrs (20) und des Driftgases (27), wobei Mittel (42) zum Einführen des Driftgases (27) aus dem Raum (31) in den Driftbereich (44) sowie Mittel (84, 85, 88, 89, 90, 91, 94, 96) vorgesehen sind, zum Einführen von Probengas (95) und Trägergas (87) durch das Gehäuse (12) in den Reaktionsbereich (74), sowie erste Mittel (75, 76, 77, 80, 81, 126, 127) zum Erzeugen eines elektrischen Feldes in den Reaktionsbereich (74), zum Bewegen der Ionen auf die Shutteranordnung (64) zu, zweite Mittel (58, 59, 60, 71? 113, 127, 128) zum Erzeugen eines elektrischen Feldes in den Driftbereichen (44) zum Bewegen der Ionen auf den Kollektor (110) zu, dadurch gekennzeichnet, daß

das Zylinderrohr (20) über einen ersten Längenabschnitt (45) einen ersten Innendurchmesser (46) und über einen zweiten Längenabschnitt (47) einen zweiten Innendurchmesser (48) aufweist, der kleiner ist als der erste Innendurchmesser (46), wodurch ein erster innerer Ringabsatz (49) zwischen dem ersten und dem zweiten Längenabschnitt gebildet wird, wobei der Absatz (49) eine erste leitende Schicht (59) trägt, und die innere Oberfläche des zweiten Längenabschnitts (47) eine Widerstandsschicht (58) trägt, die in elektrischen Kontakt mit der ersten leitenden Schicht (59) steht, wobei die Shutteranordnung (64) gegen den ersten inneren Ringabsatz (49) anliegend angeordnet ist und an ihrem Umfangsrand elektrische Kontakte mit der ersten leitenden Schicht (59) auf dem ersten inneren Ringabsatz (49) trägt.

2. Ionenbeweglichkeitsspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Driftbereich (44) zwischen der Shutteranordnung (64) und dem Aperturgitter (107, 108), das am Kollektorende des zweiten Längenabschnitts (47) angeordnet ist, ausgebildet ist.

3. Ionenbeweglichkeitsspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderrohr (20) einen dritten Längenbereich (50) aufweist, der an dem zweiten Längenbereich (47) angrenzt und einen dritten Durchmesser (54) hat, der größer als der zweite Durchmesser (48) ist, um einen zweiten inneren ringförmigen Absatz (55) zu bilden.

4. Ionenbeweglichkeitsspektrometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite innere ringförmige Absatz (55) eine zweite leitende Schicht 60) trägt, die in elektrischen Kontakt mit der Widerstandsschicht (58) steht und dadurch, daß das Aperturgitter (107, 108) leitende Bereiche in Berührung mit der zweiten leitenden Schicht (60) aufweist.

5. Ionenbeweglichkeitsspektrometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor (110) angrenzend an das Aperturgitter (107, 108) liegt, um Ionen in den Driftbereich (44) von der Shutteranordnung (64) aufzunehmen.

6. Ionenbeweglichkeitsspektrometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aperturgitter (107, 108) zusätzliche leitende Bereiche (108') aufweist, die den Kollektor (110) umgeben, um eine elektrostatischer Abschirmung gegenüber dem Kollektor (110) zu bilden.

7. Ionenbeweglichkeitsspektrometer mit:

einem Zylinderrohr (20) mit longitudionaler Achse (22) und einem ersten (24) und einem zweiten (28) Ende, wobei das Zylinderrohr (20) einen ersten Längenbereich (45), ausgehend von dem ersten Ende (24) aufweist, mit mindestens einem ersten inneren Durchmesser (46) und einem zweiten Längenbereich (47), der ausgehend von dem Längenbereich (45) zum zweiten Ende (28) hin verläuft, mit einem zweiten Innendurchmesser (48)' der kleiner ist als der erste Innendurchmesser (46), um einen ersten inneren Ringabsatz (49) an der Verbindungsstelle des ersten und zweiten Längenbereichs zu bilden,

sowie einem dritten Längenbereich (50), der sich von dem zweiten Längenbereich (47) bis zum zweiten Ende (28) erstreckt und einen dritten inneren Durchmesser (54) aufweist, der größer als der zweite Innendurchmesser (48) ist, um einen zweiten ringförmigen Absatz (55) an der Berührungsstelle des zweiten und des dritten Längenbereichs zu bilden,

einem Driftbereich (44), gebildet aus einer ersten Widerstandsschicht (58) mit einem vorbestimmten (Widerstandswert, die auf der inneren Oberfläche des zweiten Längenbereichs (47) des Zylinderrohrs (20) zur Erzeugung eines elektrisches Feldes angeordnet ist,

ersten und und zweiten leitenden Schichten (59, 60), die auf den ersten (49) und zweiten (50) inneren ringförmigen Absätzen jeweils angeordnet sind, um leitend die erste Widerstandsschicht (58) anzuschließen, um ein Potential über der ersten Widerstandsschicht (58) anzulegen, einer Shutteranordnung (64), die innerhalb des Zylinderrohrs (20) quer zur Längsachse (22) angeordnet ist und leitende Randbereiche aufweist, die gegen den ersten inneren Ringabsatz (59) anliegend angeordnet sind, um einen elektrischen Kontakt zwischen der Shutteranordnung (64) und der ersten leitenden Schicht (59) herzustellen,

einem Reaktionsbereich (74), gebildet aus mehreren leitenden Ringen (75, 76), die voneinander isoliert und axial beabstandet in dem ersten Längenbereich (45) des Zylinderrohres (20) zwischen dem ersten Ende (24) und der Shutteranordnung (64) mit mindestens einem Durchgangsweg (99) zwischen der äußeren Oberfläche der leitenden Ringe (75, 76) und der inneren Oberfläche des ersten Längenbereichs (45) auf dem Zylinderrohr (20), um Träger- (84) und Driftgasen (27) zu ermöglichen, von der Shutteranordnung (64) zu dem ersten Ende (24) des Zylinderrohrs (20) zu strömen,

wobei das erste Ende (24) des Zylinderrohrs (20), das gegen ein erstes Gehäuse (12) anstoßend angeordnet ist Mittel zum Aufnehmen des Zylinderrohrs (20) aufweist, um eine luftdichte Versiegelung zu bilden,

wobei das erste Gehäuse (12) einen Einlaß (94) zur Aufnahme von Umgebungsluft (95) aufweist,

das erste Gehäuse (12) eine Membran (91) mit einer ersten Seite an die Umgebungsluft (95) angrenzend aufweist,

das erste Gehäuse (12) einen Trägergaseinlaß (88) aufweist zum Aufnehmen von Trägergas (87), der Mittel (89, 90, 85) einschließt zum Lenken des Trägergases (87) auf die zweite Seite der Membran (91) und in dem Reaktionsbereich (74), wobei der Reaktionsbereich (74) Mittel (83) aufweist, zum Erzeugen von Ionen in dem Reaktionsbereich (74), und

der Reaktionsbereich (74) Mittel (80, 81) zum Anlegen eines jeweiligen Potentials an jeden Ring der Mehrzahl von leitenden Ringen (75, 76) bezüglich der Shutteranordnung (64) aufweist, um die Ionen auf die Shutteranordnung (64) hin zu bewegen, mit

Mitteln (104) zum Leiten des Trägergases (87) von dem Reaktionsbereich (74) auf mindestens einen Durchgangsweg (99) zwischen der äußeren Oberfläche der leitenden Ringe (75, 76) und der inneren Oberfläche des ersten Längenbereichs (45) des Zylinderrohrs (20),

wobei das ersten Gehäuse (12) eine Ausgangsleitung (101) zum Ablassen des Trägergases (87) und des Driftgases (27) aufweist, das von wenigstens einem Durchgangsweg (99) am ersten Ende (24) des Zylinderrohrs (20) aufgenommen wird, mit

einem Aperturgitter (107), das innerhalb des dritten Längenbereichs (50) des Zylinderrohrs (20) quer zu der Längsachse (22) angeordnet ist und leitende Randbereiche aufweist, die gegen den zweiten inneren ringförmigen Absatz (55) angeordnet sind, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Aperturgitter (107) und der zweiten leitenden Schicht (60) herzustellen,

einem zweiten Gehäuse (14) mit Mitteln zum Aufnehmen des zweiten Endes des Zylinderrohrs (20), wobei

das zweite Gehäuse von dem zweiten Ende (28) sich über mindestens dem zweiten Längenbereich (47) des Zylinderrohrs (20) erstreckt mit einem Raum (31) zwischen dem zweiten Längenbereich (47) und dem zweiten Gehäuse (14),

wobei das zweite Gehäuse (14) einen Einlaß (30) aufweist zum Aufnehmen von Driftgas (27) in dem Raum (31) zwischen dem zweiten Längenbereich (47) des Zylinderrohrs (20) und dem zweiten Gehäuse (14),

einer Leitung (42) zum Einführen des Driftgases (27) in den Driftbereich (44),

wobei das Zylinderrohr (20) ein Heizelement (32) aufweist, das mit der äußeren Oberfläche des Zylinderrohrs (20) fest verbunden ist, um den zweiten Längenbereich (47) des Zylinderrohrs (20) und das Driftgas (27) in dem Raum (31) außerhalb des Zylinderrohrs (20) vor dessen Eintritt in dem Driftbereich (44) aufzuheizen,

wobei das zweite Gehäuse (14) einen Kollektor (110) aufweist, der hinter dem Aperturgitter (107) angeordnet ist, um die Ionen zu sammeln, die durch das Aperturgitter (107) hindurchtreten,

Mitteln (112) zum Anlegen einer Vorspannung auf das Aperturgitter (107), und

Mitteln (115) zum Anlegen eines Signals außerhalb des zweiten Gehäuses (114), das die von dem Kollektor (110) gesammelten Ionen angibt und Mitteln (34, 35), die Leistung in das Heizelement (32) einspeisen.