專利名稱：一種陣列式離子遷移管的制作方法
技術領域：
本發明涉及離子遷移管，具體地說是一種新型陣列式離子遷移管，該新型的陣列
式離子遷移管的所有檢測通道采用結構上的一體化設計，具有陣列式一體化的載氣入口 、 電離源、反應區、離子門、漂移區、柵網結構、法拉第盤結構、以及放大檢測部件，實現了多個 具有相同電場和離子門脈沖的檢測通道的同時檢測，大大提高了儀器檢測的準確性和可靠 性。
背景技術：
離子遷移譜技術是自1970年代初發展起來的一門物質分析檢測技術。它采用的 基本原理是在大氣壓條件下生成的離子，在特定的電場特征下，自相同的起點開始漂移經 過相同的距離時，不同的離子會因具有不同的遷移率需要不同的時間，測量這一時間即可 對物質進行定性監測。離子遷移譜技術具有檢測靈敏度高，檢測速度快，可以實現在線快速 檢測，檢測成本低等優點，近年來越來越受到人們的重視。離子遷移譜目前應用領域很多， 例如爆炸物的監測，毒品稽查，生化戰劑的檢測等領域，近年來還越來越多的應用于有機污 染物檢測等領域。 離子遷移譜技術影響遷移率的因素很多，包括物質分子本身的質量、結構、碰撞截
面、形成團簇的能力，以及外界條件如電場強度，溫度、濕度、漂氣種類、漂氣的分子數密度
(壓強)等都有關系。這使得眾多的物質具有相同或相近的遷移率。目前，離子遷移譜的分
辨率一般只有幾十，分辨能力比較低。也正是由于這一特點，在給定的條件下，使得眾多的
物質雖然能夠形成檢測信號，卻因具有相同或相近的遷移率而不能夠被區分。 針對這一問題，人們開發了多種方法來提高遷移譜儀的分辨率和準確性，如利用
不同的電離源電離選擇性，利用不同的漂氣對遷移率的影響不同，以及利用添加摻雜氣體
掩蓋干擾物等方法來提高對物質檢測定性的準確性。在儀器實現上意味著需要多個檢測通
道才能較為迅速和方便的實現多手段同時交叉、可靠的檢測。目前，國際上已有多套遷移管
并行使用的報道，但是結構上集成為一體的設計尚未出現。 另外，由于遷移管工作狀態參數如濕度，氣體壓力，溫度等控制上的難度比較大， 尤其是濕度的控制相當困難，這使得測定時的物質遷移率不斷變化。如何即時校準這些參 數的變化，是一個重要的課題。
發明內容
本發明的目的是提供一種多通道陣列式離子遷移管；其為一種集成度高，結構緊 湊的一體化陣列式離子遷移管；該新型陣列式離子遷移管的所有檢測通道采用結構上的一 體化設計，實現了多個具有相同電場和離子門脈沖的檢測通道的同時檢測，并可以利用摻 雜劑技術，內標物技術以及不同的漂氣的使用技術，大大提高了儀器檢測的準確性和可靠 性。 為實現上述目的，本發明采用的技術方案為
—種陣列式離子遷移管，從左至右沿一軸線依次包括電離源區、反應區、離子門、 漂移區、柵網、法拉第盤，所述電離源區和法拉第盤分別為二個或二個以上的，二個或二個 以上的電離源區或法拉第盤分別相互平行的，且電離源區和法拉第盤于遷移管的軸線二端 分別一一對應，形成二個或二個以上的遷移管檢測通道。實現了多個具有相同電場和離子 門脈沖的檢測通道的同時檢測。 具體結構如下所述漂移區是由絕緣環和電極環同軸交替疊加構成的筒狀空間結 構；沿筒狀空間結構的軸線方向，于漂移區的一端依次設置有離子門和相互平行的二個或 二個以上的電離源區，在離子門與電離源區之間設置有由絕緣環和電極環，絕緣環和電極 環內部的筒狀空間結構作為反應區； 在靠近離子門的反應區的絕緣環上設置有載氣入口或出氣口 ；在電離源區或在靠 近電離源區的反應區的絕緣環上設置有出氣口或載氣入口； 于漂移區的另一側依次設置有柵網和二個或二個以上的法拉第盤，法拉第盤與電 離源區沿漂移區的筒狀空間結構的軸線方向一一對應，形成二個或二個以上的遷移管檢測 通道； 于法拉第盤的外側設置有法拉第盤屏蔽筒，在法拉第盤屏蔽筒漂氣入口。 電離源區為至少一端開口的筒狀結構，反應區處于電離源區的開口端；所述反應
區是由絕緣環和電極環同軸交替疊加構成的筒狀空間結構；構成漂移區的電極環通過絕緣
環按等間距均勻排布設置；所述當電離源區采用脈沖電離源時可以不使用離子門； 沿漂移區的筒狀空間結構的軸線方向，從所述離子門至每個法拉第盤之間分別設
置有一個絕緣套筒，那么每個絕緣套筒的內腔即為漂移區，且相互平行的絕緣套筒的直徑
和長度完全相同，以實現一致性的檢測。 所述遷移管是由同一個高壓電源給漂移區的電極環供電，以保證各個檢測通道的 電場是完全相同的。遷移管可以由多個高壓電源供電，但是要保證各個檢測通道的電場是 完全相同的。 陣列式離子遷移管可以采用同一離子門注入脈沖，相同的離子注入方式，以及離 子接收放大方式；各通道可以采用單獨的離子門，但須具有相同的脈沖特征如脈寬、頻率 等，以保證注入離子的效果相同。各個檢測通道的某一個或幾個通道中分別添加一種或幾 種摻雜劑，添加內標物，或采用不同載氣，可以大大提高檢測能力。本發明裝置的反應區內徑為10 30mm，漂移區內徑為10 30mm之間，遷移管總
體長度為幾厘米到幾十厘米。 本發明的優點是 1.通過一體化設計實現結構緊湊，陣列式的離子遷移管，具有部分參數一致性可 控的特點，包括電場分布，離子門脈沖注入等。 2.實現了多通道相同參數下的同時測定，不僅提高了檢測的效率，而且使得各通 道的工作參數具有同步性和一致性。 3.可以利用陣列式遷移管的一致性和同步性的優點，實現更加準確的實現實時捕 捉待測物質的信息。 4.可以通過一定的技術，如摻雜劑技術，內標物技術，以及不同漂氣技術實現遷移 譜儀檢測能力的極大提高。
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5.可以利用如前所述的陣列式遷移管的優點，實現研究目的，更加清楚的了解某 一參數對遷移率的影響，消除干擾因素的影響，使得研究更加科學可靠。
圖1為雙通道陣列式離子遷移管結構示意圖；
圖2為三通道陣列式離子遷移管結構示意圖；
圖3為相同條件下兩通道RIP峰的峰位圖；
圖4為氣壓不同時，雙通道RIP峰的峰位圖；
圖5為添加摻雜劑時，雙通道RIP峰的峰位圖
具體實施方式
實施例1 本發明的陣列式離子遷移管二維陣列的示意圖如圖1所示。 —種陣列式離子遷移管，從左至右沿一軸線依次包括電離源區2、反應區3、離子 門4、漂移區5、柵網6、法拉第盤7 ; 所述漂移區5是由絕緣環和電極環8同軸交替疊加構成的筒狀空間結構；沿筒狀 空間結構的軸線方向，于漂移區5的一端依次設置有離子門4和相互平行的二個電離源區 2，在離子門4與電離源區2之間設置有由絕緣環和電極環，絕緣環和電極環內部的筒狀空 間結構作為反應區3 ;在靠近離子門4的反應區3的絕緣環上設置有出氣口 ；在電離源區2 上設置有載氣入口 1 ; 于漂移區5的另一側依次設置有柵網6和二個法拉第盤7，法拉第盤7與電離源區 2沿漂移區5的筒狀空間結構的軸線方向一一對應，形成二個遷移管檢測通道；于法拉第盤 7的外側設置有法拉第盤屏蔽筒，在法拉第盤屏蔽筒漂氣入口 9。 電離源區2為一端開口的筒狀結構，反應區3處于電離源區2的開口端；所述反應 區3是由絕緣環和電極環8同軸交替疊加構成的筒狀空間結構。 構成漂移區5的電極環8通過絕緣環按等間距均勻排布設置；且由同一個高壓電
源給漂移區5的電極環8供電，以保證各個檢測通道的電場是完全相同的 所述當電離源區2采用脈沖電離源時可以不使用離子門4 ;沿漂移區5的筒狀空
間結構的軸線方向，從所述離子門4至每個法拉第盤7之間分別設置有一個絕緣套筒，那么
每個絕緣套筒的內腔即為漂移區5，且相互平行的二個絕緣套筒的直徑和長度完全相同，以
實現一致性的檢測。 測量時，自電離源至法拉第盤，中間經電極環均勻分壓，建立起電場，離子門上接 入脈沖電壓(典型的脈沖為脈寬0. 2ms、周期40ms的脈沖)，法拉第盤經導線連接入放大 器。自尾端進氣口 9入經過過濾干燥凈化的漂氣，自載氣入口 l入載氣。氣體自中間的出 氣口 10。(也可以自圖1中的出氣口通入載氣，而自載氣入口流出氣體)樣品由載氣攜帶 進入，依次經過電離源區，電離反應區，待測樣品被電離，然后在軸向電場的推動下，由離子 門以一定的周期將離子注入漂移區進行分離檢測。測量不同離子到達法拉第盤的時間，進 而求得遷移率，依次可以進行物質的定性檢測。 二維陣列式遷移管的一致性檢測如圖3所示的為兩通道在相同的條件包括溫度(室溫25t:)，濕度912ppm(壓縮空氣經硅膠過濾)，漂氣流量均為1000ml/min，載氣流量為 500ml/min，電場強度為250V/cm時的RIP峰(試劑離子峰，為空氣被電離產生的離子峰) 圖。分析顯示，兩峰的峰位相差僅為±0. 02ms，在儀器誤差的最小分度范圍內，可以說，兩峰
重合性非常好。 如圖4所示的為兩通道中條件同上時，僅壓力不同造成的兩峰位置不同，試驗證 明，壓力對于遷移譜儀譜峰位置影響極為顯著。
二維陣列式遷移管摻雜劑應用檢測 如圖5所示的為一通道添加摻雜劑二氯甲烷(負離子模式下)，另一路仍用壓縮空 氣，條件同實施例1中所示時的RIP峰位圖。分析顯示，兩峰位置明顯不同，說明RIP峰成 分已經發生變化，1仍為空氣離子峰，2顯示的是二氯甲烷的離子峰。由于試劑離子發生了 變化，其電離物質的能力也發生了變化，進而提高了選擇性，使電離能較高的物質不再被電 離，從而掩蓋了其干擾。
實施例2 —種陣列式離子遷移管，從左至右沿一軸線依次包括電離源區、反應區、離子門、 漂移區、柵網、法拉第盤，與實施例1不同之處在于，所述電離源區和法拉第盤分別為三個， 三個電離源區或法拉第盤分別相互平行的，且電離源區和法拉第盤于遷移管的軸線二端分 別一一對應，形成三個或二個以上的遷移管檢測通道。
權利要求
一種陣列式離子遷移管，從左至右沿一軸線依次包括電離源區(2)、反應區(3)、離子門(4)、漂移區(5)、柵網(6)、法拉第盤(7)，其特征在于所述電離源區(2)和法拉第盤(7)分別為二個或二個以上的，二個或二個以上的電離源區(2)或法拉第盤(7)分別相互平行的，且電離源區(2)和法拉第盤(7)于遷移管的軸線二端分別一一對應，形成二個或二個以上的遷移管檢測通道。
2. 如權利要求l所述的遷移管，其特征在于所述漂移區(5)是由絕緣環和電極環(8) 同軸交替疊加構成的筒狀空間結構；沿筒狀空間結構的軸線方向，于漂移區(5)的一端依 次設置有離子門(4)和相互平行的二個或二個以上的電離源區(2)，在離子門(4)與電離源 區(2)之間設置有絕緣環和電極環，絕緣環和電極環內部的筒狀空間結構作為反應區(3);在靠近離子門(4)的反應區(3)的絕緣環上設置有載氣入口 (1)或出氣口 ；在電離源 區(2)或在靠近電離源區(2)的反應區(3)的絕緣環上設置有出氣口或載氣入口 (1);于漂移區(5)的另一側依次設置有柵網(6)和二個或二個以上的法拉第盤(7)，法拉第 盤(7)與電離源區(2)沿漂移區(5)的筒狀空間結構的軸線方向一一對應，形成二個或二 個以上的遷移管檢測通道；于法拉第盤(7)的外側設置有法拉第盤屏蔽筒，在法拉第盤屏蔽筒上設置有漂氣入口(9)。
3. 如權利要求1或2所述的遷移管，其特征在于電離源區(2)為至少一端開口的筒 狀結構，反應區(3)處于電離源區(2)的開口端。
4. 如權利要求2所述的遷移管，其特征在于所述反應區(3)是由絕緣環和電極環(8) 同軸交替疊加構成的筒狀空間結構。
5. 如權利要求2所述的遷移管，其特征在于構成漂移區(5)的電極環(8)通過絕緣 環按等間距均勻排布設置。
6. 如權利要求2所述的遷移管，其特征在于所述當電離源區(2)采用脈沖電離源時 可以不使用離子門(4)。
7. 如權利要求2所述的遷移管，其特征在于沿漂移區(5)的筒狀空間結構的軸線方 向，從所述離子門(4)至每個法拉第盤(7)之間分別設置有一個絕緣套筒，那么每個絕緣套 筒的內腔即為漂移區(5)，且相互平行的絕緣套筒的直徑和長度完全相同，以實現一致性的 檢測。
8. 如權利要求2所述的遷移管，其特征在于所述遷移管是由同一個高壓電源給漂移 區(5)的電極環(8)供電，以保證各個檢測通道的電場是完全相同的。
全文摘要
本發明公開了一種陣列式離子遷移管，其采用陣列式一體化設計制作的遷移管，可以同時提供多個具有相同電場和離子門脈沖的檢測通道，實現多種檢測手段的集成化應用，提高遷移譜儀的檢測能力。該遷移管的特征在于一體化陣列式結構，由陣列化的進樣通道、電離源、反應區、離子門、漂移區、柵網、法拉第盤等部分構成。該新型離子遷移管可以使用不同的電離源及漂氣，摻雜氣體等，從而實現對待測物質的高選擇性測定以及檢測過程中遷移率影響因素的一致化，大大降低了遷移譜儀的誤報率。
文檔編號H01J49/26GK101752176SQ20081022987
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月17日 優先權日2008年12月17日
發明者李海洋, 杜永齋, 董璨 申請人:中國科學院大連化學物理研究所