專利名稱：離子遷移譜儀及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用離子遷移技術(shù)檢測毒品和爆炸物的離子遷移譜儀以及應(yīng)用于其的離子存儲和引出的方法，屬于安全檢測技術(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下漂移速度不同而實現(xiàn)對離子的分辨。通常由進樣部分、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)門時期的離子通過離子門被散射到管壁上不能被存儲而被浪費。中國專利200310106393.6公開了一種離子存儲方法，采用三片網(wǎng)電極代替Bradbury and Nielson門構(gòu)成存儲區(qū)，在離子存儲階段，離子存儲在前兩片電極之間的無電場區(qū)。當需要離子被推入遷移區(qū)進行遷移時，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)進行遷移和分辨。由于將存儲的離子兩次經(jīng)過網(wǎng)電極，會由于碰撞和散射影響到靈敏度，而且控制較為復(fù)雜。美國專利5200614也公開了一種離子存儲的方法，由于在離子存儲階段正負離子存在復(fù)合的問題，影響了靈敏度。由于將電離區(qū)和存儲區(qū)合二為一，雖簡化結(jié)構(gòu)，但離子源的尺寸和形狀受到一定限制，影響進一步的使用。以上技術(shù)均需要較長的開門時間，才能將離子送入遷移區(qū)，會造成遷移峰譜形展寬，在相同遷移區(qū)情況下，影響分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種離子遷移譜儀及其方法，能夠有效地提高靈敏度和分辨率，且控制簡單方便。在本發(fā)明的一個方面，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)，用于存儲從離子源產(chǎn)生的離子。優(yōu)選地，所述存儲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)置在存儲部分的輸出側(cè)的另一電極。優(yōu)選地，所述存儲部分與所述另一電極之間的距離小于3mm。
優(yōu)選地，在電極、離子源的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極和存儲部分之間存在電壓差且相對電壓固定，而在另一電極加上固定電壓，以將離子存儲在存儲部分中。優(yōu)選地，改變第一電極、離子源的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極和存儲部分上的電壓，以導(dǎo)出存儲在存儲部分中的離子。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。在本發(fā)明的另一方面，提出了一種用于離子遷移譜儀的方法，所述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)置在離子源的遠離電極的那側(cè)，形成為漏斗狀，以將離子從離子源輸出；存儲部分，設(shè)置在聚焦導(dǎo)向電極的輸出離子的那側(cè)，用于存儲從離子源產(chǎn)生的離子；以及設(shè)置在存儲部分的輸出側(cè)的另一電極；其中所述方法包括離子存儲步驟，向電極、源的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極和存儲部分施加電壓使得它們之間存在電壓差且相對電壓固定，向另一電極施加固定電壓，以將離子存儲在存儲部分中；以及離子導(dǎo)出步驟，改變電極、源的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極和存儲部分上的電壓，以導(dǎo)出存儲在存儲部分中的離子。本發(fā)明由于采取了源與存儲區(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)向電極和存儲部分存在電壓差且相對電壓固定，第一環(huán)電極加上固定電壓，組合電極上的電壓可以浮動變化實現(xiàn)離子的存儲和導(dǎo)出。在離子存儲階段，所需收集的正或負離子在電場的作用下通過聚焦導(dǎo)向電極漂移到存儲部分內(nèi)部進行存儲。由于存儲部分在離子需要移動的方向可以作的很薄，直徑可以做得較大，且內(nèi)部電場幾乎為零，可以收集大量的離子且團簇厚度很小，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)到存儲狀態(tài)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實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)明實施例的離子遷移譜儀所采用的存儲部分的側(cè)面示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的離子遷移譜儀所采用的存儲部分的正面示意圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實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)明實施例的離子遷移譜儀工作在正離子模式時的各電極的電勢示意圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的離子遷移譜儀工作在正離子模式時的各電極電壓隨時間變化的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明即可工作在負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)本發(fā)明實施例的離子遷移譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的離子遷移譜儀包括依次排列的網(wǎng)電極1、離子源2、聚焦導(dǎo)向電極3、存儲部分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)本發(fā)明的實施例，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可以形成為附圖標記8所示的樣式，當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記9所示的樣式，也可形成為附圖標記8所示的環(huán)狀樣式。圖3A到圖3C是根據(jù)本發(fā)明實施例的離子遷移譜儀所采用的存儲部分的側(cè)面示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的離子遷移譜儀所采用的存儲部分的正面示意圖。如圖4所示，存儲部分4為一個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，兩金屬片10和12之間的距離應(yīng)該小于4mm，該存儲部分內(nèi)部形成無電場區(qū)。如圖5所示，附圖標記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)向遠離離子源2的一側(cè)逐漸變大，形成聚焦電場，從而起到離子導(dǎo)向的作用，也可用一組這樣的電極進行聚焦。另外，存儲部分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)本發(fā)明實施例的離子遷移譜儀工作在正離子模式時的各電極的電勢示意圖。如圖6所示，附圖標記15表示網(wǎng)電極1上施加的電壓。附圖標記16表示離子源2上施加的電壓；附圖標記17表示聚焦導(dǎo)向電極3上施加的電壓；附圖標記18表示存儲部分4上施加的電壓；附圖標記19表示第一環(huán)或網(wǎng)電極5上施加的電壓。圖6中所示的實線為存儲狀態(tài)時網(wǎng)電極1、離子源2、聚焦導(dǎo)向電極3、存儲部分4電勢圖，虛線為離子導(dǎo)出狀態(tài)時網(wǎng)電極1、離子源2、聚焦導(dǎo)向電極3、存儲部分4各點電勢圖。網(wǎng)電極1、離子源2、聚焦導(dǎo)向電極3和存儲部分4加上的電壓可以浮動，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)。實線20為環(huán)電極以后對應(yīng)的各點電壓，在存儲階段和離子導(dǎo)出階段都保持穩(wěn)定不變。在離子存儲階段時，正離子將移動到形成的附圖標記18處的勢阱中進行存儲，調(diào)節(jié)各點電壓形成合適的勢阱深度滿足最大存儲量和快速推出的要求。在離子引出階段，將網(wǎng)電極1、離子源2、聚焦導(dǎo)向電極3、存儲部分4加上的電壓同時提高到如虛線所示的電壓，使得離子被導(dǎo)入到遷移區(qū)進行漂移、分辨，隨后整體電壓恢復(fù)到存儲狀態(tài)時的電壓。圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的離子遷移譜儀工作在正離子模式時的各電極電壓隨時間變化的示意圖。如圖7所示，附圖標記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、存儲部分4和第一環(huán)電極5上所施加的電壓隨時間變化的波形。在存儲階段時，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也高于存儲部分4的電壓22，調(diào)節(jié)附圖標記21、22、23、24、25所表示的基線電壓和跳動幅度能夠使存儲的離子容量最大并能快速推出。當要將離子從存儲區(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和存儲部分4上施加的電壓同時抬高一定幅度，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)到存儲狀態(tài)。如上所述，明由于采取了離子源2與存儲部分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1、離子源2、聚焦導(dǎo)向電極3和存儲部分4組成組合電極。網(wǎng)電極1、離子源2的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極3和存儲部分4存在電壓差且相對電壓固定，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變化實現(xiàn)離子的存儲和導(dǎo)出。在離子存儲階段，所需收集的正或負離子在電場的作用下通過聚焦導(dǎo)向電極3漂移到存儲部分4內(nèi)部進行存儲。由于存儲部分4在離子需要移動的方向可以作的很薄，直徑可以做得較大，且內(nèi)部電場幾乎為零，可以收集大量的離子且團簇厚度很小，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)到存儲狀態(tài)。要說明的是，以上實施例僅用于說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解依然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.ー種離子存儲結(jié)構(gòu)，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)，其中第一端電極由帶有孔的金屬片構(gòu)成，第二端電極由網(wǎng)狀金屬片構(gòu)成，中間電極為圓環(huán)形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的離子存儲結(jié)構(gòu)，其中第一端電極(10)和第二端電極(12)之間的距離小于4mm。
3.ー種離子遷移譜儀，包括如權(quán)利要求1所述的離子存儲結(jié)構(gòu)。
4.ー種離子遷移譜儀，包括 第一電極(1)；離子源0)，與第一電極(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( 的遠離第一電極(1)的那側(cè)，形成為漏斗狀，從毗鄰離子源(2)的一側(cè)向遠離離子源(2)的一側(cè)逐漸變大，以將離子從離子源(2)輸出；以及存儲部分G)，設(shè)置在聚焦導(dǎo)向電極(3)的輸出離子的那側(cè)，用于存儲從離子源(2)產(chǎn)生的離子。
5.如權(quán)利要求4所述的離子遷移譜儀，其中所述存儲部分(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)。
6.如權(quán)利要求5所述的離子遷移譜儀，其中第一端電極(10)由帶有孔的金屬片構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求5所述的離子遷移譜儀，其中第二端電極(12)由網(wǎng)狀金屬片構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求5所述的離子遷移譜儀，其中第一端電極(10)和第二端電極(10)之間的距離小于4mm。
9.如權(quán)利要求4所述的離子遷移譜儀，還包括設(shè)置在存儲部分的輸出側(cè)的第二電極⑶。
10.如權(quán)利要求9所述的離子遷移譜儀，其中所述存儲部分(4)與所述第二電極(5)之間的距離小于3mm。
11.如權(quán)利要求9所述的離子遷移譜儀，其中在第一電極(1)、源O)的屏蔽金屬外売、 聚焦導(dǎo)向電極C3)和存儲部分(4)之間存在電壓差且相對電壓固定，而在第二電極(5)加上固定電壓，以將離子存儲在存儲部分中。
12.如權(quán)利要求11所述的離子遷移譜儀，其中改變第一電極(1)、源(2)的屏蔽金屬外売、聚焦導(dǎo)向電極C3)和存儲部分(4)上的電壓，以導(dǎo)出存儲在存儲部分中的離子。
13.如權(quán)利要求9所述的離子遷移譜儀，其中所述第一電極(1)和第二電極(5)均形成為環(huán)狀或者網(wǎng)狀。
14.一種用于離子遷移譜儀的方法， 所述離子遷移譜儀包括電極(1)；離子源0)，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)的遠離電極⑴的那側(cè)，形成為漏斗狀，從毗鄰離子源O)的一側(cè)向遠離離子源O)的一側(cè)逐漸變大，以將離子從離子源(2)輸出；存儲部分G)，設(shè)置在聚焦導(dǎo)向電極(3)的輸出離子的那側(cè)，用于存儲從離子源(2)產(chǎn)生的離子；以及設(shè)置在存儲部分的輸出側(cè)的另ー電極(5)其中所述方法包括離子存儲步驟，向電極(1)、離子源(2)的屏蔽金屬外売、聚焦導(dǎo)向電極(3)和存儲部分 ⑷施加電壓使得它們之間存在電壓差且相對電壓固定，向另ー電極(5)施加固定電壓，以將離子存儲在存儲部分中；以及離子導(dǎo)出歩驟，改變電極(1)、離子源(2)的屏蔽金屬外売、聚焦導(dǎo)向電極(3)和存儲部分(4)上的電壓，以導(dǎo)出存儲在存儲部分中的離子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離子遷移譜儀及其方法。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，一個或一組，設(shè)置在離子源的遠離電極的那側(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)，用于存儲從離子源產(chǎn)生的離子。本發(fā)明由于采取了離子源與存儲區(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。由于存儲部分在離子需要移動的方向可以作的很薄，直徑可以做得較大，且內(nèi)部電場幾乎為零，可以收集大量的離子且團簇厚度很小，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H01J49/06GK102592940SQ20111045597
公開日2012年7月18日 申請日期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, 彭華, 李元景, 陳志強 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司, 清華大學(xué)