CN102479664A - 一种平板式离子迁移谱 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种夹角平板式非对称场离子迁移管，包括电离源、V形电极、平板电极，阵列检测器、高压射频电源HV、直流扫描电源CV。V形电极与平板电极正对，形成对称结构；V形电极或平板电极通过导线与高压射频电源相连，平板电极或V形电极通过导线与大地相连；平行于V形截面的一端外侧设置有电离源和样品气入口；另一端设置有气体出口，在气体出口处靠近V形断面处设置有阵列检测器。本发明可以在不改变扫描电压的情况下，同时检测出各种具有电场依赖迁移率的离子，弥补传统平行板式非对称场迁移管每个扫描电压点只能测到一种电场迁移率的不足。另外，本发明的迁移管具有结构简单，离子的利用率高等特点，可以实现连续无间断检测。
Description
技术领域
本发明涉及离子迁移管，具体地说是一种夹角平板式非对称场离子迁移管。该迁移管的突出特点在于可以弥补传统非对称场迁移管的不足，即在不改变电场强度或者补偿电压的情况下，可以同时检测出各种具有电场依赖迁移率的离子。另外，本发明的迁移管具有结构简单，离子的利用率高等特点，可以实现连续无间断检测。
背景技术
离子迁移谱技术是一种基于离子迁移率的分离分析技术。目前广泛应用于机场安检、反恐爆炸物检测、毒品及易制毒化学品检测、生化战剂检测等领域，并且应用范围还在不断扩大。离子迁移谱技术主要分为两类，一类是由英美等国率先研发的传统式的离子迁移谱。另一类是由前苏联Buryakov等人于1993年提出的非对称场式离子迁移谱。前者利用低场(E/N＜2Td，1Td＝10-17Vcm2)下同一物质气相离子的迁移率在一定条件下有一确定值、基于不同物质迁移率的不同来进行分离检测，特点是定性能力比较高，物质与谱峰的对应关系较易确定。后者则是利用同一物质的气相离子在高电场(E/N＞40Td)和低电场下的迁移率的不同来进行分离检测，特点是仪器结构非常简单，易于实现小型化。
高电场下，离子的迁移率可以表示为：
K＝K0(1+α)
其中，K为高场下离子的迁移率，K0为低场下离子的迁移率，为高场下离子迁移率相对于低场下的变化率，其值可正可负，因物质而异。低场下α＝0。
非对称场离子迁移谱的原理如下：以载气使物质离子垂直于电场方向通过漂移区，漂移区施加以射频正负切换的非对称场，整个射频周期内，电压的时间平均值为零。这样，在高低场区段内，离子以迁移率K沿电场都有一垂直位移，但是，若高场与低场下的迁移率不同，在一个周期内离子总体上将在垂直于方向上离开原来的位置，产生一个净位移。经过一定时间的积累，离子的这种位移将使其打到极板上而被中和。为了使这种离子顺利通过检测区，可以在原来的电场上叠加一直流电场，当所加直流电场适当时，离子在垂直方向上的净位移为零，进而可以顺利通过检测通道被检测到。通过扫描上述的直流电场，就可以检测不同的离子。
非对称场离子迁移谱有平板式和同轴圆柱式两种构型。
研究发现，平板式结构能够实现所有离子的检测，对不同离子没有歧视效应，但不能实现聚焦功能，因而灵敏度较低。同轴圆柱式结构能够实现离子汇聚，可以对具有某种迁移率特征的离子产生很好的聚焦效果，有利于实现高灵敏度检测。传统的平板式非对称迁移管采用两极板平行的设计，在同一射频电压和补偿电压下只能检测出具有相同迁移率电场依赖性α的离子。
本发明的夹角平板式非对称场离子迁移管建立了一个在垂直于载气方向上具有渐变特征的电场，不同α的离子可以在不同的横向位置通过，其基本原理在于，对于在某射频电压电场和补偿电压电场下可以通过的离子，在同比例减小了这两个场后，因α也将改变，离子将不能通过分离区而到达检测极。(请参考文献：Analyst，2007，132，842-864)
发明内容
本发明涉及一种夹角平板式非对称场离子迁移管。该迁移管的突出特点在于可以弥补传统非对称场迁移管的不足，即在不改变射频电压和补偿电压的情况下，可以同时检测出各种具有电场依赖迁移率的离子。另外，本发明的迁移管具有结构简单，离子的利用率高等特点，可以实现连续无间断检测。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种平板式离子迁移谱，包括上极板、下极板、离子接收器，垂直于样品气的流动方向的、上极板与下极板的截面延长线相交成锐角，下极板为一平板状结构，上极板在下极板的法向投影与下极板形状大小相同、且相互重合；
样品气从上极板和下极板的一端通入，并流经上极板和下极板间的区域；于上极板和下极板的另一端设有离子接收器，所述离子接收器为垂直于下极板排布的离子接收器阵列，离子接收器的接收面垂直于样品气的气流方向，阵列中的离子接收器分别经信号放大器与信号采集处理系统相连。
上极板为一平板状结构或倒V字形结构，V字形的顶端夹角为钝角。
上极板或下极板与射频高压电源和直流扫描电源相连，下极板或上极板接地；所述信号放大器微电流放大器；所述信号采集处理系统由信号采集卡和电脑构成。
本发明的优点在于：
1.本发明保留了非对称场离子迁移管的优点，即，结构简单，易于小型化。
2.本发明的突出优点是：在一通道同时构建起了渐变的检测电场，能够实现对不同α的离子的同时检测，弥补了传统的此类迁移管的不足。
3.本发明可以充分用现有的各种电离源作为本发明迁移管的电离源。
4.本发明可以利用已有的所有的技术如掺杂剂技术等作为提高本发明迁移管性能的改进措施。
总之，本发明展示的是一种一种平板式离子迁移谱。该迁移管的突出特点在于可以弥补传统平板式的不足，即在不改变电场的情况下，可以同时检测出各种具有电场依赖迁移率的离子，实现离子分离。另外，本发明的迁移管具有结构简单，离子的利用率高等特点，可以实现连续无间断检测。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；图中箭头方向为气流方向。
具体实施方式
一种平板式离子迁移谱，包括上极板1、下极板2、离子接收器3，垂直于样品气的流动方向的、上极板1与下极板2的截面延长线相交成锐角，下极板2为一平板状结构，上极板1在下极板2的法向投影与下极板2形状大小相同、且相互重合；样品气从上极板1和下极板2的一端通入，并流经上极板1和下极板2间的区域；于上极板1和下极板2的另一端设有离子接收器3，所述离子接收器3为垂直于下极板排布的离子接收器阵列，离子接收器的接收面垂直于样品气的气流方向，阵列中的离子接收器分别经信号放大器8与信号采集处理系统相连。所述上极板1为一平板状结构或倒V字形结构，V字形的顶端夹角为钝角。上极板1或下极板2与射频高压电源9和直流扫描电源相连，下极板2或上极板1接地；所述信号放大器8微电流放大器；所述信号采集处理系统由信号采集卡和电脑构成。
检测时，可将V形极板1施加以数千伏的高压射频非对称电压并叠加扫描直流电压，平板电极2接地；也可以相反。这样，在两极之间形成一个电场方向不变，强度渐变的检测通道。样品由载气带入电离区进行电离，电离产生的离子被载气载带进入检测通道。不同性质的离子在高压射频非对称电场的作用下，具有不同的电场垂直方向(径向)的运动特性。在同一高压射频非对称电压及扫描直流电压下，当直流电压值适当时，某一离子在检测通道内的某一位置上可以通过并被检测，而一般情况下在该通道中其他位置上不会通过并被检测，同时，在其他位置上则可能有另一特性的粒子通过。这样，在阵列离子接收器3上就能同时得到不同离子的信号图。在某一电压范围内扫描直流电压，便可以得到信号---扫描电压图，而改图具有拓扑图的特征。
Claims (3)
1.一种平板式离子迁移谱，包括上极板(1)、下极板(2)、离子接收器(3)，其特征在于：
垂直于样品气的流动方向的、上极板(1)与下极板(2)的截面延长线相交成锐角，下极板(2)为一平板状结构，上极板(1)在下极板(2)的法向上投影与下极板(2)形状大小相同、且相互重合；
样品气从上极板(1)和下极板(2)的一端通入，并流经上极板(1)和下极板(2)间的区域；于上极板(1)和下极板(2)的另一端设有离子接收器(3)，所述离子接收器(3)为垂直于下极板排布的离子接收器阵列，离子接收器的接收面垂直于样品气的气流方向，阵列中的离子接收器分别经信号放大器(8)与信号采集处理系统相连。
2.如权利要求1所述的迁移谱，其特征在于：
所述上极板(1)为一平板状结构或倒V字形结构，V字形的顶端夹角为钝角。
3.如权利要求1所述的迁移谱，其特征在于：
上极板(1)或下极板(2)与射频高压电源(9)和直流扫描电源相连，下极板(2)或上极板(1)接地；
所述信号放大器(8)微电流放大器；
所述信号采集处理系统由信号采集卡和电脑构成。
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