TR201802744T4 - Gazların ölçümü için yöntem ve buna uygun iyon mobilite spektrometresi. - Google Patents

Abstract

Mevcut buluş, aşağıdaki aşamaları içeren gazların ölçülmesine yönelik bir yöntemle ilgilidir: bir gaz akışındaki gaz numunesinin iyonizasyonu, iyonize gaz akışının tanımlanmış bir akış kesitine sahip uzatılmış bir iyon mobilitesi ölçüm odasından yönlendirilmesi, ölçüm odasının duvarı üzerinde düzenlenmiş en az bir ölçüm elektrot çifti ile bir enine elektrik alanı yardımıyla farklı iyon mobilitelerine sahip iyonların ayrılması.Buluş ayrıca, yöntemi uygulayan bir iyon mobilite spektrometresi (IMS) ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME GAZLARIN öLçÜMÜ IÇIN YÖNTEM VE BUNA UYGUN IYON MOBILITE SPEKTROMETRESI BULUSUN ILGILI OLDUGU ALAN Mevcut bulus, asagidaki asamalari içeren gazlarin ölçülmesine yönelik bir yöntemle ilgilidir: - bir gaz akisindaki gaz numunesinin iyonizasyonu, - iyonize gaz akisinin tanimlanmis bir akis kesitine sahip uzatilmis bir iyon mobilitesi ölçüm odasindan yönlendirilmesi, - Ölçüm odasinin duvari üzerinde düzenlenmis en az bir ölçüm elektrot çifti ile bir enine elektrik alani yardimiyla farkli iyon mobilitelerine sahip iyonlarin ayrilmasi.

Bulus ayrica, yöntemi uygulayan bir iyon mobilite spektrometresi (IMS) ile ilgilidir. ÖNCEKI TEKNIK Iyon mobilite spektrometrisi (IMS), havada bulunan gaz halindeki yabanci maddeleri ölçmek için kullanilan bir yöntemdir (Eiceman ve Karpas, 2005). iyonlarin mobilitesi, birçok yolla ölçülmektedir. En yaygin olani, uçus zamani lMS ya da sürüklenme IMS'dir. Diger bir bilinen yöntem ise aspirasyon IMS'dir. Bu, hem iyon hem de aerosol parçaciklarin mobilitelerini ölçmek için kullanilmaktadir. Aspirasyon IMS, iyonlarin hava akisi içerisinde ve çogunlukla da akisa dik olan bir elektrik alani varliginda hareket etmesine dayanmaktadir. Eger elektrik alani sabit tutulursa iyonlar, elektriksel mobilitelerine dayali olarak farkli bölgelere dogru hareket etmektedirler ve burada mobilite, ölçüm yerine göre belirlenmektedir. Ölçüm ayni zamanda, elektrik alanini zamana göre degistirerek de gerçeklestirilebiImektedir. Bu durumda farkli mobiliteler sergileyen iyonlar, farkli zamanlarda ölçülmektedirler. ve ölçüm elektrotlarinin öncesinde nakil-gaz akisinin kesit alanindaki dar bir noktaya yönlendirildigi bir iyon mobilite spektrometresini ortaya koymaktadir. Bu, ikinci derece aspirasyon elektrotlara göre ayni enine mesafeden basladigi anda elektrik alani ve nakil gazinin akis kesitinin merkezine, dar bir akis halinde yönlendirilmektedir. Bu durumda moleküllerin yanal hareketini etkileyen degiskenler arasinda molekülün kütlesi ve yükü yer almaktadir. Kanallarin ayirma hassasiyeti, iyon akisi ile karsilastirildiginda kesit alaninin tamami ile önemli derecede artmaktadir. Bununla birlikte, nakil gazinin ve iyonize edilecek gaz numunesinin kontrolü, yapiyi karmasik hale getirmektedir. Sadece bir akis bileseninde dahi olusabilecek küçük bir düzensizlik, göreceli olarak büyük bir hataya kolayca neden olabilmektedir. Benzer bir yapi, US 2006/005 numarali yayinda açiklanmaktadir. ve 6 nolu sekilleri, DC tarama voltaji ile birlikte içinde 1 Mhz seviyesinde birfrekansin kullanildigi bir Bradbury-Nielsen çok bilesenli kapisini kullanan bir IMS cihazini göstermektedir. Fazli RF kaynaklarinin birkaçinin DC taramayla birlestirildigi böyle bir elektrot yapilanmasi son derece karmasiktir.

Ilke olarak, gaz numunesi, merkeze yönlendirilebilmektedir ancak pratik uygulama, zorlu olmakta ve bu nedenle yayin, gaz numunesinin nakil gazi akisinin kenarina dogru yönlendirildigi bir model açiklanmaktadir. Nakil-gaz akisinin parabolik hiz profili açisindan, böyle bir besleme, en uygunu olmayacaktir ancak bunun yerine belgisizlige neden olacaktir.

Sekil 1, bir aspirasyon hücresinin geleneksel bir sekilde uygulanmasini göstermektedir. J1-n iyonlari, ei - es'ü ölçüm seritlerini akis kanalinin tüm alanindan ayirmaktadirlar. Iyonlarin büyük çogunlugu, akisin hiz profili nedeniyle merkezden gelse de akisin kenarlarindan gelen iyonlara bagli olarak hatiri sayilir ölçüde belgisizlik ortaya çikmaktadir. Sekil 2, J1n iyonlarinin akis kanalinin tüm alanindan ayri bir e1 - 92 ölçüm seridine geldigi SWEEP olarak adlandirilan bir hücre yapisini göstermektedir. Uygulamada, iyonlarin ayrilmasi, ölçüm seridinin alaninin degistirilmesi ile gerçeklesmektedir. Bu yöntem de bir öncekinde oldugu gibi iyonlarin genis varis dagilimindan olumsuz etkilenmektedir.

BULUSUN AÇIKLAMASI Mevcut bulus, gaz numunelerinin ölçümü ve özellikle sözüm ona ikinci derece aspirasyon lMS'nin uygulanmasina yönelik olarak öncekilerden daha kolay olan bir yöntem ve cihaz meydana getirmeyi amaçlamaktadir. Bulusa göre ortaya konan yöntemin karakteristik özellikleri, Istem 1'de belirtilmis olup ilgili IMS cihazinin karakteristik özellikleri Istem 6'da verilmistir. Bulusa uygun filtreleme teknigi sayesinde emisyon akisi, akisin kesitinde akis hiz profilinin en fazla oldugu merkezinde olabilmektedir. Yapi, Zimmermann'in yukarida açiklanan cihazindan esas olarak daha basittir. En basit halinde, emisyon akisinda mutlak bir 0 alani olabilmektedir ancak burada da daha çok gelismis bir yapilanmada iyonlar, iyonlarin sadece bir kisminin emisyon kanalindan geçerek ayrismasina izin veren küçük bir elektrik alani ve toplama elektrotlari kullanilarak seçilebilmektedir.

Iyon toplama kisim akisinda, yani söz konusu kesme kanalinda elektrik alani, iyonlarin mobilitelerine göre statiktirler. Seçilen yapilanmaya göre yavasça degisen (100 Hz'den az, daha çogunlukla 0-50 Hz) veya mutlak olarak statik bir elektrik alani kullanilabilmektedir. Örnegin, bir saniyelik bir süre içerisinde yavasça degisen bir elektrik alani, farkli mobiliteye sahip iyonlarin ayrilmasini optimize etmek için kullanilabilmektedir. Ön filtrenin elektrik alanlari, iyonlarin kesme kanalinin disinda toplanabilmesi ve emisyon kanalinin düzgün çalismasinin saglanmasi için akis yönünde yeterince uzundurlar. Ön filtrenin sonrasinda ayirma elektrotlari, hesaplanan yollara göre ölçüm odasinda eksenel olarak konumlandirilmaktadirlar.

Emisyon kanalinin statik elektrik alani, her iki taraf üzerinde de ayni potansiyeldeki elektrotlari gerektirmektedir. Bununla birlikte, statik elektrik alaninin her bir elektrotu, bir yalitim plakasinin zit taraflarinda yer alabilmekte ve ayni anda kesme kanalinin ikinci bir elektrotu olabilmektedir.

Bulusa uygun iyon filtreleme tekniginin yardimi ile iyon filtrelemesi olmayan bir detektöre kiyasla önemli derecede bir hassaslik elde edilmektedir. Bulusa uygun filtreleme teknigi sayesinde emisyon kanali, akis hiz profilinin en fazla oldugu akis kesitinin merkezinde yer alabilmektedir.

Yapi, Zimmermann'in yukarida açiklanan cihazindan esas olarak daha basittir.

Hava numunesi, örnegin alfa ya da beta isimasi ile iyonize edilmistir. iyonlar, ölçme bölümüne sadece kisitli bir kesitten geçirilmektedirler. Mevcut bulusta iyonlar, akis kanalinin kenarlarinin disinda sözüm ona kesme akisindan filtrelenmekte ve iyonlarin sadece akis kanalinin merkez bölümünden sözüm ona emisyon akisindan mobilite ölçümüne girmesine izin verilmektedir. Ilgili kisim kanallarina kesme kanali ve emisyon kanali adlari verilmektedir. Bu, iyonlarin akis kanalinin tüm alanindan ölçüme girmesine izin verilen durumla karsilastirildiginda (birinci derece aspirasyon lMS olarak adlandirilir) mobilite çözünürlügünü önemli ölçüde gelistirmektedir.

Emisyon akisi etrafindaki kesme akislari, akisin hiz profilini kontrol altinda tutmaktadirlar.

Bir yapilanmada iyonlar, kis kanallari içinde bazilarinin üzerinde bir voltaj bulunan çok ince metal plakalar yerlestirilerek uzaklastirilmaktadirlar. iyonlarin ek bir açikliktan ölçüm odasina girmesine müsaade edilmektedir. Bu durumda emisyon açikligi, kanalin merkezindedir ya da tam olarak kenarinda bulunmamaktadir. Emisyon açikliginin kanalin merkezindeki yeri avantajlidir. Çünkü iyonlar akisa göre dagitilmislardir ve belli zaman birimi basina düsen en büyük iyon yogunlugu, kanalin merkezinde bulunmaktadir. iyonlar ayni potansiyel ile ayarlanarak en merkezdeki (ya da aksi halde seçilen) açikliktan geçmeleri saglanmaktadir. Iyonlar, uygun bir bariyer alani yarimiyla baska bir yerden toplanarak uzaklastirilmaktadirlar. Yeterince ince plakalar akisin düzenini bozmamakta ancak bunun yerine akisin tüm açikliklardan geçmesini saglayacak sekilde uygun bir biçimde kanalin akis direncini denklestirmektedir. Tercih edilen bir yapilanmada akis yönlendirme plakalari, akis dagilimini kontrol etmek üzere karsilikli olarak degisen boyutlara sahip olabilmektedirler.

Bulusa uygun tasinabilir ebat sinifi ikinci derece aspirasyon lMS'nin özellikleri, asagidaki gibi özetlenebilmektedir: iyonlar, bir radyoaktif kaynak araciligi ile akis kanalinin tüm bir yüksekligi boyunca üretilmektedirler. Akis kanalini tercihen akisin hiz dagiliminin maksimum noktasindan bölen bir plaka yapilanmasi vasitasi ile baska yerlerden gelen iyonlarfiltrelenerek iyonlarin, ölçüm odasina sinirli bir alandan girmesine izin verilmektedir. Burada, merkez bölümünden gelen iyonlarin mobilite ölçüm odasina girmesine izin verilerek, akis kanalinin merkez bölümünün daha büyük iyon yogunlugundan (birim zaman basina) faydalanilmaktadir. Iyonlar, emisyon plakasi yapisi öncesinde bir elektrik alani vasitasiyla, örnegin elektrik alani kullanilarak kanalin merkez bölümündeki iyon yogunlugunu arttirarak yönlendirilebilmektedirler. Emisyon plakasi yapisi da dogrudan bir iyonlastirici radyasyonun ölçüm odasina girmesini engelleyen bir paravan gibi davranmaktadir. Yapi, kompakt ölçüme izin vermektedir. DMS/FAIMS türü ölçümün uygulanmasi için yapidan faydalanilabilmektedir. Yapi, mobilite dagiliminin arzu edilen kismi ikinci derecede üretilen iyon akisindan seçildiginde sözüm ona SWEEP türü ölçüm ile birlestirilebilmektedir.

SEKILLERIN KISA AÇIKLAMASI Asagida; bulus, örneklerle ve asagida görülebilecegi gibi beraberinde verilen çizimlere atifta bulunularak açiklanmaktadir.

Sekil 1, geleneksel bir aspirasyon hücresinin uygulanma yolunu göstermektedir.

Sekil 2, sözüm ona SWEEP hücresinin yapisini göstermektedir.

Sekil Ba, diger bir ikinci derece aspirasyon IMS hücresinin sematik diyagramini göstermektedir.

Sekil 3b, Sekil 3a'daki yapilanmanin bir farkli versiyonunu göstermektedir.

Sekil 4, ön filtrenin bariyer plaka yapisinin uygulanmasi için bir alternatif göstermektedir.

Sekil 5, diger bir ikinci derece aspirasyon IMS'nin yapisini göstermektedir.

Sekil 6, bir ön filtrenin sematik yapisini göstermektedir.

Sekil 7, akis kanalinin ön filtre öncesindeki bir kesit görünümünü göstermektedir.

Sekil 8, bir miktar degistirilen ikinci derece çözümü, bir öncekinin sematik bir diyagramini göstermektedir.

Sekil 9, bir aspirasyon IMS hücresinin pratik bir uygulamasinin kesitinin ve aksonometrik görünümünü göstermektedir.

Sekil10, bir aspirasyon IMS hücresinin pratik ikinci bir uygulamasinin kesitinin ve aksonometrik görünümünü göstermektedir. Ve Sekil 11, bir aspirasyon IMS hücresinin pratik üçüncü bir uygulamasinin bir öncekinden daha basit olacak sekilde kesitinin görünümünü göstermektedir.

DETAYLI AÇIKLAMA Pozisyon ayirici ikinci derece aspirasyon IMS'nin çalismasi, sematik bir diyagram olarak Sekil 3a'da verilmektedir. Iyonize edilmis bir gaz akisi (10), kanal içerisinde tipik bir parabolik hiz profili olusmasina aracilik eden ölçme kanalinin (12) içine yönlendirilmektedir. Gerçek ölçüm açisindan bakildiginda merkezi bilesen, farkli mobilitelere sahip olan iyonlarin K1, K2 ve K3 isaretleriyle ifade edilen farkli pozisyonlara toplandigi bir pozisyon ayirici hücresidir. Hava akisi, merkezde akisinin en fazla olacagi sekilde parabolik bir profil ile birlikte gelmektedir. Düsük profil nedeniyle, birim zaman basina merkeze kenarlara geldiginden daha fazla iyon gelmektedir. Iyonlar, bir ön filtre (14) yardimiyla kenarlardan toplanarak uzaklastirilmaktadirlar. Bu, ince metal plakalari (16) içermekte ve en distaki ikisinde toplama voltajlari verilmektedir. Bir elektrik alanina sahip kanallar, iyonlari uzaklastirdiklarindan kesme kanallari olarak adlandirilmaktadirlar. Kesme kanallari, gerçek gaz akisi üzerinde pek az etkiye sahiptirler. En merkezdeki plakalar, aralarinda bir elektrik alani bulunmayacak ve iyonlar bunlarin arasindan geçecek ve böylece bu plakalar arasinda bir emisyon kanali (a) olusturulacak sekilde ayni karsilikli potansiyele ayarlanmis veya topraklanmis olmaktadirlar. Yapi araciligi ile farkli mobiliteler, farkli pozisyonlardan isabetli bir sekilde toplanmaktadirlar. Tercih edilen bir yapilanmada, en merkezdeki kanalin kesit yüzey alani, toplam kesit yüzey alani ile karsilastirildiginda daha küçüktür ve çok sayida emisyon kanali bulunmaktadir. Basitlik olmasi açisindan sadece fikrin görsellestirilebilmesi için gerekli açiklik sayisi sekilde çizilmistir.

Sekil 3b'ye göre emisyon kanali, bir filtre olarak uyarlanabilmekte, eger yukaridan farkliysa ya gerçekten statik ya da yavasça degisen (tarayan) küçük bir elektrik alani bulunmaktadir. Bu sekillerde, sinirlar (133, 13b) gösterilmektedir: - Sinir çizgisi (13a): mobilite, bir DMS veya DC emisyon alani ile sinirlanmaktadir, daha büyük mobiliteye sahip olan iyonlar geçemeyecektirler.

- Sinir çizgisi (13b): Bir DMS veya DC alanindan yayilan düsük bir mobiliteye sahip olan ve diger tarafa geçerek ayirma için ölçme alanina ilerleyen iyonlar.

Emisyon kanali ayrica, iki yolla bir filtre olarak kullanilabilmektedir: 1) Emisyon kanalinin yardimiyla emisyon kanalinin içinde bir voltaj (alan) olusturarak yüksek mobilitelerin ölçüm kanalina girilmesinin sinirlandirilmasi mümkün olmaktadir. Emisyon kanalinin voltaji, üzerine çikildiginda ölçüme girisin olmadigi mobiliteyi belirlemektedir. Bu voltaji asamalar halinde degistirilerek, ölçüm tutarliligi, uygun bir emisyon penceresi seçme yoluyla önemli derecede iyilestirilebilmektedir. 2) Emisyon kanalini bir DMS filtresi olarak kullanarak, sadece DMS filtresinin telafi voltaji, zaman ve alan kuvvetinin her birine göre asimetrik elektrik alanindan geçen iyonlarin ölçüme girmesine izin verilebilmektedir.

Yukarida bahsedilen yöntemlerin alternatifleri de üretilebilmektedir. Çünkü alternatiflik, ölçüm hizini artirmak için kullanilabilmektedir.

Sekil 4, ön filtrenin (14) bariyer plaka yapisinin uygulanmasina bir alternatif yol göstermektedir.

Sensorun gövdesi, 20 referans numarasi ile isaretlenmistir. Sekil 4'ün uygulanmasinda iyonlar baska yerlerde iyonize edilmekte ve iyonize edilmis hava bariyer plakalarindan (soldan) hemen Önce akis kanalina getirilmektedir. Sekilde seritler (14.1 ), bu prototip uygulamadaki voltaj alanina göre soldadir. Kitlesel olarak imal edilen bir yapida, plakalar, montaj deliklerinden veya diger ayri baglanti noktalari vasitasiyla voltaj kaynagina baglanmaktadirlar.

Sekil 5, ikinci derece yapinin prensipteki yapisini sematik olarak göstermektedir. J1-n iyonlari akis kanalinin tüm alanindan ön filtreye ulasmakta ancak ön filtreyi (14) yalnizca merkezden terk etmektedirler. Basitlik nedenlerinden ötürüi sadece üç ölçüm kanali e1 - 83, yani ölçüm seritleri sekilde verilmistir. Gerçekte bunlardan daha fazla olabilmektedir. Ön filtrenin prensip olarak yapisi, Sekil 6'da görülebilmektedir. Burada E, genel olarak bir elektrik alanina tekabül ederken harfin yanindaki sayilar, pratik bir yapilanmada her alanin farkli bir büyüklüge sahip olabilecegi gerçegine isaret etmektedir. En uygun bir durumda en merkezdeki alan (E = 0), aslinda alan kuvvetinin sifir oldugu veya söz konusu akis kanali için degisken bir alanin kullanildigi sekilde düzenlenmistir. Bu durumda emisyon kanali 'a' referansi ile isaretlenmektedir. Diger alanlarin kullanimi, iyonlarin uzaklastirilmasi ile ilgilidir. Çok kanalli bir çözümün kullanilmasi, bunun bir parçasi olarak, kanalin tamami üzerinde birlesik bir akis direnci olusturarak kanal akisini esitlemeye çalismaktadir.

Sekil 7, bir izolasyon paketini (20') ve ön filtreden (14) önce kesilmis olan içinde olusturulmus akis kanalinin (12) bir kesitini göstermektedir. Gaz akisi, sekil içindeki sol taraftan girmekte, ön filtreden (14) geçerek kanalda yol almakta ve akis kanalinin ucunda bulunan bir açikliktan (gösterilmemistir) çikmaktadir. Yapiyi kapatan yalitim paketinin (20) üstünde ve altinda bulunan ölçüm plakalari Sekil 7'de gösterilmemektedir. Sekil, alternatif yalitim ve alan plakalarindan olusan sistemin genel yapisini göstermektedir. iyonlar, bir veya daha fazla yerden sabit bir elektrik alani veya degisen bir elektrik alani kullanarak pozisyondan bagimsiz olarak ölçülebilmektedir. Her ikisi de patent ve yayinlarda anlatilmaktadir.

Yukarida açiklanan ikinci dereceden çözüm, iyonlarin ölçüme mümkün oldugunca yakin olarak üretilmesi ve iyonlarin toplanmadan önce bir elektrik alani ile veya akis kontrolüne yönelik plakalar yoluyla mekanik olarak yönlendirilmesi yoluyla gelistirilebilmektedir. Bu önlemler, ölçülen iyonlarin getirdigi akis sinyalini en üst düzeye çikarmak için tasarlanmistir.

Sekil 8'de, bir öncekine göre biraz daha degistirilmis olan ikinci dereceden bir çözümün sematik bir diyagrami bulunmaktadir. Bu yapilanmada polaritesi farkli olan iyonlar, bir elektrik alaniyla birbirlerinden ayri olarak yönlendirilmektedirler. Amaç; iyonlarin rekombinasyonunu yavaslatmak, ölçüme ulasan iyonlarin sayisini ve bunun üzerinden ölçülen elektrik akimini arttirmaktir.

Polaritenin ayrilmasinin gelen iyonlari merkezden hareket ettirmesinden dolayi, emisyon açikligi Yukarida, elektromekanik ikinci dereceden bir uygulamanin sematik diyagrami gösterilmektedir.

Akis kanalinin (12) yüksekligi, örnegin 5 mm olabilmektedir. Radyasyon kaynagi daha sonra akis kanalinda (1. asama - iyonizasyon bölgesi) yer alabilmektedir. Sekilde, tüp içindeki kirik çizgi, sematik olarak radyasyon kaynagini göstermektedir. Olusumdan hemen sonra, farkli polariteler bir elektrik alaniyla birbirinden ayrilmaktadirlar (2. asama - polaritelerine göre iyonlarin ön ayirimi). Polaritelerin ayrilmasi, ölçüm polaritesini merkez bölümden biraz uzaklastiracak sekilde hareket ettirmektedir. Amaç, genis bir alan üzerinde akis kanalinin merkez bölümünün yüksek hizindan faydalanmaktir.

Iyonizasyonun, mobilite ölçümünün olabildigince yakinina uygulanmasi, ölçülen iyon sayisini en üst düzeye çikarmaktadir. Polaritelerin birbirinden ayrilmasi rekombinasyon hizini düsürmektedir ve bu, muhtemelen iyon sayisini arttirma üzerinde açik bir etki sahiptir. Ana görevinin yani sira, iyon ön filtresi (3. asama - iyon bariyer alanlari ve emisyon kanali (a)) de radyasyon kaynaginin alfa parçaciklari için bir paravan görevi görmekte, yani alfa parçaciklarinin iyon mobilite ölçüm odasina girmesini önlemektedir (4. asama - mobilitenin ölçümü).

Uygulamanin yukaridaki sekillerine ilaveten, ikinci dereceden bir yapi, büyük bir kuvvete sahip asimetrik yüksek frekansli bir alan yaratmak için ikinci dereceden olusturulmasi amaçlanan bir filtrenin kullanildigi sözüm ona DMS yapisi gibi de uygulanabilmektedir. Bu sekilde bir DMS ölçüm prensibi bilinmekteydi, ancak bunu ikinci dereceden uygulama yolu yenidir.

Iyon mobilite spektrometresinin sensor bileseninin (20") daha ayrintili bir görünümü, Sekil 9'da gösterilmekte olup, burada sensor bileseni, ölçüm kanalinda (12) uzunlamasina kesitlendirilmis ve yukaridaki iyon odasi (18) yatay olarak kesitlenmistir.

Bu durumda alt ölçüm plakasi (21), cihazin elektronik bölümünün geri kalaninin bulundugu daha büyük bir devre kartinin parçasidir. Sensor bileseni, en alttakinin bir destek plakasinin (22) ve üzerinde sirayla asagidakilerin bulundugu katmanli bir yapidan olusmaktadir: bir alt ölçüm plakasi (21), bir kanal plakasi (23), bir üst ölçüm plakasi (24) ve daha kalin bir baglanti plakasi (26).

Gaz numunesi, 'in' (içeri) baglantisi üzerinden seçilen radyasyon kaynaginin (8) (gösterilmemistir) bulundugu iyonizasyon odasina (18) alinmaktadir. Iyonize gaz numunesi, bir ara baglanti (19) vasitasiyla, çalismasi daha sonra açiklanacak olan uzatilmis bir ölçüm odasina (12) yönlendirilmektedir. Gaz numunesi, ölçüm odasindan (12) 'out' (disari) baglantisi üzerinden çevredeki havaya veya baslangiç noktasindaki kapali örnekleme alanina geri verilmektedir.

Bilinen durumlarda ölçüm odasinda (12), voltajin sabit tutuldugu ve akimin ölçüldügü her biri bir elektrot çifti (örn., e1+ ve ei-) olan ölçüm seritleri (ei, ez, es) bulunmaktadir.

Bu Sekilde, iyon ön filtresi (14) kesit olarak gösterilmemekte ve bunun için yapinin geri kalaninin kesit düzleminden disari dogru çikmaktadir. Ayni zamanda, ölçüm odasinin (12) genisligi hakkinda bir miktar fikir vermektedir. Yukarida tarif edildigi gibi ön filtre (14), seçilen potansiyellere bagli olan ince metal plakalari içermektedir. Emisyon kanali plakalari, yani genellikle en merkezdeki plakalar, topraklanmistir. Voltaj, plakalara diger taraftan (gösterilmemistir) yönlendirilmektedir.

Iyon mobilite spektrometresinin ikinci ve daha basitlestirilmis bir yapilanmasi, Sekil 10'da gösterilmekte olup burada sensor bileseni Sekil 9'de oldugu gibi kesit haldedir. islevsel olarak benzer olan bilesenler için yukaridaki ile ayni referans numaralari kullanilmaktadir. Benzer bilesenler: - 'in' baglantisi ile donatilan iyon odasi (18), - ölçüm odasi (12), - iyon odasi (18) ile ölçüm odasini (12) birbirine baglayan ara baglanti (19), - ölçüm odasinin sonunda yer alan 'out' baglantisi, olusturulan plaka yapisidir.

Katmanli yapi, önceki ile benzer bulunmaktadir, ancak plakalar esit kalinlikta olmakta ve plakalarin kalinliginin bir bölümünün çikarilmasi yerine daha ince ayri plakalar kullanilmaktadir. Ön filtre (14), plakalar (21, 24) içinde seçilen bir noktada ölçüm odasi boyunca boyunlar (16') olacak sekilde olusturulmustur. Bu boyunlarda, Sekil 7 ve 9'daki ayri plakalara (16) karsilik gelen plakalarin yüzeyinde iletkenler bulunmaktadir. Elektrotlar, bu nedenle her devre kartinin bir parçasidir. Kisim kanallari, boyunlar (16') arasinda olusmakta ve bu urumda üç tane olmaktadir.

En merkezde olani, emisyon kanali (a) iken digerleri kesme kanallari olmaktadirlar. Emisyon kanalinin statik sifir alanini meydana getiren elektrotlar ya emisyon kanalinin içinde ya da yalitimin dis tarafinda yer almaktadirlar. Emisyon kanalinin elektrotlari, her iki tarafta kesme kanalinin en yakin elektrotlari ile çiftler halinde ya da ayri bulunabilmektedirler.

Katmanli yapi, dogal olarak çok farkli diger yollarda da olabilmektedir. Yapinin temel özellikleri, kanal alanlari ve elektrotlardir. Ölçüm odasi (12), ön filtreden sonra daralarak emisyon kanalindan (a) dahi daha dar olan bir kanal (12') haline gelmektedir. Kanalda (12'), yukarida gösterildigi gibi ayirici elektrotlar (gösterilmemistir) bulunmaktadir ve yüksekligi, ön filtrenin yüksekliginin yaklasik islevsel ve kararli oldugu kanitlanmistir. Emisyon akisi, kenarlardan gelen kesme akislari arasinda daralmakta ve ölçüm kanali (12') ile karistirilmadan birlikte daha büyük olmaktadirlar. iyonlar daha sonra, ölçüm kanalinin daha küçük kesitinde dar parçaya dogru isabetli bir sekilde yönlendirilebilmekte ve mesafe ayrimi tam olarak elde edilmektedir. Ayirim, düsük bir voltajda iyi çalismaktadir. Çünkü enine mesafe düsüktür (0,2-1 mm, tercihen 0,4-0,7 mm). Genel olarak, bir veya iki kesme kanali kullanimi ile iyonlari içeren emisyon akisi, daha küçük kesitte seçilen noktaya isabetli bir sekilde yönlendirilebilmektedir.

Sekil 11, diger bir yapilanmanin basitlestirilmis bir formunu göstermektedir. Sabit kalinliktaki ölçüm odasinda bir ön filtre bulunmaktadir. Burada kesme kanali plakalarinin (16a) uzunlugu, hiz profili ile tersten orantilidir, yani plakalarin uzunlugu, emisyon kanalina dogru azalmaktadir.

Emisyon kanalinin (a) plakalari ilaveten, plaka paketinin geri kalanina nazaran bir miktar çikinti yapmaktadir. Bu, akis profili ve elektrik alaninin seklini yönlendirmek için kullanilmaktadir. Ayirim, yukarida açiklanan ile ayni sekilde gerçeklesmektedir.

Yukari da tarif edilen yapilanmada, dakikada 1-3 litre, tercihen 2 L/dak, gaz numunesinin tipik bir akis hizi olarak kullanilmaktadir.

Claims (1)

1. ISTEMLER Gaz formundaki maddeleri ölçmeye yönelik asagidaki asamalari içeren yöntem: - bir gaz akisindaki (10) gaz numunesinin iyonizasyonu, - iyonize gaz akisinin uzatilmis bir iyon mobilitesi ölçüm odasi (12) üzerinden yönlendirilmesi, - ölçüm odasinin duvari üzerinde düzenlenmis en az bir ölçüm elektrot çifti (e1, 92, 83) ile bir enine elektrik alani yardimiyla farkli iyon mobilitelerine sahip iyonlarin (Ji- n) ölçüm odasi (12) içinde ayrilmasi. olup; özelligi; ölçüm elektrotlarinin (ei, 92, 83) öncesinde akis yönünde seçilen bir mesafede gaz akisinin, iyonlarin ön filtrelemesi (14) için en az iki kisim akisina bölünmesi, burada - kisim akislarindan seçilen noktadaki biri, emisyon akisi (a) olarak anilmakta, diger kisim akislari kesme akisi olarak belirtilmekte, ve - iyonlar (J1-n), iyonlarin (J1-n) mobilitelerine göre statik bir elektrik alaninin yardimi ile kesme akislarinin her biri üzerinden bahsedilen iyonize gaz akisindan disari dogru filtrelenmesi, - emisyon akisindaki (a) en azindan seçilmis olan iyonlarin, emisyon akisinda (a) olusturulan bir sifir alan yardimi ile bahsedilen ön filtrelemeden (14) sonra ayrima Istem 1'e uygun yöntem oluig, özelligi; en az üç kisim akisinin olmasi ve emisyon akisinin (a) genel olarak gaz akisinin hiz dagiliminin maksimum noktasinda yer almasidir. Istem 1 veya 2'ye uygun yöntem olup, özelligi; kisim akislarinin, uzunluklari kenarlardan emisyon akisina dogru azalan kisim kanallari araciligi ile meydana getirilmesidir. Istem 1 veya 2'ye uygun yöntem olupI özelligi; ön filtrelemeden sonra gaz akisinin, önemli oranda daha küçük bir kesite yönlendirilmesi ve burada iyonlari içeren emisyon akisinin (a) en azindan bir iyonize edilmeyen kesme akisi tarafindan bahsedilen daha küçük kesitteki isabetli olarak tanimlanmis bir noktaya yönlendirilmis olmasidir. Istemler 1-4'e uygun yöntem olug, özelligi; ön filtrelemeden önce iyonlarin, farkli polaritelerine göre birbirinden ayrilmasidir. Gaz formundaki maddeleri ölçmeye yönelik asagidakileri içeren iyon mobilite spektrometresi. bir ölçüm odasi (12), - bir gaz akisi meydana getirmek ve ölçüm odasi (12) üzerinden yönlendirmeye yönelik araç, - gaz akisini ölçüm odasi (12) öncesinde iyonlastirmaya yönelik bir araç (18), - ölçüm odasinin (12) duvari üzerinde en az bir ölçüm elektrot çifti (e1, ez, ea) ile ölçüm odasinin (12) seçilen bir uzunlugu üzerinden enine bir ölçüm elektrik alani olusturmaya yönelik araç, - her bir ölçüm elektrot çiftinden (e1, 82, 63) iyon akisini ölçmek için araç, olug; ozelligi; ölçüm odasinin, - kisim akislari olusturmak adina ölçüm odasini enine bir sekilde en az iki ayri paralel kisim kanalina bölmek üzere ölçüm elektrot çiftleri (e1, ez, eg) öncesinde akis yönünde konumlanmis bir ön filtre, burada bir kisim kanali emisyon kanali (a), digerleri kesme kanallaridir, ve - iyonlarin mobilitelerine iliskin statik bir elektrik alani (EO - Eö) olusturmak için araç, ve bu kisim kanallarinin kisim akislarini toplayarak uzaklastirmak için her bir kesme kanalinda toplama elektrotlari (16), - bahsedilen emisyon kanalini (a) kesitinin seçilen bir noktasinda olusturan, iyonlarin mümkün oldugunca düzenli bir biçimde geçmesine izin veren bir elektriksel olarak pasif kisim kanali içermesidir. istem ö'ya uygun iyon mobilite spektrometresi olup, özelligi; seçilen kisim kanallarinin en az üç olmasi ve emisyon kanalinin kesme kanallari arasinda konumlandirilmasidir. istem 6 veya 7'ye uygun iyon mobilite spektrometresi olugI özelligi; kisim kanallarinin ölçüm odasini seçilen bir uzunluk boyunca dar kisimlara bölen birkaç ince metal plaka (16) kullanilarak olusturulmasidir. istem 6 veya 7'ye uygun iyon mobilite spektrometresi olug, özelligi; ön filtrenin (14), 3 - 11, tercihen 5 - 9 kisim kanali içermesidir. plaka paketinden meydana getirilen ve ölçüm odasi (12) ile diger kanal alanlarini meydana getirmek üzere her biri digerinin üzerinde plaka açikliklarinin olusturuldugu Istem 8 veya 7'ye uygun iyon mobilite spektrometresi olugI özelligi; ön filtrenin (14) kisim kanallarinin, ölçüm odasinin (12) seçilen plakalarina girisim yapan boyunlar (16') tarafindan olusturulmasi ve burada aralarindaki plakalarda karsilik gelen konumda açikliklar olmasidir. istem 6 - 9'dan herhangi birine uygun iyon mobilite spektrometresi olupI özelligi; bir elektrik alani vasitasiyla farkli polaritelere sahip iyonlarin birbirinden ayrilmasi için ön filtre öncesinde konumlanan ve bir voltaj kaynagina sahip ilave elektrotlar içermesidir. istem 11'e göre iyon mobilite spektrometresi olup, özelligi; ön filtrenin toplayici bir devre kartinin parçasi olmasidir.