專利名稱：離子遷移譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種使用離子遷移技術(shù)檢測(cè)毒品和爆炸物的離子 遷移譜儀，屬于安全檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
離子遷移譜儀是根據(jù)不同離子在均勻弱電場(chǎng)下漂移速度不同而實(shí) 現(xiàn)對(duì)離子的分辨。通常由進(jìn)樣部分、電離部分、離子門、遷移區(qū)、收 集區(qū)、讀出電路、數(shù)據(jù)采集和處理、控制部分等構(gòu)成?，F(xiàn)有技術(shù)中，采用Bradbury and Nielson門只在開門階段將在此期間產(chǎn)生的離子送 往遷移區(qū)。關(guān)門時(shí)期的離子通過離子門被散射到管壁上不能被存儲(chǔ)而 被浪費(fèi)。中國(guó)專利200310106393.6公開了一種離子存儲(chǔ)方法，采用三片網(wǎng) 電極代替Bradbury and Nielson門構(gòu)成存儲(chǔ)區(qū)，在離子存儲(chǔ)階段，離子 存儲(chǔ)在前兩片電極之間的無電場(chǎng)區(qū)。當(dāng)需要離子被推入遷移區(qū)進(jìn)行遷 移時(shí)，改變第一片網(wǎng)電極電壓將離子推到第二片和第三片網(wǎng)電極之間， 再改變第二網(wǎng)電極將離子推到遷移區(qū)進(jìn)行遷移和分辨。由于將存儲(chǔ)的 離子兩次經(jīng)過網(wǎng)電極，會(huì)由于碰撞和散射影響到靈敏度，而且控制較 為復(fù)雜。美國(guó)專利5200614也公開了一種離子存儲(chǔ)的方法，由于在離子存 儲(chǔ)階段正負(fù)離子存在復(fù)合的問題，影響了靈敏度。由于將電離區(qū)和存 儲(chǔ)區(qū)合二為一，雖簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，但離子源的尺寸和形狀受到一定限制， 影響進(jìn)一步的使用。以上技術(shù)均需要較長(zhǎng)的開門時(shí)間，才能將離子送入遷移區(qū)，會(huì)造 成遷移峰譜形展寬，在相同遷移區(qū)情況下，影響分辨率。實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的是提供 一種離子遷移譜儀，能夠有效地提高靈敏度和分辨率，且控制簡(jiǎn)單方 便。在本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提出了一種離子遷移譜儀，包括電 極；離子源，與電極毗鄰設(shè)置；其中，所述離子遷移譜儀還包括聚 焦導(dǎo)向電極，設(shè)置在離子源的遠(yuǎn)離電極的那側(cè)，形成為漏斗狀，以將 離子從離子源輸出；以及存儲(chǔ)部分，設(shè)置在聚焦導(dǎo)向電極的輸出離子 的那側(cè)，用于存儲(chǔ)從離子源產(chǎn)生的離子。優(yōu)選地，所述存儲(chǔ)部分包括依此排列的第一端電極、中間電極和 第二端電極。優(yōu)選地，第一端電極由帶有孔的金屬片構(gòu)成。 優(yōu)選地，第二端電極由網(wǎng)狀金屬片構(gòu)成。 優(yōu)選地，第一端電極和第二端電極之間的距離小于4mm。 優(yōu)選地，所述離子遷移譜儀還包括設(shè)置在存儲(chǔ)部分的輸出側(cè)的另 一電極。優(yōu)選地，所述存儲(chǔ)部分與所述另一電極之間的距離小于3應(yīng)。 優(yōu)選地，在電極、離子源的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極和存儲(chǔ)部分之間存在電壓差且相對(duì)電壓固定，而在另一電極加上固定電壓，以將離子存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部分中。優(yōu)選地，改變第一電極、離子源的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極和存儲(chǔ)部分上的電壓，以導(dǎo)出存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部分中的離子。優(yōu)選地，離子源是同位素源、電暈放電、激光、紫外光或X射線。 優(yōu)選地，所述電極和另一電極均形成為環(huán)狀或者網(wǎng)狀。 本發(fā)明由于采取了源與存儲(chǔ)區(qū)分開的方案，可以方便離子源的互換，在不改變后續(xù)結(jié)構(gòu)的情況下更換不同的源。網(wǎng)電極、離子源、聚焦導(dǎo)向電極和存儲(chǔ)部分組成組合電極，網(wǎng)電極、源的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極和存儲(chǔ)部分存在電壓差且相對(duì)電壓固定，第一環(huán)電極加上固定電壓，組合電極上的電壓可以浮動(dòng)變化實(shí)現(xiàn)離子的存儲(chǔ)和導(dǎo)出。在離子存儲(chǔ)階段，所需收集的正或負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下通過聚5焦導(dǎo)向電極漂移到存儲(chǔ)部分內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)。由于存儲(chǔ)部分在離子需要 移動(dòng)的方向可以作的很薄，直徑可以做得較大，且內(nèi)部電場(chǎng)幾乎為零， 可以收集大量的離子且團(tuán)簇厚度很小，且定向速度幾乎為零，減少離 子遷移譜的展寬，可提高分辨率。在離子導(dǎo)出階段，改變組合電極電壓將離子推到遷移區(qū)，隨即整 體電壓恢復(fù)到存儲(chǔ)狀態(tài)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子遷移譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子遷移譜儀中采用的電極示意圖。 圖3A到圖3C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子遷移譜儀所采用的存儲(chǔ) 部分的側(cè)面示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子遷移譜儀所采用的存儲(chǔ)部分的正面示意圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子遷移譜儀所采用的聚焦導(dǎo)向 電極的側(cè)面和正面示意圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子遷移譜儀工作在正離子模式時(shí)的 各電極的電勢(shì)示意圖。圖7是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的離子遷移譜儀工作在正離子模式 時(shí)的各電極電壓隨時(shí)間變化的示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。本實(shí) 用新型即可工作在負(fù)離子模式也可工作在正離子模式，為方便起見， 本文僅介紹正離子模式的情形。圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的離子遷移譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。如 圖l所示，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的離子遷移譜儀包括依次排列的網(wǎng) 電極l、離子源2、聚焦導(dǎo)向電極3、存儲(chǔ)部分4、第一環(huán)或網(wǎng)電極5、 其余環(huán)電極6和法拉第盤7等。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，離子源2可以為同位素源如鎳63，也可以為電暈放電、激光、紫外光、x射線等源。
如圖2所示，網(wǎng)電極1可以形成為附圖標(biāo)記8所示的樣式，當(dāng)然 包含各種樣式的孔，如六邊形孔、圓孔等。第一環(huán)電極5也可以形成 為附圖標(biāo)記9所示的樣式，也可形成為附圖標(biāo)記8所示的環(huán)狀樣式。
圖3A到圖3C是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的離子遷移譜儀所采用的 存儲(chǔ)部分的側(cè)面示意圖。圖4是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的離子遷移譜 儀所采用的存儲(chǔ)部分的正面示意圖。
如圖4所示，存儲(chǔ)部分4為一個(gè)一邊為小圓孔的金屬薄片10 (如 圖3A)、中間為圓環(huán)11 (如圖3B)、另一邊為網(wǎng)狀孔的金屬薄片12 (如圖3C)的金屬盒。網(wǎng)狀孔的網(wǎng)絲要求盡可能細(xì)，兩金屬片10和 12之間的距離應(yīng)該小于4mm，該存儲(chǔ)部分內(nèi)部形成無電場(chǎng)區(qū)。
如圖5所示，附圖標(biāo)記13和14分別表示聚焦導(dǎo)向電極3的正向 剖圖和側(cè)視圖。聚焦導(dǎo)向電極3形成為漏洞狀，從毗鄰離子源2的一 側(cè)向遠(yuǎn)離離子源2的一側(cè)逐漸變大，形成聚焦電場(chǎng)，從而起到離子導(dǎo) 向的作用，也可用一組這樣的電極進(jìn)行聚焦。另外，存儲(chǔ)部分4和第 一環(huán)電極5之間的距離應(yīng)小于3毫米，從而方便離子的推出。
圖6是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的離子遷移譜儀工作在正離子模式 時(shí)的各電極的電勢(shì)示意圖。如圖6所示，附圖標(biāo)記15表示網(wǎng)電極1 上施加的電壓。附圖標(biāo)記16表示離子源2上施加的電壓；附圖標(biāo)記 17表示聚焦導(dǎo)向電極3上施加的電壓；附圖標(biāo)記18表示存儲(chǔ)部分4 上施加的電壓；附圖標(biāo)記19表示第一環(huán)或網(wǎng)電極5上施加的電壓。
圖6中所示的實(shí)線為存儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)網(wǎng)電極1、離子源2、聚焦導(dǎo)向電 極3、存儲(chǔ)部分4電勢(shì)圖，虛線為離子導(dǎo)出狀態(tài)時(shí)網(wǎng)電極1、離子源2、 聚焦導(dǎo)向電極3、存儲(chǔ)部分4各點(diǎn)電勢(shì)圖。網(wǎng)電極l、離子源2、聚焦 導(dǎo)向電極3和存儲(chǔ)部分4加上的電壓可以浮動(dòng)，網(wǎng)電極1與離子源2 的屏蔽金屬外殼以及與聚焦導(dǎo)向電極3和存儲(chǔ)部分4存在電壓差，第 一環(huán)或網(wǎng)電極5加上固定電壓，第一環(huán)或網(wǎng)電極5和后邊的環(huán)電極6 加上均勻遞減的電壓形成遷移區(qū)。實(shí)線20為環(huán)電極以后對(duì)應(yīng)的各點(diǎn)電 壓，在存儲(chǔ)階段和離子導(dǎo)出階段都保持穩(wěn)定不變。
在離子存儲(chǔ)階段時(shí)，正離子將移動(dòng)到形成的附圖標(biāo)記18處的勢(shì)阱中進(jìn)行存儲(chǔ)，調(diào)節(jié)各點(diǎn)電壓形成合適的勢(shì)阱深度滿足最大存儲(chǔ)量和快 速推出的要求。
在離子引出階段，將網(wǎng)電極l、離子源2、聚焦導(dǎo)向電極3、存儲(chǔ) 部分4加上的電壓同時(shí)提高到如虛線所示的電壓，使得離子被導(dǎo)入到 遷移區(qū)進(jìn)行漂移、分辨，隨后整體電壓恢復(fù)到存儲(chǔ)狀態(tài)時(shí)的電壓。
圖7是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的離子遷移譜儀工作在正離子模式 時(shí)的各電極電壓隨時(shí)間變化的示意圖。如圖7所示，附圖標(biāo)記21、 22、 23、 24、 25分別為網(wǎng)電極1、離子源2、聚焦導(dǎo)向電極3、存儲(chǔ)部分4 和第一環(huán)電極5上所施加的電壓隨時(shí)間變化的波形。
在存儲(chǔ)階段時(shí)，網(wǎng)電極1、離子源2、聚焦導(dǎo)向電極3的電壓均高 于存儲(chǔ)部分4的電壓，第一環(huán)或網(wǎng)電極5的電壓25也高于存儲(chǔ)部分4 的電壓22，調(diào)節(jié)附圖標(biāo)記21、 22、 23、 24、 25所表示的基線電壓和 跳動(dòng)幅度能夠使存儲(chǔ)的離子容量最大并能快速推出。
當(dāng)要將離子從存儲(chǔ)區(qū)導(dǎo)入遷移區(qū)，將網(wǎng)電極1、離子源2、聚焦導(dǎo) 向電極3和存儲(chǔ)部分4上施加的電壓同時(shí)抬高一定幅度，且均高于第 一環(huán)電極5的電壓25，就可以將離子推到遷移區(qū)，隨后再恢復(fù)到存儲(chǔ) 狀態(tài)。
如上所述，明由于采取了離子源2與存儲(chǔ)部分4分開的方案，可 以方便離子源2的更換，允許在不改變后續(xù)結(jié)構(gòu)的情況下更換不同的 離子源。
另外，網(wǎng)電極l、離子源2、聚焦導(dǎo)向電極3和存儲(chǔ)部分4組成組 合電極。網(wǎng)電極l、離子源2的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極3和存 儲(chǔ)部分4存在電壓差且相對(duì)電壓固定，而在第一環(huán)電極5加上固定電 壓，組合電極上的電壓可以浮動(dòng)變化實(shí)現(xiàn)離子的存儲(chǔ)和導(dǎo)出。
在離子存儲(chǔ)階段，所需收集的正或負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下通過聚 焦導(dǎo)向電極3漂移到存儲(chǔ)部分4內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)。由于存儲(chǔ)部分4在離 子需要移動(dòng)的方向可以作的很薄，直徑可以做得較大，且內(nèi)部電場(chǎng)幾 乎為零，可以收集大量的離子且團(tuán)簇厚度很小，且定向速度幾乎為零， 減少離子遷移譜的展寬，可提高分辨率。
在離子導(dǎo)出階段，改變組合電極電壓將離子推到遷移區(qū)，隨即整體電壓恢復(fù)到存儲(chǔ)狀態(tài)。
要說明的是，以上實(shí)施例僅用于說明而非限制本實(shí)用新型的技術(shù) 方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替 換，而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均 應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1、一種離子遷移譜儀，其特征在于，包括電極(1)；離子源(2)，與電極(1)毗鄰設(shè)置；其中，所述離子遷移譜儀還包括聚焦導(dǎo)向電極(3)，設(shè)置在離子源(2)的遠(yuǎn)離電極(1)的那側(cè)，形成為漏斗狀，以將離子從離子源(2)輸出；以及存儲(chǔ)部分(4)，設(shè)置在聚焦導(dǎo)向電極(3)的輸出離子的那側(cè)，用于存儲(chǔ)從離子源(2)產(chǎn)生的離子。
2、 如權(quán)利要求l所述的離子遷移譜儀，其特征在于所述存儲(chǔ)部分 (4)包括依此排列的第一端電極(10)、中間電極(11)和第二端電極(12)。
3、 如權(quán)利要求2所述的離子遷移譜儀，其特征在于第一端電極 (10)由帶有孔的金屬片構(gòu)成。
4、 如權(quán)利要求2所述的離子遷移譜儀，其特征在于第二端電極 (12)由網(wǎng)狀金屬片構(gòu)成。
5、 如權(quán)利要求2所述的離子遷移譜儀，其特征在于第一端電極 (10)和第二端電極(10)之間的距離小于4mm。
6、 如權(quán)利要求l所述的離子遷移譜儀，其特征在于還包括設(shè)置在 存儲(chǔ)部分(4)的輸出側(cè)的另一電極(5)。
7、 如權(quán)利要求6所述的離子遷移譜儀，其特征在于所述存儲(chǔ)部分 (4)與所述另一電極(5)之間的距離小于3mm。
8、 如權(quán)利要求6所述的離子遷移譜儀，其特征在于在電極(1)、 源(2)的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極(3)和存儲(chǔ)部分(4)之間存 在電壓差且相對(duì)電壓固定，而在另一電極(5)加上固定電壓，以將離 子存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部分(4)中。
9、 如權(quán)利要求8所述的離子遷移譜儀，其特征在于改變第一電極 (1)、源(2)的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極(3)和存儲(chǔ)部分(4)上的電壓，以導(dǎo)出存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部分(4)中的離子。
10、 如權(quán)利要求l所述的離子遷移譜儀，其特征在于離子源(2) 是同位素源、電暈放電、激光、紫外光或X射線。
11、 如權(quán)利要求6所述的離子遷移譜儀，其特征在于所述電極(1) 和另一電極(5)均形成為環(huán)狀或者網(wǎng)狀。
專利摘要公開了一種離子遷移譜儀。該離子遷移譜儀包括電極；離子源，與電極毗鄰設(shè)置；其中，所述離子遷移譜儀還包括聚焦導(dǎo)向電極，一個(gè)或一組，設(shè)置在離子源的遠(yuǎn)離電極的那側(cè)，形成為漏斗狀，以將離子從離子源輸出；以及存儲(chǔ)部分，設(shè)置在聚焦導(dǎo)向電極的輸出離子的那側(cè)，用于存儲(chǔ)從離子源產(chǎn)生的離子。本實(shí)用新型由于采取了離子源與存儲(chǔ)區(qū)分開的方案，可以方便離子源的互換，在不改變后續(xù)結(jié)構(gòu)的情況下更換不同的源。由于存儲(chǔ)部分在離子需要移動(dòng)的方向可以作的很薄，直徑可以做得較大，且內(nèi)部電場(chǎng)幾乎為零，可以收集大量的離子且團(tuán)簇厚度很小，且定向速度幾乎為零，減少離子遷移譜的展寬，可提高分辨率。
文檔編號(hào)H01J49/26GK201141853SQ200720190920
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者張清軍, 華 彭, 李元景, 陳志強(qiáng) 申請(qǐng)人:同方威視技術(shù)股份有限公司;清華大學(xué)