RU2293975C2 - Ion mobility ion spectrometer's collector unit - Google Patents

Ion mobility ion spectrometer's collector unit Download PDF

Info

Publication number
RU2293975C2
RU2293975C2 RU2005104474/28A RU2005104474A RU2293975C2 RU 2293975 C2 RU2293975 C2 RU 2293975C2 RU 2005104474/28 A RU2005104474/28 A RU 2005104474/28A RU 2005104474 A RU2005104474 A RU 2005104474A RU 2293975 C2 RU2293975 C2 RU 2293975C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ion
collector
diameter
electrode
spectrometer
Prior art date
Application number
RU2005104474/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Капустин (RU)
Владимир Иванович Капустин
Original Assignee
Владимир Иванович Капустин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Иванович Капустин filed Critical Владимир Иванович Капустин
Priority to RU2005104474/28A priority Critical patent/RU2293975C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2293975C2 publication Critical patent/RU2293975C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

FIELD: analytical instrument engineering.
SUBSTANCE: ion mobility spectrometer's collector unit, which mobility provides high efficiency of ion collection at output of device for ion separation, is described. Transmission characteristic of mobility is close to linear one within wide range of changes in ion current values and air flow, pumped through spectrometer. Area between output of device for ion separation and exits into spaces between ion collector, electrode for regulation of ion current and surrounding electrodes, is made symmetrical in relation to central cylindrical surface of symmetry of spectrometer, which area goes inside space between electrodes of device for ion separation. When density of ion current or speed of air pumping through spectrometer, ion beam can uniformly wide but its cross-section keeps symmetrical relatively central plane between electrodes of spectrometer.
EFFECT: high efficiency of ion collection at output of device.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а более конкретно к спектрометрам дрейфовой ионной подвижности, предназначенным для обнаружения следовых количеств паров органических веществ в составе воздуха, в частности паров органических молекул из класса взрывчатых, наркотических и физиологически активных веществ.The invention relates to the field of analytical instrumentation, and more particularly to drift ion mobility spectrometers designed to detect trace amounts of vapors of organic substances in air, in particular vapors of organic molecules from the class of explosive, narcotic and physiologically active substances.

Известен спектрометр для обнаружения паров органических веществ в воздухе [1], содержащий последовательно расположенные по направлению прокачки воздуха через спектрометр устройство для ионизации паров органических веществ в воздухе на основе радиоизотопного источника излучения, устройство для разделения ионов по параметрам дрейфовой подвижности ионов, образованное двумя коаксиальными цилиндрическими электродами, между которыми имеется зазор, и блок коллектора ионов, состоящий из коллектора ионов и электрода для регулирования тока ионов.A known spectrometer for detecting vapors of organic substances in air [1], comprising a device for ionizing vapors of organic substances in air sequentially arranged in the direction of pumping air through a spectrometer based on a radioisotope radiation source, a device for separating ions according to the parameters of ion drift mobility, formed by two coaxial cylindrical electrodes between which there is a gap, and an ion collector unit, consisting of an ion collector and an electrode for controlling current ions.

Основными недостатками известного устройства являются низкая эффективность сбора ионов коллектором ионов и сильная зависимость эффективности сбора ионов как от величины ионного тока, так и от величины потока воздуха, прокачиваемого через спектрометр, то есть сложная и неоднозначная передаточная характеристика прибора в терминах "количество органических молекул на входе прибора - величина ионного тока коллектора".The main disadvantages of the known device are the low ion collection efficiency of the ion collector and the strong dependence of the ion collection efficiency both on the magnitude of the ion current and on the magnitude of the air flow pumped through the spectrometer, that is, the complex and ambiguous transfer characteristic of the device in terms of the number of organic molecules at the input instrument - collector ion current. "

Наиболее близким к заявленному изобретению является блок коллектора ионов спектрометра ионной подвижности [2], включающего последовательно расположенные вдоль аксиальной оси симметрии спектрометра источник ионов, например, с радиоизотопной, лазерной или поверхностной ионизацией органических молекул, устройство для разделения ионов по параметрам их дрейфовой подвижности на воздухе, выполненное в виде дрейфового пространства, образованного зазором между внутренней цилиндрической поверхностью диаметром D1 внешнего и внешней цилиндрической частью поверхности диаметром D3 внутреннего электрически изолированных электродов, и блок коллектора ионов, снабженный штуцером для прокачки воздуха внешним насосом через зазоры между электродами и каналы спектрометра, причем блок коллектора ионов включает последовательно расположенные электрически изолированную ионную линзу, корпус блока коллектора и устройство для сбора ионов, при этом ионная линза выполнена в виде аксиально-симметричного электрода, охватывающего с зазором внутренний электрод устройства для разделения ионов, имеет участок внутренней поверхности с диаметром, увеличивающимся вдоль оси спектрометра от значения D1 до значения D2>D1, своим меньшим диаметром D1 обращенный в сторону внешнего электрода устройства для разделения ионов и сопряженный через участок с цилиндрической поверхностью с внутренним диаметром D1 и через электрический изолятор с внутренним диаметром D1 с внутренней поверхностью внешнего электрода устройства для разделения ионов, а своим большим диаметром D2 обращенный к корпусу блока коллектора и сопряженный по этому диаметру с внутренней цилиндрической частью поверхности корпуса блока коллектора диаметром D2, при этом устройство для сбора ионов образовано расположенным в зазоре между корпусом блока коллектора и центральным электродом устройства для разделения ионов электрически изолированным аксиально-симметричным коллектором ионов, имеющим участок с цилиндрической поверхностью, а также расположенным между коллектором и внутренним электродом устройства для разделения ионов электрически изолированным аксиально-симметричным электродом для регулирования тока ионов, также имеющим участок с цилиндрической поверхностью, при этом цилиндрические поверхности коллектора ионов и электрода для регулирования тока ионов обращены в сторону ионной линзы, а коллектор ионов и электрод для регулирования тока ионов имеют каналы для пропуска потока воздуха, прокачиваемого через спектрометр внешним насосом.Closest to the claimed invention is the ion collector block of an ion mobility spectrometer [2], including a source of ions sequentially located along the axial axis of symmetry of the spectrometer, for example, with radioisotope, laser or surface ionization of organic molecules, a device for separating ions according to their parameters of drift mobility in air made in the form of a drift space formed by the gap between the inner cylindrical surface with a diameter D 1 of the outer and outer cylinders part of the surface with a diameter D 3 of internal electrically isolated electrodes, and an ion collector block equipped with a fitting for pumping air by an external pump through the gaps between the electrodes and spectrometer channels, the ion collector block including a sequentially located electrically isolated ion lens, the collector block body and the device for collecting ions, while the ion lens is made in the form of an axially symmetric electrode, covering with a gap the internal electrode of the device for separation of ion s, has an inner surface portion with a diameter increasing along the spectrometer axis from the values D 1 to the value of D 2> D 1, its smaller diameter D 1 facing towards the external device electrode for ion separation and conjugated through the portion with a cylindrical surface with an inner diameter D 1 and through an electrical insulator having an inner diameter D 1, with the inner surface of the outer electrode unit for the separation of ions and their larger diameter D 2 facing to the housing block and the collector of the adjoint Diamé py with an inner cylindrical surface portion of the collector unit casing diameter D 2, the apparatus for collecting ions formed located in the gap between the housing reservoir unit and the central electrode for ion separation device electrically insulated axially-symmetric ion collector having a portion with a cylindrical surface, and located between the collector and the internal electrode of the device for separating ions, an electrically isolated axially symmetric electrode for regulating the ion current, also having a section with a cylindrical surface, while the cylindrical surfaces of the ion collector and electrode for controlling the ion current are turned towards the ion lens, and the ion collector and electrode for regulating the ion current have channels for passing the air flow pumped through the spectrometer by an external pump .

Данный тип блока коллектора в какой-то мере позволяет устранить нелинейность зависимости передаточной характеристики спектрометра от величин тока ионов и потока воздуха, но только в узких диапазонах изменения величин тока ионов и потока воздуха, прокачиваемого через спектрометр [3].To some extent, this type of collector block allows one to eliminate the nonlinearity of the dependence of the spectrometer transfer characteristic on the values of the ion current and air flow, but only in narrow ranges of the values of the ion current and air flow pumped through the spectrometer [3].

В основу настоящего изобретения положена задача разработать конструкцию блока коллектора ионов спектрометра ионной подвижности, обеспечивающую высокую эффективность сбора ионов на выходе из устройства для разделения ионов, а также имеющую близкую к линейной передаточную характеристику в широком интервале изменения величин ионного тока и потока воздуха, прокачиваемого через спектрометр.The basis of the present invention is to develop a design for the ion collector block of the ion mobility spectrometer, which provides high efficiency of ion collection at the output of the ion separation device, and also has a transfer characteristic that is close to linear in a wide range of changes in the ion current and air flow pumped through the spectrometer .

Это достигается тем, что внутренний электрод устройства для разделения ионов имеет участок поверхности с диаметром, уменьшающимся вдоль оси спектрометра в сторону корпуса блока коллектора от значения D3 до значения D4, при этом данный участок поверхности внутреннего электрода симметричен участку поверхности ионной линзы с увеличивающимся диаметром относительно цилиндрической поверхности диаметром (D1+D3)/2, больший диаметр этого участка поверхности внутреннего электрода сопряжен с цилиндрической частью поверхности внутреннего электрода устройства для разделения ионов, а меньший диаметр этого участка поверхности обращен в сторону корпуса блока коллектора и сопряжен со второй цилиндрической частью поверхности внутреннего электрода устройства для разделения ионов, имеющей диаметр D4, причем диаметр D4 выбирают из соотношения (D1+D3)=(D2+D4), при этом плоскости сопряжения участка ионной линзы, имеющего переменный внутренний диаметр, с его цилиндрической частью внутренней поверхности и с цилиндрической частью внутренней поверхности корпуса блока коллектора ионов попарно совпадают с плоскостями сопряжения участка внутреннего электрода устройства для разделения ионов, имеющего переменный внешний диаметр, с цилиндрическими частями его поверхности, а величины зазоров между второй цилиндрической частью поверхности внутреннего электрода устройства для разделения ионов и цилиндрической частью поверхности электрода для регулирования тока ионов, между цилиндрической частью поверхности электрода для регулирования тока ионов и цилиндрической частью поверхности коллектора ионов и между цилиндрической частью поверхности коллектора ионов и цилиндрической частью внутренней поверхностью корпуса блока коллектора равны.This is achieved by the fact that the internal electrode of the ion separation device has a surface section with a diameter decreasing along the spectrometer axis towards the collector block body from a value of D 3 to a value of D 4 , while this surface area of the internal electrode is symmetrical to the surface area of the ion lens with an increasing diameter relative to the cylindrical surface of a diameter (D 1 + D 3) / 2, the larger diameter portion of the inner electrode surface conjugate with the cylindrical part of the internal surface of the elec kind of device for separating ions and the smaller diameter of this surface area facing towards the collector housing block and being connected to the second cylindrical surface portion of the internal structure of the electrode for the separation of the ion having a diameter D 4, the diameter D 4 is selected from the ratio (D 1 + D 3 ) = (D 2 + D 4 ), while the conjugation plane of the portion of the ion lens having a variable inner diameter, with its cylindrical part of the inner surface and with the cylindrical part of the inner surface of the housing of the ion collector block pop match the alignment planes of the portion of the inner electrode of the ion separation device having a variable outer diameter with the cylindrical parts of its surface, and the gaps between the second cylindrical part of the surface of the inner electrode of the ion separation device and the cylindrical part of the electrode surface for regulating the ion current, between the cylindrical part of the surface of the electrode to control the ion current and the cylindrical part of the surface of the ion collector and between ion collector surface portion and the cylindrical portion of the inner surface of the reservoir unit body are equal.

Участок ионной линзы, имеющий переменный внутренний диаметр, выполнен в виде усеченного конуса, имеющего меньший диаметр D1 и больший диаметр D2, а участок внутреннего электрода устройства для разделения ионов, имеющий переменный внешний диаметр, выполнен в виде второго усеченного конуса, имеющего больший диаметр D3 и меньший диаметр D4.The portion of the ion lens having a variable inner diameter is made in the form of a truncated cone having a smaller diameter D 1 and a larger diameter D 2 , and the portion of the inner electrode of the ion separation device having a variable outer diameter is made in the form of a second truncated cone having a larger diameter D 3 and a smaller diameter D 4 .

Торцы цилиндрических поверхностей коллектора ионов и электрода для регулирования тока ионов, обращенные в сторону ионной линзы, смещены от плоскости сопряжения поверхности ионной линзы, имеющей переменный внутренний диаметр, и корпуса блока коллектора ионов в сторону штуцера для прокачки воздуха через спектрометр на расстояние (0,5÷1,5)·l, где l - величина зазора между цилиндрическими поверхностями коллектора ионов и электрода для регулирования тока ионов.The ends of the cylindrical surfaces of the ion collector and electrode for controlling the ion current facing the ion lens are offset from the interface plane of the ion lens surface having a variable inner diameter and the ion collector block housing toward the nozzle for pumping air through the spectrometer at a distance of (0.5 ÷ 1,5) · l, where l is the gap between the cylindrical surfaces of the ion collector and the electrode to control the ion current.

Заявленная конструкция иллюстрируется следующими чертежами.The claimed design is illustrated by the following drawings.

Фиг.1 - общая схема спектрометра ионной подвижности в варианте с поверхностно-ионизационным термоэмиттером ионов.Figure 1 is a General diagram of an ion mobility spectrometer in the embodiment with a surface ionization ion thermal emitter.

Фиг.2 - конструктивная схема заявляемого блока коллектора ионов спектрометра ионной подвижности.Figure 2 is a structural diagram of the inventive block collector ions of the ion mobility spectrometer.

Изображенное на Фиг.1 устройство включает следующие элементы:The device shown in FIG. 1 includes the following elements:

1 - поверхностно-ионизационный термоэмиттер ионов, 2 - подогреватель термоэмиттера, 3 - дополнительная (вторая) ионная линза на входе устройства для разделения ионов, 4 - изолятор, 5 - внешний электрод устройства для разделения ионов, 6 - внутренний электрод устройства для разделения ионов, 7 - блок коллектора ионов, 8 - второй изолятор, 9 - штуцер для прокачки воздуха через спектрометр, 10 - изоляторы, Q - поток анализируемого воздуха, В - направление прокачки воздуха внешним насосом.1 - surface ionization thermionic emitter of ions, 2 - heater of a thermionic emitter, 3 - additional (second) ionic lens at the input of an ion separation device, 4 - an insulator, 5 - an external electrode of an ion separation device, 6 - an internal electrode of an ion separation device, 7 - an ion collector unit, 8 - a second insulator, 9 - a fitting for pumping air through a spectrometer, 10 - insulators, Q - a stream of analyzed air, B - the direction of air flow by an external pump.

Изображенное на Фиг.2 устройство включает следующий дополнительные элементы:The device shown in FIG. 2 includes the following additional elements:

11 - ионная линза, 12 - корпус блока коллектора, 14 - коллектор ионов, 13 - электрод для регулирования тока ионов, 15 - участок внутренней поверхности ионной линзы, имеющий переменный диаметр, 16 - участок внешней поверхности внутреннего электрода, имеющий переменный диаметр, 17 - изоляторы, 18 - подвод электропитания к электроду, 19 - отверстия в коллекторе и электроде для регулирования тока ионов, 20 - первая цилиндрическая поверхность внутреннего электрода, 21 - вторая цилиндрическая поверхность внутреннего электрода.11 - an ionic lens, 12 - a collector block case, 14 - an ion collector, 13 - an electrode for controlling the ion current, 15 - a portion of the inner surface of an ionic lens having a variable diameter, 16 - a portion of the outer surface of an inner electrode having a variable diameter, 17 - insulators, 18 - power supply to the electrode, 19 - holes in the collector and electrode for regulating the ion current, 20 - the first cylindrical surface of the inner electrode, 21 - the second cylindrical surface of the inner electrode.

Сущность заявленного изобретения и работы заявленной конструкции спектрометра состоит в следующем. Внешний насос через штуцер 9 прокачивает воздух, содержащий пары органических веществ, через спектрометр (Фиг.1). Пары органических веществ, попадая в область источника ионов на основе радиоизотопного, лазерного или поверхностного ионизатора, например, в зазор между нагретой поверхностью термоэмиттера ионов и дополнительной ионной линзой, ионизируются на поверхности термоэмиттера, и образовавшиеся ионы с потоком воздуха подаются далее в канал дополнительной ионной линзы. При этом между электродами 1 и 3 подается разность потенциалов плюсом на электрод 1. Далее ионы поступают в устройство для разделения ионов и в блок коллектора ионов. Если в блок коллектора поступает ионный пучок с изменяющейся плотностью ионного тока, а сечение газовых каналов данного блока переменно, то под действием объемного заряда ионного пучка, величина которого характеризуется ионным первеансом Рi пучка, равным для дрейфового движения ионов [2]The essence of the claimed invention and the operation of the claimed design of the spectrometer is as follows. An external pump through the nozzle 9 pumps air containing vapors of organic substances through a spectrometer (Figure 1). Vapors of organic substances falling into the region of an ion source based on a radioisotope, laser, or surface ionizer, for example, into the gap between the heated surface of the ion emitter and an additional ion lens, are ionized on the surface of the ion emitter, and the ions formed with the air flow are fed further into the channel of the additional ion lens . In this case, between the electrodes 1 and 3, a potential difference is supplied by a plus to the electrode 1. Then, the ions enter the ion separation device and the ion collector unit. If an ion beam with a varying density of the ion current enters the collector block, and the cross section of the gas channels of this block is variable, then under the influence of the space charge of the ion beam, the value of which is characterized by the ion perveance P i of the beam, equal to the ion drift motion [2]

Figure 00000002
Figure 00000002

где Vg - величина локальной продольной газовой скорости через сечение зазора спектрометра, j - величина плотности ионного тока в сечении данного зазора спектрометра, μ - величина подвижности ионов, ε0 - диэлектрическая постоянная, ионный пучок будет отклоняться при движении в области блока коллектора ионов. Это приведет к тому, что на коллектор будет попадать разная часть ионного пучка, прошедшего через устройство для разделения ионов, в зависимости от величины ионного тока и скорости газовых потоков.where V g - value of the local longitudinal gas velocity through the spectrometer gap section, j - value of ion current density in the cross section of the spectrometer gap, μ - the quantity of ion mobility, ε 0 - dielectric constant, ion beam will be deflected when moving in the ion collector unit. This will lead to the fact that the collector will get a different part of the ion beam passing through the device for separating ions, depending on the magnitude of the ion current and the velocity of gas flows.

В предложенной конструкции в области между выходом устройства для разделения ионов и входами в зазоры между коллектором ионов, электродом для регулирования тока ионов и окружающими их электродами движение ионов происходит абсолютно симметрично. Это приводит к тому, что при изменении плотности ионного тока или скорости прокачки воздуха через спектрометр ионный пучок может равномерно расширяться, но при этом его сечение относительно средней плоскости между электродами спектрометра остается симметричным. А это значит, что эффективность сбора ионов коллектором ионов однозначно определяется фиксированной геометрией электродов спектрометра и не зависит от величины ионного тока. Для компенсации погрешностей изготовления и сборки спектрометра служит ионная линза, на которую при настройке спектрометра подается небольшой потенциал, обеспечивающий полную симметрию движения ионного пучка. В оптимальном варианте исполнения блока коллектора спектрометра его коллектор и электрод "отодвинуты" в глубь блока на расстояние (0,5÷1,5)·l, что обеспечивает строго аксиальный ввод пучка в область коллектора ионов. При меньших расстояниях смещения данных электродов в области их торцов могут образоваться завихрения, снижающие эффективность сбора ионов. При больших расстояниях из-за действия объемного заряда ионов также снижается эффективность сбора ионов коллекторомIn the proposed design, in the region between the output of the ion separation device and the entrances to the gaps between the ion collector, the electrode for regulating the ion current and the electrodes surrounding them, the ion movement occurs absolutely symmetrically. This leads to the fact that with a change in the density of the ion current or the speed of pumping air through the spectrometer, the ion beam can expand uniformly, but its cross section relative to the middle plane between the electrodes of the spectrometer remains symmetrical. This means that the efficiency of ion collection by the ion collector is uniquely determined by the fixed geometry of the electrodes of the spectrometer and does not depend on the magnitude of the ion current. To compensate for errors in the manufacture and assembly of the spectrometer, an ion lens is used, to which, when tuning the spectrometer, a small potential is applied, which ensures complete symmetry of the movement of the ion beam. In the optimal embodiment of the spectrometer collector block, its collector and electrode are “moved” deep into the block by a distance of (0.5 ÷ 1.5) · l, which ensures a strictly axial beam entry into the region of the ion collector. At shorter displacement distances of these electrodes, vortices may form in the region of their ends, which reduce the efficiency of ion collection. At large distances, due to the action of the space charge of ions, the efficiency of ion collection by the collector also decreases

Изложенное показывает, что в научно-технической и патентной литературе отсутствуют технические решения, позволяющие достичь указанных технических результатов с помощью вышеуказанных приемов и средств, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условиям патентоспособности: "новизна" и "изобретательский уровень". Заявленная конструкция может быть реализована в промышленности, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности: "промышленная применимость".The foregoing shows that in the scientific, technical and patent literature there are no technical solutions to achieve the indicated technical results using the above methods and means, which allows us to conclude that the claimed invention meets the patentability conditions: "novelty" and "inventive step". The claimed design can be implemented in industry, which allows us to conclude that the claimed invention meets the patentability condition: "industrial applicability".

Испытания макета спектрометра, изготовленного в соответствии с заявленным изобретением, показали, что его динамический диапазон превышает 8 порядков величины и при этом сохраняется пропорциональность между током ионов на выходе устройства для разделения ионов и током коллектора ионов.Tests of the layout of the spectrometer manufactured in accordance with the claimed invention showed that its dynamic range exceeds 8 orders of magnitude, while maintaining proportionality between the ion current at the output of the ion separation device and the ion collector current.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №5420424 от 30 мая 1995 г. (аналог).1. US patent No. 5420424 of May 30, 1995 (analogue).

2. Банных О.А., Поварова К.Б., Капустин В.И. Новый подход к поверхностной ионизации и дрейф-спектроскопии органических молекул. ЖТФ, 2002, том 72, вып.12, с.88-93 (прототип).2. Bannykh OA, Povarova KB, Kapustin V.I. A new approach to surface ionization and drift spectroscopy of organic molecules. ZhTF, 2002, volume 72, issue 12, pp. 88-93 (prototype).

3. Банных О.А., Поварова К.Б., Капустин В.И. и др. Физикохимия поверхностной ионизации некоторых типов органических молекул. Доклады Академии Наук, 2002, том 385, №2, с.200-204.3. Bannykh OA, Povarova KB, Kapustin V.I. and others. Physicochemistry of surface ionization of certain types of organic molecules. Reports of the Academy of Sciences, 2002, volume 385, No. 2, pp. 200-204.

Claims (3)

1. Блок коллектора ионов спектрометра ионной подвижности, включающего последовательно расположенные вдоль аксиальной оси симметрии спектрометра источник ионов, например, с радиоизотопной, лазерной или поверхностной ионизацией органических молекул, устройство для разделения ионов по параметрам их дрейфовой подвижности на воздухе, выполненное в виде дрейфового пространства, образованного зазором между внутренней цилиндрической поверхностью диаметром D1 внешнего и внешней цилиндрической частью поверхности диаметром D3 внутреннего электрически изолированных электродов, и блок коллектора ионов, снабженный штуцером для прокачки воздуха внешним насосом через зазоры между электродами и каналы спектрометра, причем блок коллектора ионов включает последовательно расположенные электрически изолированную ионную линзу, корпус блока коллектора и устройство для сбора ионов, при этом ионная линза выполнена в виде аксиально-симметричного электрода, охватывающего с зазором внутренний электрод устройства для разделения ионов, имеет участок внутренней поверхности с диаметром, увеличивающимся вдоль оси спектрометра от значения D1 до значения D2>D1, своим меньшим диаметром D1 обращенный в сторону внешнего электрода устройства для разделения ионов и сопряженный через участок с цилиндрической поверхностью с внутренним диаметром D1 и через электрический изолятор с внутренним диаметром D1 с внутренней поверхностью внешнего электрода устройства для разделения ионов, а своим большим диаметром D2 обращенный к корпусу блока коллектора и сопряженный по этому диаметру с внутренней цилиндрической частью поверхности корпуса блока коллектора диаметром D2, при этом устройство для сбора ионов образовано расположенным в зазоре между корпусом блока коллектора и центральным электродом устройства для разделения ионов электрически изолированным аксиально-симметричным коллектором ионов, имеющим участок с цилиндрической поверхностью, а также расположенным между коллектором и внутренним электродом устройства для разделения ионов электрически изолированным аксиально-симметричным электродом для регулирования тока ионов, также имеющим участок с цилиндрической поверхностью, при этом цилиндрические поверхности коллектора ионов и электрода для регулирования тока ионов обращены в сторону ионной линзы, а коллектор ионов и электрод для регулирования тока ионов имеют каналы для пропуска потока воздуха, прокачиваемого через спектрометр внешним насосом, отличающийся тем, что внутренний электрод устройства для разделения ионов имеет участок поверхности с диаметром, уменьшающимся вдоль оси спектрометра в сторону корпуса блока коллектора от значения D3 до значения D4, при этом данный участок поверхности внутреннего электрода симметричен участку поверхности ионной линзы с увеличивающимся диаметром относительно цилиндрической поверхности диаметром (D1+D3)/2, больший диаметр этого участка поверхности внутреннего электрода сопряжен с цилиндрической частью поверхности внутреннего электрода устройства для разделения ионов, а меньший диаметр этого участка поверхности обращен в сторону корпуса блока коллектора и сопряжен со второй цилиндрической частью поверхности внутреннего электрода устройства для разделения ионов, имеющей диаметр D4, причем диаметр D4 выбирают из соотношения (D1+D3)=(D2+D4), при этом плоскости сопряжения участка ионной линзы, имеющего переменный внутренний диаметр, с его цилиндрической частью внутренней поверхности и с цилиндрической частью внутренней поверхности корпуса блока коллектора ионов попарно совпадают с плоскостями сопряжения участка внутреннего электрода устройства для разделения ионов, имеющего переменный внешний диаметр, с цилиндрическими частями его поверхности, а величины зазоров между второй цилиндрической частью поверхности внутреннего электрода устройства для разделения ионов и цилиндрической частью поверхности электрода для регулирования тока ионов, между цилиндрической частью поверхности электрода для регулирования тока ионов и цилиндрической частью поверхности коллектора ионов и между цилиндрической частью поверхности коллектора ионов и цилиндрической частью внутренней поверхностью корпуса блока коллектора равны.1. The block of the collector ions of the ion mobility spectrometer, including a source of ions, for example, with radioisotope, laser or surface ionization of organic molecules sequentially located along the axial axis of symmetry of the spectrometer, a device for separating ions according to the parameters of their drift mobility in air, made in the form of a drift space, a gap is formed between the inner cylindrical surface of a diameter D 1 of the outer cylindrical portion and the outer surface of the inner diameter D 3 e electrically isolated electrodes, and an ion collector unit equipped with a nozzle for pumping air by an external pump through the gaps between the electrodes and spectrometer channels, the ion collector unit including a sequentially located electrically isolated ion lens, a collector unit housing and an ion collecting device, wherein the ion lens is made in the form of an axially symmetric electrode, covering with a gap the inner electrode of the device for separating ions, has a portion of the inner surface with a diameter, increasing along the axis of the spectrometer from a value of D 1 to a value of D 2 > D 1 , with its smaller diameter D 1 facing the outer electrode of the ion separation device and conjugated through a portion with a cylindrical surface with an inner diameter D 1 and through an electrical insulator with an inner diameter D 1 with the inner surface of the outer electrode of the ion separation device, and with its large diameter D 2 facing the collector block body and mating in this diameter with the inner cylindrical part of the surface the shell of the collector block with a diameter of D 2 , wherein the ion collecting device is formed located in the gap between the housing of the collector block and the central electrode of the ion separation device by an electrically isolated axially symmetric ion collector having a section with a cylindrical surface, and also located between the collector and the inner electrode devices for ion separation by an electrically isolated axially symmetric electrode for controlling the ion current, also having a section with a cylindrical surface, while the cylindrical surfaces of the ion collector and electrode for controlling the ion current are turned towards the ion lens, and the ion collector and electrode for regulating the ion current have channels for passing the air flow pumped through the spectrometer by an external pump, characterized in that the internal electrode of the device for ion separation, it has a surface section with a diameter decreasing along the spectrometer axis towards the collector block body from a value of D 3 to a value of D 4 , while this section is the surface of the inner electrode is symmetrical to the portion of the surface of the ion lens with an increasing diameter relative to the cylindrical surface with a diameter of (D 1 + D 3 ) / 2, the larger diameter of this portion of the surface of the inner electrode is mated to the cylindrical portion of the surface of the inner electrode of the ion separation device, and the smaller diameter of this surface portion facing the collector block housing and mating with the second cylindrical part of the surface of the inner electrode of the ion separation device having the diameter D 4 , the diameter D 4 being selected from the relation (D 1 + D 3 ) = (D 2 + D 4 ), while the conjugation plane of the portion of the ion lens having a variable inner diameter, with its cylindrical part of the inner surface and with the cylindrical part the inner surface of the housing of the block of the ion collector in pairs coincide with the pairing planes of the portion of the inner electrode of the ion separation device having a variable outer diameter, with cylindrical parts of its surface, and the gaps between the second cylindrical part over awns inner electrode device for separating the ions and the electrode surface of the cylindrical portion for controlling the ion current, between the cylindrical portion of the surface of the electrode for controlling the ion current and the cylindrical portion of the ion collector surface and between the cylindrical surface portion of the ion collector and the cylindrical portion of the inner surface of the reservoir unit body are equal. 2. Блок коллектора ионов по п.1, отличающийся тем, что участок ионной линзы, имеющий переменный внутренний диаметр, выполнен в виде усеченного конуса, имеющего меньший диаметр D1 и больший диаметр D2, a участок внутреннего электрода устройства для разделения ионов, имеющий переменный внешний диаметр, выполнен в виде второго усеченного конуса, имеющего больший диаметр D3 и меньший диаметр D4.2. The ion collector block according to claim 1, characterized in that the portion of the ion lens having a variable inner diameter is made in the form of a truncated cone having a smaller diameter D 1 and a larger diameter D 2 , and a portion of the inner electrode of the ion separation device having a variable outer diameter, is made in form of a second truncated cone having a larger diameter D 3 and a smaller diameter D 4. 3. Блок коллектора ионов по пп.1 и 2, отличающийся тем, что торцы цилиндрических поверхностей коллектора ионов и электрода для регулирования тока ионов, обращенные в сторону ионной линзы, смещены от плоскости сопряжения поверхности ионной линзы, имеющей переменный внутренний диаметр, и корпуса блока коллектора ионов в сторону штуцера для прокачки воздуха через спектрометр на расстояние (0,5÷1,5)·l, где l - величина зазора между цилиндрическими поверхностями коллектора ионов и электрода для регулирования тока ионов.3. The ion collector block according to claims 1 and 2, characterized in that the ends of the cylindrical surfaces of the ion collector and electrode for regulating the ion current facing the ion lens are offset from the interface plane of the surface of the ion lens with a variable inner diameter and the block body the ion collector in the direction of the nozzle for pumping air through the spectrometer to a distance of (0.5 ÷ 1.5) · l, where l is the gap between the cylindrical surfaces of the ion collector and electrode to control the ion current.
RU2005104474/28A 2005-02-21 2005-02-21 Ion mobility ion spectrometer's collector unit RU2293975C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005104474/28A RU2293975C2 (en) 2005-02-21 2005-02-21 Ion mobility ion spectrometer's collector unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005104474/28A RU2293975C2 (en) 2005-02-21 2005-02-21 Ion mobility ion spectrometer's collector unit

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004109218 Substitution 2004-03-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2293975C2 true RU2293975C2 (en) 2007-02-20

Family

ID=37863589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005104474/28A RU2293975C2 (en) 2005-02-21 2005-02-21 Ion mobility ion spectrometer's collector unit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2293975C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103165385A (en) * 2011-12-19 2013-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 Ion migration spectrum micro current signal take-away device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Банных О.А. и др. Новый подход к поверхностной ионизации и дрейф-спектроскопии органических молекул, ЖТФ, 2002, т.72, в.12, с.88-93. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103165385A (en) * 2011-12-19 2013-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 Ion migration spectrum micro current signal take-away device
CN103165385B (en) * 2011-12-19 2015-07-29 中国科学院大连化学物理研究所 A kind of ion migration spectrum micro current signal take-away device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10109471B1 (en) Ion funnel for efficient transmission of low mass-to-charge ratio ions with reduced gas flow at the exit
Fernandez-Lima et al. Gas-phase separation using a trapped ion mobility spectrometer
Kim et al. Design and implementation of a new electrodynamic ion funnel
Shaffer et al. Characterization of an improved electrodynamic ion funnel interface for electrospray ionization mass spectrometry
Shaffer et al. A novel ion funnel for focusing ions at elevated pressure using electrospray ionization mass spectrometry
AU2002302791B2 (en) Mass spectrometers and methods of ion separation and detection
US7326926B2 (en) Corona discharge ionization sources for mass spectrometric and ion mobility spectrometric analysis of gas-phase chemical species
JP4793440B2 (en) Mass spectrometer
US6486469B1 (en) Dielectric capillary high pass ion filter
US8362420B2 (en) Apparatus and methods for analyzing ions
AU2002302791A1 (en) Mass spectrometers and methods of ion separation and detection
US10892153B2 (en) Robust ion source
US20200234939A1 (en) Mass spectrometer components including programmable elements and devices and systems using them
RU2293975C2 (en) Ion mobility ion spectrometer's collector unit
US11276544B2 (en) Dynamic electron impact ion source
EP1968100B1 (en) Ion guide chamber
Egorova et al. Characteristics of an ion funnel as ion guide in an inductively coupled plasma mass spectrometer
RU2293977C2 (en) Ion mobility spectrometer
Murphy The sTOF, a favorable geometry for a time-of-flight analyzer
Ermakov et al. An electrostatic autoresonant ion trap mass spectrometer
CN109256319B (en) Ionization source and secondary ion mass spectrometer comprising same
RU2293978C2 (en) Ion drift mobility spectrometer's collector unit
Hauschild et al. The novel synchronous ion shield mass analyzer
RU2293976C2 (en) Organic matter surface-ionization ion source
Marsh et al. Space charge compensation in air by counterion flow in 3D printed electrode structure

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130222