專利名稱：一種平板式離子遷移譜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子遷移管，具體地說是一種夾角平板式非對稱場離子遷移管。該遷移管的突出特點(diǎn)在于可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)非對稱場遷移管的不足，即在不改變電場強(qiáng)度或者補(bǔ)償電壓的情況下，可以同時檢測出各種具有電場依賴遷移率的離子。另外，本發(fā)明的遷移管具有結(jié)構(gòu)簡單，離子的利用率高等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)無間斷檢測。
背景技術(shù)：
離子遷移譜技術(shù)是一種基于離子遷移率的分離分析技術(shù)。目前廣泛應(yīng)用于機(jī)場安檢、反恐爆炸物檢測、毒品及易制毒化學(xué)品檢測、生化戰(zhàn)劑檢測等領(lǐng)域，并且應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大。離子遷移譜技術(shù)主要分為兩類，一類是由英美等國率先研發(fā)的傳統(tǒng)式的離子遷移譜。另一類是由前蘇聯(lián)Buryakov等人于1993年提出的非對稱場式離子遷移譜。前者利用低場(E/N < 2Td，ITd = IO-17Vcm2)下同一物質(zhì)氣相離子的遷移率在一定條件下有一確定值、基于不同物質(zhì)遷移率的不同來進(jìn)行分離檢測，特點(diǎn)是定性能力比較高，物質(zhì)與譜峰的對應(yīng)關(guān)系較易確定。后者則是利用同一物質(zhì)的氣相離子在高電場(E/N>40Td)和低電場下的遷移率的不同來進(jìn)行分離檢測，特點(diǎn)是儀器結(jié)構(gòu)非常簡單，易于實(shí)現(xiàn)小型化。高電場下，離子的遷移率可以表示為K = Κ0(1+α )其中，K為高場下離子的遷移率，K0為低場下離子的遷移率，為高場下離子遷移率相對于低場下的變化率，其值可正可負(fù)，因物質(zhì)而異。低場下α =O0非對稱場離子遷移譜的原理如下以載氣使物質(zhì)離子垂直于電場方向通過漂移區(qū)，漂移區(qū)施加以射頻正負(fù)切換的非對稱場，整個射頻周期內(nèi)，電壓的時間平均值為零。這樣，在高低場區(qū)段內(nèi)，離子以遷移率K沿電場都有一垂直位移，但是，若高場與低場下的遷移率不同，在一個周期內(nèi)離子總體上將在垂直于方向上離開原來的位置，產(chǎn)生一個凈位移。 經(jīng)過一定時間的積累，離子的這種位移將使其打到極板上而被中和。為了使這種離子順利通過檢測區(qū)，可以在原來的電場上疊加一直流電場，當(dāng)所加直流電場適當(dāng)時，離子在垂直方向上的凈位移為零，進(jìn)而可以順利通過檢測通道被檢測到。通過掃描上述的直流電場，就可以檢測不同的離子。非對稱場離子遷移譜有平板式和同軸圓柱式兩種構(gòu)型。研究發(fā)現(xiàn)，平板式結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)所有離子的檢測，對不同離子沒有歧視效應(yīng)，但不能實(shí)現(xiàn)聚焦功能，因而靈敏度較低。同軸圓柱式結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)離子匯聚，可以對具有某種遷移率特征的離子產(chǎn)生很好的聚焦效果，有利于實(shí)現(xiàn)高靈敏度檢測。傳統(tǒng)的平板式非對稱遷移管采用兩極板平行的設(shè)計，在同一射頻電壓和補(bǔ)償電壓下只能檢測出具有相同遷移率電場依賴性α的離子。本發(fā)明的夾角平板式非對稱場離子遷移管建立了一個在垂直于載氣方向上具有漸變特征的電場，不同α的離子可以在不同的橫向位置通過，其基本原理在于，對于在某射頻電壓電場和補(bǔ)償電壓電場下可以通過的離子，在同比例減小了這兩個場后，因α也將改變，離子將不能通過分離區(qū)而到達(dá)檢測極。(請參考文獻(xiàn)=Analyst, 2007，132，842-864)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種夾角平板式非對稱場離子遷移管。該遷移管的突出特點(diǎn)在于可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)非對稱場遷移管的不足，即在不改變射頻電壓和補(bǔ)償電壓的情況下，可以同時檢測出各種具有電場依賴遷移率的離子。另外，本發(fā)明的遷移管具有結(jié)構(gòu)簡單，離子的利用率高等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)無間斷檢測。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種平板式離子遷移譜，包括上極板、下極板、離子接收器，垂直于樣品氣的流動方向的、上極板與下極板的截面延長線相交成銳角，下極板為一平板狀結(jié)構(gòu)，上極板在下極板的法向投影與下極板形狀大小相同、且相互重合；樣品氣從上極板和下極板的一端通入，并流經(jīng)上極板和下極板間的區(qū)域；于上極板和下極板的另一端設(shè)有離子接收器，所述離子接收器為垂直于下極板排布的離子接收器陣列，離子接收器的接收面垂直于樣品氣的氣流方向，陣列中的離子接收器分別經(jīng)信號放大器與信號采集處理系統(tǒng)相連。上極板為一平板狀結(jié)構(gòu)或倒V字形結(jié)構(gòu)，V字形的頂端夾角為鈍角。上極板或下極板與射頻高壓電源和直流掃描電源相連，下極板或上極板接地；所述信號放大器微電流放大器；所述信號采集處理系統(tǒng)由信號采集卡和電腦構(gòu)成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.本發(fā)明保留了非對稱場離子遷移管的優(yōu)點(diǎn)，S卩，結(jié)構(gòu)簡單，易于小型化。2.本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是在一通道同時構(gòu)建起了漸變的檢測電場，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同α的離子的同時檢測，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的此類遷移管的不足。3.本發(fā)明可以充分用現(xiàn)有的各種電離源作為本發(fā)明遷移管的電離源。4.本發(fā)明可以利用已有的所有的技術(shù)如摻雜劑技術(shù)等作為提高本發(fā)明遷移管性能的改進(jìn)措施。總之，本發(fā)明展示的是一種一種平板式離子遷移譜。該遷移管的突出特點(diǎn)在于可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)平板式的不足，即在不改變電場的情況下，可以同時檢測出各種具有電場依賴遷移率的離子，實(shí)現(xiàn)離子分離。另外，本發(fā)明的遷移管具有結(jié)構(gòu)簡單，離子的利用率高等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)無間斷檢測。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中箭頭方向?yàn)闅饬鞣较颉?
具體實(shí)施例方式一種平板式離子遷移譜，包括上極板1、下極板2、離子接收器3，垂直于樣品氣的流動方向的、上極板1與下極板2的截面延長線相交成銳角，下極板2為一平板狀結(jié)構(gòu)，上極板1在下極板2的法向投影與下極板2形狀大小相同、且相互重合；樣品氣從上極板1和下極板2的一端通入，并流經(jīng)上極板1和下極板2間的區(qū)域；于上極板1和下極板2的另一端設(shè)有離子接收器3，所述離子接收器3為垂直于下極板排布的離子接收器陣列，離子接收
4器的接收面垂直于樣品氣的氣流方向，陣列中的離子接收器分別經(jīng)信號放大器8與信號采集處理系統(tǒng)相連。所述上極板1為一平板狀結(jié)構(gòu)或倒V字形結(jié)構(gòu)，V字形的頂端夾角為鈍角。上極板1或下極板2與射頻高壓電源9和直流掃描電源相連，下極板2或上極板1接地；所述信號放大器8微電流放大器；所述信號采集處理系統(tǒng)由信號采集卡和電腦構(gòu)成。
檢測時，可將V形極板1施加以數(shù)千伏的高壓射頻非對稱電壓并疊加掃描直流電壓，平板電極2接地；也可以相反。這樣，在兩極之間形成一個電場方向不變，強(qiáng)度漸變的檢測通道。樣品由載氣帶入電離區(qū)進(jìn)行電離，電離產(chǎn)生的離子被載氣載帶進(jìn)入檢測通道。 不同性質(zhì)的離子在高壓射頻非對稱電場的作用下，具有不同的電場垂直方向(徑向)的運(yùn)動特性。在同一高壓射頻非對稱電壓及掃描直流電壓下，當(dāng)直流電壓值適當(dāng)時，某一離子在檢測通道內(nèi)的某一位置上可以通過并被檢測，而一般情況下在該通道中其他位置上不會通過并被檢測，同時，在其他位置上則可能有另一特性的粒子通過。這樣，在陣列離子接收器3上就能同時得到不同離子的信號圖。在某一電壓范圍內(nèi)掃描直流電壓，便可以得到信號一掃描電壓圖，而改圖具有拓?fù)鋱D的特征。
權(quán)利要求
1.一種平板式離子遷移譜，包括上極板(1)、下極板O)、離子接收器(3)，其特征在于垂直于樣品氣的流動方向的、上極板(1)與下極板( 的截面延長線相交成銳角，下極板( 為一平板狀結(jié)構(gòu)，上極板(1)在下極板O)的法向上投影與下極板( 形狀大小相同、且相互重合；樣品氣從上極板(1)和下極板O)的一端通入，并流經(jīng)上極板(1)和下極板O)間的區(qū)域；于上極板(1)和下極板O)的另一端設(shè)有離子接收器(3)，所述離子接收器(3)為垂直于下極板排布的離子接收器陣列，離子接收器的接收面垂直于樣品氣的氣流方向，陣列中的離子接收器分別經(jīng)信號放大器(8)與信號采集處理系統(tǒng)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的遷移譜，其特征在于所述上極板(1)為一平板狀結(jié)構(gòu)或倒V字形結(jié)構(gòu)，V字形的頂端夾角為鈍角。
3.如權(quán)利要求1所述的遷移譜，其特征在于上極板⑴或下極板⑵與射頻高壓電源(9)和直流掃描電源相連，下極板(2)或上極板⑴接地；所述信號放大器(8)微電流放大器； 所述信號采集處理系統(tǒng)由信號采集卡和電腦構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明為一種夾角平板式非對稱場離子遷移管，包括電離源、V形電極、平板電極，陣列檢測器、高壓射頻電源HV、直流掃描電源CV。V形電極與平板電極正對，形成對稱結(jié)構(gòu)；V形電極或平板電極通過導(dǎo)線與高壓射頻電源相連，平板電極或V形電極通過導(dǎo)線與大地相連；平行于V形截面的一端外側(cè)設(shè)置有電離源和樣品氣入口；另一端設(shè)置有氣體出口，在氣體出口處靠近V形斷面處設(shè)置有陣列檢測器。本發(fā)明可以在不改變掃描電壓的情況下，同時檢測出各種具有電場依賴遷移率的離子，彌補(bǔ)傳統(tǒng)平行板式非對稱場遷移管每個掃描電壓點(diǎn)只能測到一種電場遷移率的不足。另外，本發(fā)明的遷移管具有結(jié)構(gòu)簡單，離子的利用率高等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)無間斷檢測。
文檔編號H01J49/42GK102479664SQ201010566698
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者李海洋, 杜永齋, 王衛(wèi)國, 韓豐磊 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所