RU2293978C2

RU2293978C2 - Ion drift mobility spectrometer's collector unit

Info

Publication number: RU2293978C2
Application number: RU2005111270/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Капустин (RU); Владимир Иванович Капустин
Original assignee: Владимир Иванович Капустин
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2007-02-20

Abstract

FIELD: analytical instrument engineering.

SUBSTANCE: collector unit can be used for detecting vapors of organic matters in air composition. Drift spectrometer's ion collector unit has ion collector, electrically insulated from two electrodes to adjust ion current. One electrode fro adjusting ion current is disposed in space between internal electrode of device for ion separation and ion collector. Second electrode is disposed in space between external electrode of device for ion separation and ion collector. Width of gap between electrodes of device fro ion separation within area of placement of electrodes of collector unit is enlarged comparing to initial width of gap between surfaces of electrodes of device for ion separation due to recesses in internal and external electrodes of ion separation device. Surfaces of recesses in any electrode change symmetrically to cylindrical parts of surfaces of electrodes of ion separation devices. Cross-section of input channel of output coupling, communicating with gap between electrodes of ion separation device, is symmetrical in relation to plane of symmetry of spectrometer. Collector has part with cylindrical surface, inside which surface there is a cavity. One edge of cavity is dead; second edge is used for connecting cavity with channel of output coupling. Two slots are made in the surface which are parallel o axial axis of symmetry of cylindrical part of collector and they are oriented in the direction of internal electrode and in the direction of external one for adjusting ion current. There is also one slot in any electrode for regulating ion current; the slot is symmetrical to plane of symmetry of spectrometer.

EFFECT: high resolution of device; simple design; small sizes.

4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области аналитического приборостроения для целей газового анализа, а более конкретно к основным узлам дрейф-спектрометров для обнаружения паров органических веществ в составе воздуха атмосферного давления, в частности, для обнаружения паров органических молекул из класса взрывчатых, наркотических и физиологически активных веществ в составе воздуха, прокачиваемого через прибор.The invention relates to the field of analytical instrumentation for gas analysis, and more particularly to the main nodes of drift spectrometers for the detection of vapors of organic substances in atmospheric air, in particular, for the detection of vapors of organic molecules from the class of explosive, narcotic and physiologically active substances in the composition air pumped through the device.

Известен блок коллектора ионов дрейф-спектрометра для обнаружения паров органических веществ в воздухе [1], содержащего расположенные последовательно по направлению прокачки воздуха через спектрометр устройство для ионизации паров органических веществ в воздухе на основе радиоизотопного источника излучения (источник ионов), устройство для разделения ионов по параметрам их дрейфовой подвижности на воздухе, образованное двумя коаксиальными цилиндрическими электродами, и блок коллектора ионов, состоящий из коллектора ионов и электрода для регулирования тока ионов.A known ion collector block of a drift spectrometer for detecting vapors of organic substances in air [1], comprising a device for ionizing vapors of organic substances in air based on a radioisotope radiation source (ion source) arranged in series in the direction of pumping air through a spectrometer, an ion separation device for parameters of their drift mobility in air, formed by two coaxial cylindrical electrodes, and an ion collector unit, consisting of an ion collector and an electrode for controlling the ion current.

Основными недостатками известного устройства являются отсутствие селективности радиоизотопного ионизатора по отношению к определенным классам органических веществ, значительные габариты дрейф-спектрометра и низкая эффективность сбора ионов коллектором, что связано с его конструктивными особенностями - несимметричностью относительно потока ионов, входящих в блок коллектора. Поэтому разрешающая способность такого дрейф-спектрометра с коллектором коаксиального типа недостаточна для уверенного разделения ионов по параметрам их подвижности на воздухе.The main disadvantages of the known device are the lack of selectivity of the radioisotope ionizer with respect to certain classes of organic substances, the significant dimensions of the drift spectrometer and the low efficiency of ion collection by the collector, due to its design features - asymmetry with respect to the flow of ions entering the collector block. Therefore, the resolution of such a drift spectrometer with a coaxial-type collector is insufficient for reliable separation of ions according to their mobility in air.

Наиболее близким к заявленному изобретению является блок коллектора спектрометра дрейфовой подвижности ионов [2], включающего входной штуцер с каналом для забора анализируемого воздуха, источник ионов, устройство для разделения ионов по параметрам их дрейфовой подвижности на воздухе, блок коллектора ионов и выходной штуцер, соединенный с внешним насосом для прокачки воздуха через спектрометр, при этом устройство для разделения ионов выполнено в виде двух соосных аксиально симметричных и электрически изолированных внутреннего и внешнего электродов, имеющих соответственно внешнюю с радиусом R₁ и внутреннюю с радиусом R₂>R₁ цилиндрические поверхности, причем один из электродов устройства для разделения ионов соединен с внешними источниками несимметричного импульсного и регулируемого постоянного напряжений, а блок коллектора ионов содержит электрически изолированный коллектор ионов.Closest to the claimed invention is a collector block of an ion drift mobility spectrometer [2], including an input fitting with a channel for sampling the analyzed air, an ion source, a device for separating ions according to their drift mobility in air, an ion collector unit and an output fitting connected to an external pump for pumping air through the spectrometer, while the ion separation device is made in the form of two coaxial axially symmetric and electrically isolated internal and external second electrodes having respectively, external to the radius R ₁ and an internal with a radius R _2> R ₁ cylindrical surface, wherein one of the electrodes of a device for separating ions is connected to external sources of unsymmetrical pulse and regulated DC voltages, and block the ion collector comprises an electrically insulating ion collector .

Данный тип блока коллектора, входящий в состав дрейф-спектрометра с поверхностно-ионизационным источником ионов, в зависимости от выбранного типа материала термоэмиттера источника ионов [3-5] обладает достаточно высокой селективностью по отношению к определенным классам органических веществ, а эффективность сбора ионов блоком коллектора ионов у данного типа спектрометра более высокая из-за симметрии газового потока, обтекающего коллектор ионов.This type of collector block, which is part of a drift spectrometer with a surface ionization ion source, depending on the selected type of material of the thermoemitter of the ion source [3-5] has a fairly high selectivity with respect to certain classes of organic substances, and the efficiency of ion collection by the collector block The ions of this type of spectrometer are higher due to the symmetry of the gas stream flowing around the ion collector.

Основными недостатками известного блока коллектора дрейф-спектрометра с коаксиальным расположением электродов устройства для разделения ионов остаются недостаточная эффективность сбора ионов коллектором ионов и низкая разрешающая способность дрейф-спектрометра, обусловленная как конструкцией самого дрейф-спектрометра, так и конструкцией блока коллектора. Это обусловлено действием объемного заряда положительно заряженных ионов органических молекул [2], движущихся в спектрометре и блоке коллектора со скоростью воздушного потока, прокачиваемого через спектрометр, то есть со скоростью порядка нескольких метров или нескольких десятков метров в секунду. Кроме того, известный тип спектрометра с известным типом блока коллектора обладает значительными габаритами, что не позволяет создавать портативные приборы с высокой разрешающей способностью.The main disadvantages of the known collector block of the drift spectrometer with the coaxial arrangement of the electrodes of the ion separation device remain the insufficient efficiency of ion collection by the ion collector and the low resolution of the drift spectrometer, due to both the design of the drift spectrometer and the design of the collector block. This is due to the action of the space charge of positively charged ions of organic molecules [2], moving in the spectrometer and collector block with the speed of the air flow pumped through the spectrometer, that is, at a speed of the order of several meters or several tens of meters per second. In addition, the known type of spectrometer with the known type of collector block has significant dimensions, which does not allow the creation of portable devices with high resolution.

В основу настоящего изобретения положена задача разработать конструкцию блока коллектора для портативного дрейф-спектрометра с коаксиальным расположением электродов устройства для разделения ионов, обеспечивающих высокую разрешающую способность прибора, простоту его конструкции и малые габаритные размеры.The present invention is based on the task of developing the design of a collector block for a portable drift spectrometer with a coaxial arrangement of the electrodes of the ion separation device, providing high resolution of the device, its simplicity of construction and small overall dimensions.

Поставленная цель достигается тем, что торцы внутреннего и внешнего электродов устройства для разделения ионов с двух сторон герметично соединены диэлектрическими кольцевыми втулками, а входной и выходной штуцеры, источник ионов и блок коллектора ионов расположены вдоль второй оси симметрии спектрометра, перпендикулярной аксиальной оси симметрии электродов устройства для разделения ионов, таким образом, что входной штуцер и источник ионов расположены в направлении одного луча второй оси симметрии спектрометра, выходящего из точки пересечения второй и аксиальной осей симметрии, и герметично и электрически изолированно закреплены в отверстиях электродов устройства для разделения ионов, а блок коллектора ионов и выходной штуцер расположены в направлении второго луча второй оси симметрии, при этом блок коллектора ионов состоит из электрически изолированных коллектора ионов и двух электродов для регулирования тока ионов, причем каждый из этих трех электродов расположен в зазоре между электродами устройства для разделения ионов симметрично относительно плоскости симметрии спектрометра, проведенной через аксиальную и вторую оси симметрии спектрометра, при этом один электрод для регулирования тока ионов расположен в зазоре между внутренним электродом устройства для разделения ионов и коллектором ионов, а второй электрод для регулирования тока ионов расположен в зазоре между внешним электродом устройства для разделения ионов и коллектором ионов, при этом ширина зазора ΔH между электродами устройства для разделения ионов в области размещения электродов блока коллектора ионов увеличена по сравнению с исходной величиной зазора ΔR=(R₂-R₁) между цилиндрическими частями поверхностей электродов устройства для разделения ионов за счет выборок во внутреннем и внешнем электродах устройства для разделения ионов, причем поверхности выборок в каждом электроде монотонно и симметрично относительно плоскости симметрии спектрометра переходят в цилиндрические части поверхностей внутреннего и внешнего электродов устройства для разделения ионов, при этом сечение входного канала выходного штуцера, сообщающееся с зазором между электродами устройства для разделения ионов, симметрично относительно плоскости симметрии спектрометра.This goal is achieved in that the ends of the inner and outer electrodes of the device for separating ions on both sides are hermetically connected by dielectric ring bushings, and the input and output fittings, the ion source and the ion collector block are located along the second axis of symmetry of the spectrometer perpendicular to the axial axis of symmetry of the electrodes of the device for ion separation, so that the input nozzle and the ion source are located in the direction of one beam of the second axis of symmetry of the spectrometer emerging from point n the cuts of the second and axial axes of symmetry are both hermetically and electrically isolated mounted in the holes of the electrodes of the ion separation device, and the ion collector unit and the output fitting are located in the direction of the second beam of the second axis of symmetry, while the ion collector unit consists of an electrically isolated ion collector and two electrodes for regulating the ion current, each of these three electrodes being located in the gap between the electrodes of the ion separation device symmetrically with respect to the plane the spectrometer’s geometry, passed through the axial and second axes of symmetry of the spectrometer, with one electrode for regulating the ion current located in the gap between the internal electrode of the ion separation device and the ion collector, and the second electrode for regulating the ion current is located in the gap between the external electrode of the separation device ion and ion collector, while the gap width ΔH between the electrodes of the device for separating ions in the area of placement of the electrodes of the block of the ion collector is increased compared th initial value of the gap ΔR = (R ₂ -R ₁₎ between the cylindrical surfaces of the electrode portions apparatus for separating ions due to sampling in the inner and outer electrodes of apparatus for separating ions, wherein the surface of the samples in each electrode monotonically and symmetrically relative to the symmetry plane of the spectrometer pass in the cylindrical parts of the surfaces of the internal and external electrodes of the device for separating ions, while the cross section of the input channel of the output fitting, communicating with a gap between the electrodes of the device Devices for ion separation, symmetrical with respect to the plane of symmetry of the spectrometer.

Ширину зазора ΔН между поверхностями выборок в электродах устройства для разделения ионов выбирают в интервале ΔН=(4÷12)·(R₂-R₁), при этом глубину выборки во внутреннем электроде и глубину выборки во внешнем электроде выбирают равными.The width of the gap ΔH between the sample surfaces in the electrodes of the ion separation device is selected in the range ΔH = (4 ÷ 12) · (R ₂ -R ₁ ), while the sampling depth in the inner electrode and the sampling depth in the outer electrode are chosen equal.

Протяженности коллектора ионов L₁ внутреннего электрода для регулирования тока ионов L₂ и внешнего электрода для регулирования тока ионов L₃ в направлении вдоль зазора между электродами устройства для разделения ионов, а также протяженности выборок L₄ во внутреннем и L₅ во внешнем электродах устройства для разделения ионов в этом же направлении выбирают из соотношений L₁=(0,8÷1)·(L₄+L₅)/2, L₂=(0,8÷1)·L₄, L₃=(0,8÷1)·L₅.The lengths of the ion collector L _{1 of the} inner electrode for regulating the current of ions L ₂ and the outer electrode for regulating the current of ions L ₃ in the direction along the gap between the electrodes of the ion separation device, as well as the length of samples L ₄ in the inner and L ₅ in the outer electrodes of the separation device ions in the same direction are selected from the relations L ₁ = (0.8 ÷ 1) · (L ₄ + L ₅ ) / 2, L ₂ = (0.8 ÷ 1) · L ₄ , L ₃ = (0.8 ÷ 1) L ₅ .

Коллектор ионов имеет участок с цилиндрической внешней поверхностью, аксиальная ось симметрии которой параллельна аксиальной оси симметрии электродов устройства для разделения ионов, при этом в направлении аксиальной оси симметрии данного участка коллектора в нем имеется полость, один из торцов которой глухой, а через второй торец полость соединена электрически изолированным каналом с каналом выходного штуцера, при этом в цилиндрической части поверхности коллектора выполнены две щели, соединяющие полость коллектора с зазором между электродами устройства для разделения ионов, параллельные аксиальной оси симметрии цилиндрической части поверхности коллектора ионов и ориентированные соответственно в сторону внутреннего и в сторону внешнего электродов для регулирования тока ионов, причем каждая из щелей симметрична относительно плоскости симметрии спектрометра, а в каждом из электродов для регулирования тока ионов также имеется по одной щели, симметричной относительно плоскости симметрии спектрометра.The ion collector has a section with a cylindrical outer surface, the axial axis of symmetry of which is parallel to the axial axis of symmetry of the electrodes of the ion separation device, while in the direction of the axial axis of symmetry of this section of the collector there is a cavity in it, one of the ends of which is hollow, and the cavity is connected through the second end an electrically isolated channel with an outlet fitting channel, while in the cylindrical part of the collector surface two slots are made connecting the collector cavity with a gap between electrodes for separating ions parallel to the axial axis of symmetry of the cylindrical part of the surface of the ion collector and oriented respectively toward the inner and outer electrodes to control the ion current, each of the slots being symmetrical about the symmetry plane of the spectrometer, and in each of the electrodes for regulating the ion current there is also one slit symmetrical with respect to the plane of symmetry of the spectrometer.

Заявленная конструкция иллюстрируется следующими чертежами: фиг.1 - сечение блока коллектора дрейф-спектрометра по плоскости симметрии; фиг.2 - вид варианта блока коллектора в плоскости, перпендикулярной аксиальной оси симметрии устройства для разделения ионов; фиг.3 - вариант конструкции блока коллектора с расположением входного канала выходного штуцера, обеспечивающего полную симметрию прокачки воздуха через блок коллектора.The claimed design is illustrated by the following drawings: figure 1 - section of the collector block of the drift spectrometer on the plane of symmetry; figure 2 is a view of a variant of the collector block in a plane perpendicular to the axial axis of symmetry of the device for separating ions; figure 3 is a variant of the design of the collector block with the location of the input channel of the outlet fitting, providing complete symmetry of air pumping through the collector block.

Изображенное на чертежах устройство включает следующие элементы:The device shown in the drawings includes the following elements:

1-1 - аксиальная ось симметрии устройства для разделения ионов, 2-2 - вторая ось симметрии спектрометра, 3 - внутренний электрод устройства для разделения ионов, 4 - внешний электрод устройства для разделения ионов, 5 - диэлектрические кольцевые втулки, 6 - входной штуцер, 7 и 8 - электроды источника ионов, 9 - выходной штуцер, 10 - коллектор, 11 - внутренний электрод для регулирования тока ионов, 12 - внешний электрод для регулирования тока ионов, 13 - изоляторы, 14 - переходник, соединяющий полость коллектора и выходной штуцер, 15 - цилиндрическая часть поверхности коллектора ионов, 16 - щели в коллекторе ионов, 17 - щели в электродах для регулирования тока ионов.1-1 - axial axis of symmetry of the device for separating ions, 2-2 - second axis of symmetry of the spectrometer, 3 - internal electrode of the device for separating ions, 4 - external electrode of the device for separating ions, 5 - dielectric ring bushings, 6 - input fitting, 7 and 8 — electrodes of an ion source, 9 — output nozzle, 10 — collector, 11 — internal electrode for regulating the ion current, 12 — external electrode for regulating the ion current, 13 — insulators, 14 — adapter connecting the collector cavity and the outlet nozzle, 15 - cylindrical part of the surface STI ion collector, 16 - gap manifold ions 17 - gaps in the electrodes for controlling the ion current.

Входное отверстие канала выходного штуцера, соединяющее канал выходного штуцера с зазором между электродами устройства для разделения ионов, должно быть симметрично относительно плоскости симметрии блока коллектора и спектрометра. При этом канал штуцера может иметь два и более отверстий, симметричных относительно указанной плоскости симметрии, как это фактически и выполнено в варианте фиг.3. Это не меняет сущности изобретения. Принципиально важна только симметрия прокачки воздуха между электродами блока коллектора ионов. Протяженность электродов блока коллектора в направлении зазора между электродами устройства для разделения ионов может быть различна, но в пределах формулы изобретения.The inlet channel of the outlet nozzle connecting the channel of the outlet nozzle with the gap between the electrodes of the ion separation device must be symmetrical with respect to the plane of symmetry of the collector block and the spectrometer. In this case, the nozzle channel may have two or more holes symmetrical with respect to the indicated plane of symmetry, as is actually done in the embodiment of FIG. 3. This does not change the essence of the invention. Of fundamental importance is only the symmetry of the air flow between the electrodes of the ion collector block. The length of the electrodes of the collector block in the direction of the gap between the electrodes of the ion separation device may be different, but within the scope of the claims.

Если L₁>(L₄+L₅)/2 или L₂>L₄или L₃>L₅, то возможны электрические пробои между электродами блока коллектора и электродами устройства для разделения ионов. Если же L₁<0,8·(L₄+L₅)/2 или L₂<0,8·L₄или L₃<0,8 ·L₅, то эффективность сбора ионов коллектором и эффективность управления током коллектора соответствующими электродами уменьшается из-за влияния пространственного заряда ионов на пути от входа в расширяющийся зазор между электродами для разделения ионов и электродами блока коллектора.If L ₁ > (L ₄ + L ₅ ) / 2 or L ₂ > L ₄ or L ₃ > L ₅ , then electrical breakdowns are possible between the electrodes of the collector block and the electrodes of the ion separation device. If L ₁ <0.8 · (L ₄ + L ₅ ) / 2 or L ₂ <0.8 · L ₄ or L ₃ <0.8 · L ₅ , then the collector ion collection efficiency and collector current control efficiency are corresponding electrodes decreases due to the influence of the space charge of ions on the way from entering the widening gap between the electrodes for ion separation and the electrodes of the collector block.

Конкретная протяженность каждого электрода выбирается исходя из формы и протяженности выборок в электродах устройства для разделения ионов. При этом поверхности этих выборок могут быть как плоскими, так и, например, цилиндрическими. При этом однако важно обеспечить симметричность и монотонность перехода поверхностей выборок в цилиндрические поверхности электродов устройства для разделения ионов. Ширина щелей 16 не привязана жестко к ширине щелей 17, а определяется конкретными геометрическими размерами электродов блока коллектора и величиной объемной скорости прокачки воздуха через спектрометр.The specific length of each electrode is selected based on the shape and length of the samples in the electrodes of the ion separation device. Moreover, the surfaces of these samples can be both flat and, for example, cylindrical. However, it is important to ensure the symmetry and monotony of the transition of the sample surfaces into the cylindrical surfaces of the electrodes of the ion separation device. The width of the slots 16 is not rigidly attached to the width of the slots 17, but is determined by the specific geometric dimensions of the electrodes of the collector block and the volumetric rate of air flow through the spectrometer.

Если ширина зазора ΔН>12·(R₂-R₁), то из-за слишком малой скорости газового потока возрастает расходимость ионного пучка из-за действия объемного заряда ионов, то есть снижается эффективность их сбора коллектором. Если же ширина зазора ΔН<4·(R₂-R₁), то слишком велика скорость газового потока в зазоре между электродами блока коллектора, что также приводит с снижению эффективности сбора ионов коллектором.If the gap width is ΔН> 12 · (R ₂ -R ₁ ), then due to the too low gas flow rate the divergence of the ion beam increases due to the action of the space charge of ions, i.e., the efficiency of their collection by the collector decreases. If the gap width ΔН <4 · (R ₂ -R ₁ ), then the gas flow rate in the gap between the electrodes of the collector block is too large, which also leads to a decrease in the efficiency of ion collection by the collector.

Блок коллектора ионов в составе дрейф-спектрометра работает следующим образом. Штуцер 9 соединяют с внешним насосом и через спектрометр прокачивают воздух атмосферного давления с объемной скоростью (2÷6) литров/мин. Коллектор ионов 10 соединяют с входом усилителя ионного тока. При использовании поверхностно-ионизационного источника ионов электрод 8 снабжают дополнительным нагревателем и датчиком температуры. Включают нагрев электрода 8, изготовленного в данном случае из сплава на основе молибдена, вольфрама, ванадия или из оксидной бронзы щелочного металла, обеспечивающих селективную ионизацию органических молекул, и устанавливают рабочую температуру электрода 8 в интервале (200÷600)°С в зависимости от типа материала термоэмиттера. На электрод 8 подают напряжение положительной полярности величиной в интервале (80÷300) вольт. При этом в цепи электрода 7 по величине ионного тока можно контролировать интегральный ток ионов с поверхности термоэмиттера. На электроды 11 и 12 подают напряжение (-10÷+10) вольт в зависимости от величины напряжения на электроде 8 и величины объемной скорости прокачиваемого воздуха. Электрод 4 соединяют с общей точкой цепей питания спектрометра, а на электрод 3 подают сумму несимметричного импульсного высоковольтного напряжения, например, частотой 500 кГц и амплитудой импульса до 3 киловольт, и линейно изменяющегося постоянного напряжения, которое однократно или периодически изменяется, например, в интервале (-80÷+80) вольт. В состав воздуха, засасываемого в спектрометр через канал входного штуцера, подают пробу органических веществ в виде их паров. При этом регистрируют две зависимости: зависимость тока электрода 7 от времени и зависимость тока электрода 10 от величины линейно изменяющегося постоянного напряжения, подаваемого на электрод 3. Первая из указанных зависимостей характеризует изменение по времени концентрации органических молекул в составе засасываемого воздуха. Вторая зависимость отражает дрейф-спектр типов молекул в составе засасываемого воздуха.The block of the ion collector in the drift spectrometer works as follows. The fitting 9 is connected to an external pump and atmospheric pressure air is pumped through the spectrometer at a space velocity (2 ÷ 6) liters / min. The ion collector 10 is connected to the input of the ion current amplifier. When using a surface ionization ion source, electrode 8 is provided with an additional heater and a temperature sensor. The heating of the electrode 8, made in this case from an alloy based on molybdenum, tungsten, vanadium, or from an alkali metal oxide bronze, providing selective ionization of organic molecules, is switched on, and the working temperature of the electrode 8 is set in the range (200 ÷ 600) ° С depending on the type thermal emitter material. A voltage of positive polarity is supplied to the electrode 8 in a range of (80 ÷ 300) volts. At the same time, in the circuit of electrode 7, by the magnitude of the ion current, the integral ion current from the surface of the thermal emitter can be controlled. The voltage (-10 ÷ + 10) volts is applied to the electrodes 11 and 12, depending on the magnitude of the voltage at the electrode 8 and the volumetric velocity of the pumped air. The electrode 4 is connected to a common point of the spectrometer's power supply circuits, and the sum of the asymmetric high-voltage pulse voltage, for example, with a frequency of 500 kHz and a pulse amplitude of up to 3 kilovolts, and a linearly varying DC voltage that changes once or periodically, for example, in the interval ( -80 ÷ + 80) volts. The composition of the air sucked into the spectrometer through the channel of the inlet fitting serves a sample of organic substances in the form of their vapor. In this case, two dependences are recorded: the dependence of the current of the electrode 7 on time and the dependence of the current of the electrode 10 on the value of a linearly varying constant voltage supplied to the electrode 3. The first of these dependences characterizes the time-dependent change in the concentration of organic molecules in the composition of the sucked air. The second dependence reflects the drift spectrum of the types of molecules in the intake air.

Оптимальным с точки зрения чувствительности и разрешающей способности спектрометра является вариант исполнения, в котором обеспечивается полная симметрия прокачки воздуха через блок коллектора. Это позволяет использовать электроды блока коллектора с минимальной протяженностью вдоль зазора между электродами устройства для разделения ионов.Optimal from the point of view of sensitivity and resolution of the spectrometer is the embodiment in which the complete symmetry of air pumping through the collector block is ensured. This allows you to use the electrodes of the collector block with a minimum length along the gap between the electrodes of the device for ion separation.

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".

Испытание блока коллектора спектрометра, изготовленного в соответствии с заявленным изобретением, показали, что он обладает высокой эффективностью сбора ионов, широким динамическим диапазоном и обеспечивает высокую разрешающую способность спектрометра при малых габаритных размерах.Testing of the collector block of a spectrometer manufactured in accordance with the claimed invention showed that it has high ion collection efficiency, a wide dynamic range and provides a high resolution spectrometer with small overall dimensions.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №5,420,424 от 30 мая 1995 г. (аналог).1. US patent No. 5,420,424 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 VI, A new approach to surface ionization and drift spectroscopy of organic molecules of 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. et al., "Physicochemistry of surface ionization of certain types of organic molecules." Reports of the Academy of Sciences, 2002, volume 385, No. 2, pp. 200-204.

4. Патент РФ №2186384 от 21.12.1999 г.4. RF patent No. 2186384 of 12/21/1999.

5. Патент РФ №2138877 от 12.08.1997 г.5. RF patent No. 2138877 dated 08/12/1997

Claims

1. The collector block of the ion drift mobility spectrometer, including an input nozzle with a channel for sampling the analyzed air, an ion source, a device for separating ions according to their drift mobility in air, an ion collector block and an output nozzle connected to an external pump for pumping air through the spectrometer wherein the ion separation device is made in the form of two coaxial axially symmetric and electrically isolated internal and external electrodes, respectively having an external with Som R ₁ and an internal with a radius R _2> R ₁ cylindrical surface, wherein one of the electrodes for ion separation device is connected to external sources of unsymmetrical pulse and regulated DC voltages, and block the ion collector comprises an electrically insulating ion collector, characterized in that the ends of the inner and the external electrodes of the device for separating ions from both sides are hermetically connected by dielectric ring bushings, and the input and output fittings, the ion source and the ion collector block p They are located along the second axis of symmetry of the spectrometer, perpendicular to the axial axis of symmetry of the electrodes of the ion separation device, so that the input nozzle and the ion source are located in the direction of one beam of the second axis of symmetry of the spectrometer, which leaves the intersection point of the second and axial axes of symmetry, and is hermetically and electrically isolated in the holes of the electrodes of the device for ion separation, and the ion collector unit and the output fitting are located in the direction of the second beam of the second axis of symmetry ii, the ion collector unit consists of an electrically isolated ion collector and two electrodes for controlling the ion current, each of these three electrodes being located in the gap between the electrodes of the ion separation device symmetrically with respect to the symmetry plane of the spectrometer drawn through the axial and second axes of symmetry of the spectrometer wherein one electrode for controlling the ion current is located in the gap between the internal electrode of the ion separation device and the ion collector, and the second the electrode for controlling the ion current is located in the gap between the external electrode of the ion separation device and the ion collector, while the gap width ΔН between the electrodes of the ion separation device in the region of the electrodes of the ion collector block is increased compared to the initial gap ΔR = (R ₂ - R ₁₎ between the cylindrical surfaces of the electrode portions apparatus for separating ions due to sampling in the inner and outer electrodes of apparatus for separating ions, wherein the surface of the samples in each electro f monotonously and symmetrically relative to a plane of symmetry in the spectrometer moving cylindrical part of the inner and outer surfaces of the electrode device for the separation of ions, wherein the output section inlet nozzle communicating with a gap between device electrodes for ion separation, symmetrically relative to the plane of symmetry of the spectrometer.

2. The spectrometer according to claim 1, characterized in that the gap width ΔH between the sample surfaces in the electrodes of the ion separation device is selected in the range ΔH = (4 ÷ 12) · (R ₂ -R ₁ ), while the sampling depth in the inner electrode and the sampling depth in the external electrode is chosen equal.

3. The spectrometer according to claim 1, characterized in that the length of the ion collector L ₁ , the internal electrode for regulating the ion current L ₂ and the external electrode for regulating the ion current L ₃ in the direction along the gap between the electrodes of the ion separation device, as well as the length of the samples L ₄ in the inner and L ₅ in the outer electrodes of the device for separating ions in the same direction are selected from the ratios L ₁ = (0.8 ÷ 1) · (L ₄ + L ₅ ) / 2; L ₂ = (0.8 ÷ 1) L4; L ₃ = (0.8 ÷ 1) L ₅ .

4. The spectrometer according to claim 1, characterized in that the ion collector has a section with a cylindrical outer surface, the axial axis of symmetry of which is parallel to the axial axis of symmetry of the electrodes of the ion separation device, while there is a cavity in the direction of the axial axis of symmetry of this section of the collector, one of the ends of which is deaf, and through the second end the cavity is connected by an electrically isolated channel to the channel of the outlet fitting, while two slots are made in the cylindrical part of the collector surface, the cavity of the collector with a gap between the electrodes of the device for ion separation, parallel to the axial axis of symmetry of the cylindrical part of the surface of the ion collector and oriented respectively to the side of the internal and external electrodes to control the ion current, each of the slots being symmetrical with respect to the symmetry plane of the spectrometer, and in each of electrodes for regulating the ion current there is also one slit symmetrical with respect to the symmetry plane of the spectrometer.