TW200838612A - Ionization device - Google Patents

Description

200838612 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ，本發明係關於一種離子化裝置，其使用於將氣相中之 ;子刀、及以測疋粒度分布之DMA(Differential Mobility

AnalyZei> ·冑分型移動度分析儀）、或靜電蒸鍍（藉由電氣作 用使不、米尺寸之功能性材料粒子僅配置在經設計部分之基 板上的方法）、或GC/MS(氣相層析/質譜分析）等分析裝置 或成膜裝置，用以將測定對象物或成膜物質離子化。 【先前技術】 已有提案-種離子化裝置（參照專利文獻υ，其係於值 體之内部空間㈣針狀放電電極，於與該電極之前端相對 向之位置設置具有小孔（㈤㈣之電極’並形成由該小孔 向外部空間擴展成倒錐形的擴大管，冑包含既定物質之分 子的氣體供應於筐體内部。該離子化裝置中，純含既定 :質之分子的氣體供應於僅體内，並將既定電壓施加於兩 $ > η μ 4放電’藉此將筐體内之氣體分子離子化後使 外部空_出n水被採用作為離子化之 =壯亚在外部空間產生水分子大型化之叢集離子。該離 "衣置：’自擴大管噴出之高速喷射空氣造成壓力急速 ^ .冑由^熱％ m形成過飽和環境氣氛’使該環境氣 =之水分子凝集於水分子離子，而成長為較大之水叢集 離于。 該提案之離子化裝置中 係藉由在筐體之内部空間放 5 200838612 電，在相同空間内進行離子化與使既定物質之分子帶電。 亦有提案另一種離子化裝置（參照專利文獻2)，其係為 測里排放氣體中之微粒子，於排放氣體導入管途中設置帶 電器，藉由在帶電器内部進行電暈放電，對通過之排放氣 體中之微粒子賦予電荷。該離子化裝置，亦在帶電器藉由 电暈放电，對作為欲離子化之對象的微粒子直接賦予電 荷。 [專利文獻1]:曰本專利第3787773號公報 [專利文獻2]:曰本特開2〇〇5_244〇9號公報 【發明内容】 以上；I紹之習知離子化裝置，例如電暈放電方式係將 :電對象物導人於進行放電之空間，但當存在有脆弱之荷 电對象物時，會產生因放電導致損壞該對象物之顧慮。又， 當存在有如二氧化硫等反應性較高之氣體時，亦會有產生 目‘以外之粒子的顧慮。由於使用軟性X射線或微放電等 之方法亦會在相同空間内進行離子產生與荷電，因此具有 同樣之問題。 又，在帶電室之容積較大時，在正離子或負離子僅單 方存在之單極何電中因擴散或被產生之電場所捕捉、或正/ 負兩離子存在之雙極荷電巾目相反減之離子的再叙合， 導致離子濃度大幅降低，其結果便造成荷電效率下降。 本發明之目的在於提供可抑制荷電對象物損壞或產生 目心外粒子等問題j_能提高荷電效率的離子化裝置。 6 200838612 本發明為克服此種習知技術之課題，使 之機構與進行荷電之機構 子產生 或產生目桿外粒子等門：㈣解決荷電對象物損壞 生目‘外粒子夺㈣，並縮小所產生之離子 象物之接觸距離，藉此抑制 :…對 濃度降低。 欢'再耦合所造成之離子 田亦即，本發明之離子化裝置，具備離子化室及盘 兴之另一荷電室。離子化室 、八 雕 至在，、有離子化氣體導入口之筐 Γ 放電電極及對向電極’並於對向電極之盘放命 之位置形成通往外部的小孔。荷電室、係： 鄰配置於離子化室之小孔側。 — 灯电至具有何電對象物導入 1’耩小孔釋出之離子使由荷電對象物導入部導入之 荷電對象物帶電以成為離子。 ^ ^ 〜电至 < 何電對象物導入部 的導入口係呈狹縫狀’並配置成在接近小孔之出口的位置 圍:J孔之出° °關於小孔之尺寸及離子化室與荷電室間 [力+ J孔之尺寸’係設定為將包含離子之氣體由小孔 之出口贺在荷電室時’能產生將荷電對象物由荷電對象物 導入技導入口送入至荷電室之大小的負壓，且離子化室 之壓力鬲於荷電室之壓力。 貝也離子化裝置時，來自離子化氣體導入口之離子化 氣體導入量以1〜10L/分較適宜。此時，小孔之尺寸以直 佐為0’1〜lmm，離子也室與荷電室之壓力差以以 下較適宜。 小孔之直杈小於〇 lmm時，難以達到所須之離子化氣 V入i。又’小孔之直徑大於1 min時，難以產生所須之 7 200838612 大小的負壓以將荷電對象物由荷電對象物導入部之導入口 迗入至何電室。由於離子化室與荷電室之壓力差為零時， 無法使包含離子之氣體由小孔之出口喷往荷電室，因此多 少必須有壓力差。然而，壓力差大於〇 4MPa時，離子化 氣體導入量即會變大，如實施例之表i所例示，依條件之 不同會產生離子化氣體導入量例如超過1〇L/分之條件。離 子化氣體導入量過大時，滯留時間過短，便會產生離子化 所須之時間不足之顧慮。 將包含在離子化室所產生之離子的氣體由小孔之出口 唷往荷電室，藉此於荷電對象物導入部產生負壓，荷電對 象物與包含離子之氣體一起被送入荷電室，並藉由由小孔 之出口喷出之氣體中之離子來使之帶電。 較佳為，荷電對象物導入部，係配置成將荷電對象物 導向與小孔噴射離子之方向正交的方向。藉由此種配置， 即施以包含由小孔之出口噴往荷電室之離子之氣體所產生 之負壓順利送入荷電對象物。 為使離子化室之壓力高於荷電室之壓力，以對離子化 至加壓、以荷電室在下流侧具備吸引泵、或以兼具該兩者 之方式構成。 本發明中，由於各別構成產生離子之離子化室、與藉 由在離子化室產生之離子使荷電對象物帶電之荷電室，因 匕μ在相同空間内共同進行離子化與帶電之方式者相較， 可抑制荷電對象物損壞或產生目標外粒子。 又’由於荷電室之荷電對象物導入部的導入口呈狹缝 8 200838612 :二配置成在接近小孔之出口位置圍繞小孔之出Π，並 由於何電室中在離子化室之小孔 孔出口附近利用負壓而被送 對象物，係在離子化室之小孔出口的正下方從離 子二：與料流混合’因此可在擴散或再麵合造成離 子-㈣低之前，使荷電對象物帶電 再者，由於荷電室之荷電對象物導入部的導入革 ::成接近離子化室之小孔出口，因此可使離子化裝置:: L頁苑方式】 室1圖之‘::略表示實施例之離子化裝置的圖。於離子化 放電電二之：内部空間4設有針狀之放電電極6,於與 則端相對向的壁面形成小孔8。 係由導電性物質構成的對向電極。放電;

=接於交流或直流之高電壓電源12，且 極 係接地。於筐雜1 i 氣體(例如空氣)的 空間4設有用以導入作為離子源 小“對向導…4。筐體2、放電電極6、 W 及氣體導入部14即構成離子化室J。 宜。向電:…™1〜— 離子化之區域會變窄、對向％極10間之距離小於lmm時， 量會減少，兩者“ ’反之’若其距離大於3匪時，放電 f均會降低離子化效率。 由於對向雷;te，Λ 造成之損傷，因此對：中，小孔8之周圍易受電晕放電所 對向電極10之材質以具有能耐氧化性 9 200838612 者較佳，例如$ 鱗鋼或鈦較適宜。 與離子化$ , t ϋ至1相鄰配置有荷電室20。荷電室？n目古 連接於離子化宮Ί 至20具有 於與小孔8相反側具有連接於分析梦罢七七 膜裝置等用以公 衣置驭风 電對象物導入至尸+ h μ。將何 至何電室20之導入部26,係形成為近 至1之小孔8之出口的荷電室内部空ρ弓， 内部空間22认b 工間22 於與小孔8相反側具有連接於分析梦罢七七 膜裝置等用以公 衣置驭风 電對象物導人？ y _ 〒八主何電室20之 ^ 於小孔8之出口的 句在接i 的位置具有導入口 28。導入口 2s 乂么口 狹缝狀，並配詈女U ’係主 8之出口 成在接近於小孔8之出口之位置園繞小孔 Λ w析何電粒孑戒利用之奘詈的由〇 % _

仃电至20之下流側設有吸引泵、或在將離子源氣體 供應至離子化宮！ >1 ^ 之^路設有送液泵、或設置該兩者以使 離子化至1之内部空間4的壓力高於荷電室2G之内部空 勺I力小孔8係利用離子化室1與荷電室20之壓 力差’將氣體自離子化冑1喷往（霧狀）荷電室20,將小孔 8之尺寸設定成小至可藉由該氣时送在小孔8之 生負壓。 利用負壓將包含荷電對象物之氣體自荷電對象物導入 口 28达入導入時之氣流的厚度，亦即荷電對象物導入口 28 ㈣來自小孔8之氣體噴射方向的厚丨τ，係設定成相當 薄。較佳為，將來自小別 RA遍+ , j孔8之乳體賀送速度與該荷電對象 物導入口 2 8 之尺计勢定# 、ι> σ疋成，§以如此薄之厚度將荷電對 象物送入至由小孔 所噴出之包含離子的氣流時，能以例 如Η)毫秒以内之極短時間使帶電率達成平衡。該荷電對 象物導入口 28之厚度丁’例如為5_以下，較佳為0.5〜 10 200838612 1mm 〇 在該離子化裝置，將離子源氣體（例如空氣)由導入口 14 V入於離子化室之内部空間4，並藉由電源裝置丨2將高電 壓施加於電極6與10之間，以引起電暈放電。藉此，在 離子化至1内氧氣或氮氣即被離子化，並與未被離子化之 空氣一起以高速喷射或音速噴射從小孔8喷往荷電室2〇。 對荷電對象物導入部26供應例如包含㈣蒸氣之氣體以 作為荷電對象物。利用自小孔8噴往荷電室2〇之氣體所 產生之負壓，將包含荷電對象物之氣體送入荷電室2〇，並 猎由自離子化室1喷送之離子來帶電，然後從出口 24供 應至分析裝置等。 將小孔8之内徑設為0.2mm或〇.3mm時，將利用離子 化至1與荷電室20之壓力差，自離子化室丨吸引至荷電 至2〇之氣體流置的測疋結果表示於表1。 [表1] 氣體壓力[MPa] —竺-ILijt 流量丨L/minl —---- 内徑0.3mm ^0.05 1.7 4.4 __ 0.10 2.4 5.4 ^ ^__ 0.15 3.1 6.3 __0.20 ------- 3.9 _ 7.2 ^__ 0.25 4.4 8.0 __ 0.30 5.0 8.9 -^ 0.35 5.7 9.7 _ 0.40 6.4 10.6 _ 0.45 7.0 11.5 ' 11 200838612 圖2係表示第1實施例。（a)為整體之截面圖、(B)為 以該鍵線之圓所圍成之部分的放大剖截面圖。荷電室 之荷電對象物導入口 28係呈狹缝狀，並形成為圓形以在 接近小孔8之出口的位置圍繞小孔8之出口，且圍繞荷電 室20之内部空間22之上端。配置有荷電對象物導入口 28 之圓的直控S’以大於小孔8之直徑且10mm以下較隹。 荷電對象物導入口 28之厚度T，係設定為5mm以下，較 佳為0.5〜lmm。在荷電對象物導入口 28，將出口之方向 配置成，使由導入部26所供應之包含荷電對象物的氣體 供應至相對來自離子化室之小孔8之噴送氣流呈正交的方 向。 圖3係表示第2實施例。（A)為整體之截面圖、（…為 以該鏈線之圓所圍成之部分的放大截面圖。與圖2之實施 例相較，不同點在於至連接荷電對象物導入部26之導入 口 28為止之形狀變形成直線。圖2中該部分為曲線。其 他構造則相同。 此種荷電對象物導入部26之形狀，可配合小孔8之尺 寸、導入口 28之尺寸、及從小孔8噴送之氣體的流速等 條件’設計成最合適之形狀。 圖4係概略表不使用該離子化裝置使荷電對象物離子 化後進行分級測定時之系統的圖。符號3〇所表示者係本 發明之離子化裝置。為將荷電對象物供應至離子化裝置 3〇,在電氣爐32中配置有置入氯化鈉（NaC1)以作為荷電對 象物的石英製晶舟34，以氮氣為載子氣體送至電氣爐，並 12 200838612 將來自包氣爐之氣體供應至離子化裝置3 〇。在由電氣爐3 2 i、應至離子化裝置3〇之流路的途中，設有分歧用排氣泵 36在離子化裝置30，於將包含已離子化之荷電對象物離 子之氣體導引至分析裝置38的流路，亦設有分歧用之排 =泵40。分析裝置38，係例如使用dma，並以法拉第杯 、J⑽42作為檢測為來檢測經8分級之微粒子離 子0 牡叆分析系統，例 32將NaCl加熱至6〇〇°c以使之昇華

爐32，在電惫摈 /孤—一，·ν/yu恐王以使之昇華。一 k將L 3升華後之NaC1蒸氣之氮氣的一部分以排氣泵 /氣 邊將流1調整至1L/分，再由離子化裝置3〇之荷 電料物導人部26供應。離子化裝置3Q中，將作為離子 、'、气體之二氣自供應口丨4 一邊加壓至一邊以汽旦 2L"分供應至該離子化室以進行離子化。由離子化裝置二 =出之包含NaCl離子之氣體的流量為3L/分，其中將… TIT:氣泵4〇除去，並將剩下之1 L/分的氣體供應至 DMA38，以進行分級檢測。 5將如此測定之NaC1離子的分級測定結果表示於圖5 係圖6。各結果之橫軸均為粒徑(單位為_)，目$之縱轴 所：：:1之粒子數，圖6之縱軸係以法拉第杯檢測器42 厅成1出之檢測電流（單位為pA)。 圖5、圖6之圖表係使用3種離子化裝置以進行测定。 )⑷所Μ離子化裝置，.、配£有荷電對象物導入 *的直徑s及荷電室20之内部空間22的容積為不同者。 13 200838612 配置有荷電對象物導入口 28 , 。 直仅S分別為3mm、 6mm、3mm，内部空間 22 ^ mm _ 私為 8cm、2cm3、〇.5cm3。 離子化裝置（a)之内部空間22的 I# ^ ^ ’ ，如圖1所示，係軀 t較粗者，離子化裝i (b)與（e)之内部空間22的形狀， 如圖2或圖3所示，係荷電室敕 正體均為相同直徑之圓筒狀 考。不确何者，放電電極6盥對6 + /、對向電極1〇間之距離均為 3mm，小孔8之直徑均為〇 2mm。

圖5與圖6之縱軸單位雖不同但表示相同結果。粒握 勿布由離子化裝置⑷向⑷朝粒徑較大側移動，此係表示因 荷電室之内部空間22、變大導致微粒子在荷電室凝集而形 士叢集：子。因此，内部空。”2之容積愈小則到達檢測 器42前凝集之比例愈低，此係表示較小粒徑者可直接到 達檢測器42。 又，§著眼於縱軸時，檢測出之微粒子數及電流值由 離子化裝置⑷向⑷逐漸變大。此係表示荷電室之内部空間 22之容積愈小則所產生之荷電對象物離子衰減的比例愈 低0 【圖式簡單說明】 圖1係概略表示本發明的截面圖。 圖2係表示第1實施例的圖、（A)為整體之截面圖、（B) 為以該鏈線之圓所圍成之部分的放大截面圖。 圖3係表示第2實施例的圖、（A)為整體之截面圖、（B) 為以該鏈線之圓所圍成之部分的放大截面圖。 14 200838612 電對象 之分級 圖4係概略表示使用本發明之離子化裝置使农 物離子化後進行分級敎時之輕的概略構成圖何 圖5係以粒子數表示圖4之系統之NaC1離子 測定結果的圖。 圖6係以電流值表示圖4之系統之NaCl離子之分級 測定結果的圖。 【主要元件符號說明】 1 離子化室 4 内部空間 6 放電電極 8 小孔 10 對向電極 12 高電壓電源 14 離子源氣體導入部 20 荷電室 22 荷電室内部空間 26 荷電對象物導入部 28 荷電對象物導入口 15

Claims (1)

1. 200838612 十、申請專利範圍： 1、一種離子化裝置，其具備： 離子化室，於具有離子化氣體導入口之筐體内部具有 放電電極及對向電極，於該對向電極之與該放電電極前端 相對向之位置形成通往外部之小孔； 荷電室，係相鄰配置於該離子化室之該小孔側，具有

   荷電對象物導入部，並藉由自該小孔釋出之離子使荷電對 象物帶電以成為離子； 、，該荷電室之荷電對象物導入部的導入口係呈狹缝狀， 並配置成在接近該小孔之出口之位置圍繞該小孔的出口； 3小孔之尺寸，係設定為將包含離子之氣體自該小孔 ^出口噴往荷電室肖，能產生將該荷電對象物自該導入口 迗入至忒何電室之大小的負壓，且該離子化室之壓力高於 該荷電室之壓力。 2、如申請專利範圍第丨項之離子化裝置，其中，來自 :亥離子化氣體導入口之離子化氣體導入量&卜胤，分， 忒]孔之尺寸係直徑為〇1〜lmm，該離子化室與該荷電 室之壓力差為〇.4MPa以下。 申π專利範圍第1項之離子化裝置，其中，該 电對象物導入部’係配置成將荷電對象物導向與該小孔噴 射離子之方向正交的方向。 、 4、如申請專利範圍第2項之離子化裝置，其中，該 電對象物導人部’係配置成將荷電對象物導向與該小^噴 射離子之方向正交的方向。 、 16 200838612 5、如申請專利範圍第項中任—項之離子化裝置， 其中’對該離子化室加壓以使離子化室之壓力高於荷電室 之壓力。 复 如申w專利範圍第1至4項中任一項之離子化裝置， ::，該荷電室於下流側具備吸引泵，以使離子化室之壓 力兩於荷電室之壓力。 5項之離子化裝置，其中，該荷 以使離子化室之壓力高於荷電

   7、如申請專利範圍第 a至於下流側具備吸引泵 室之壓力。 十一、圖式： 如次頁。

   17