專利名稱：利用離子遷移譜儀在線測定易制毒化學品的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用離子遷移譜儀在線測定易制毒化學品的方法。 本發明還涉及用于實現上述方法的裝置。
背景技術：
自上世紀90年代以來，隨著國際間冰毒、搖頭丸等合成毒品濫用問 題的不斷發展蔓延，中國易制毒化學品流入非法渠道用于制毒問題也曰益 嚴重。發展一種快速簡易的在線測定易制毒化學品的方法對于進一步依法 嚴格易制毒化學品管理，保障合法的生產經營活動，防止流入非法渠道用 于制造毒品，從源頭上減少毒品生產，降低毒品危害，將起到十分重要的 作用。離子遷移譜(Ion Mobility Spectrometry, IMS)技術20世紀70年代出 現的一種分離檢測技術，與傳統的質譜、色譜儀器相比，它具有結構簡單， 靈敏度高，分析快速可靠的特點。能夠在大氣環境中對微量物質進行檢測， 適于現場使用。因此可將該技術應用到易制毒化學品的在線檢測。現有的 離子遷移譜一般是以"M放射性元素作為電離源，63M'電離環發射出的卩 粒子能力可高達到幾十KeV，不但能夠電離易制毒化學品分子，而且還會 把N2、 02和水蒸汽電離，N2、 02和水蒸汽電離產生的離子很容易與樣品 氣體分子發生離子分子反應，得到多種產物，從而使測得的譜線非常復雜。 UV-IMS主要由離子化室、離子門、漂移區和檢測器組成。樣品由樣品氣 體帶入離子化室后被紫外燈照射電離產生分子離子，如式1所示A + hu=A+ + e (1)離子在電場的驅使下通過周期性開啟的離子門進入漂移區。在與逆流 的中性漂移氣體分子不斷碰撞的過程中，由于這些離子在電場中各自遷移 速率不同，使得不同的離子得到分離，先后到達收集極被檢測。因此已知 測試條件，通過確定遷移時間就可確定分析目標物質的存在，而應用峰面 積或峰高可確定相應物質的濃度。盡管其概念很簡單，但是由于其是在大氣壓力下工作，漂移管內相關 的氣體分子、離子的運動規律十分復雜，使得IMS分析形成的譜圖形狀強 烈依賴于分析條件，例如在遷移區的電場強度、需要分析的氣體流量以及 漂移氣體的種類和流量。特別是在不同的溫度和濕度等條件下，離子化產 物會有很大的不同，這會導致IMS檢測的效果差別很大。因此沒有一個標 準方法來應用IMS技術，并且每種分析必須單獨研究。發明內容本發明的目的在于提供一種利用離子遷移譜在線測定易制毒化學品 的方法。本發明的又一目的在于提供一種實現上述方法的裝置。為實現上述目的，本發明提供的利用非放射性離子遷移譜在線分析易 制毒品的方法，是將樣品經一富集膜進入離子遷移譜儀的離子化室；離子 化室中的電離源能量為10.6eV，使樣品電離能低于10.6eV的分子電離進 入遷移管內檢測，能量高于10.6eV的分子排出離子化室。所述的方法，其中樣品氣體為大氣釆樣。所述的方法，其中能量高于10.6eV的分子排出離子化室后，經過分子篩凈化分流成兩支氣流，其中一支氣流進入離子化室作為樣品載氣；另 一支進入遷移管作為吹掃遷移管的漂移氣。本發明提供的用于實現上述方法的裝置，其組成為一樣品進氣管通過一富集膜與離子遷移譜儀的離子化室連接，由該滲 透膜的隔離，將離子遷移譜儀形成不受外界條件影響的封閉體系；離子遷移譜儀的離子化室內安裝有紫外燈作為電離源；離子遷移譜儀的離子化室一側設有一廢氣出氣口，相對應的另一側設 有一樣品載氣進氣口；在離子遷移譜儀的遷移管內檢測端設有漂移氣進氣 口，形成離子遷移譜儀內氣路的自循環；廢氣出氣口連接一分子篩凈化器，將廢氣凈化為凈化氣，該凈化氣分 別進入離子化室和遷移管；其中進入離子化室的凈化氣為樣品載氣，進入 漂移氣進氣口的凈化氣為遷移管的清潔氣；漂移氣與樣品載氣之間的流量 比為3:1至5:1。所述的裝置，其中富集膜為聚二甲基硅氧垸膜。所述的裝置，其中樣品進氣管連接一進氣泵，以控制樣品進氣管的進 樣量。所述的裝置，其中進氣泵連接一純凈氣進氣管，該純凈氣進氣管和樣 品進氣管之間由 一 閥門控制切換。所述的裝置，其中進氣泵為薄膜泵。 所述的裝置，其中該閥門為電磁閥。
所述的裝置，其中廢氣出氣口連接一廢氣泵，以控制內氣路的自循環 速度。所述的裝置，其中廢氣泵為薄膜泵。所述的裝置，其中離子遷移譜儀工作溫度為25-7(TC，富集膜保持在 30-50°C。由于本發明具有直接從大氣采樣的接口設計，減小了連續測量中溫 度、空氣濕度對靈敏度的影響，且分析時間小于l分鐘。
圖1為本發明提供的裝置示意圖。圖2為實施例1測試的空氣中純易空氣中純易制毒化學品的紫外離子 遷移譜圖。圖3為實施例2測試的麻黃堿與丙酮混合物的紫外離子遷移譜圖。圖4為實施例3測試的不同濃度的麻黃堿的紫外離子遷移譜圖，從B 到F濃度逐步增加lppb-100ppb。圖5為實施例4測試的胡椒醛在不同溫度下的紫外離子遷移譜圖。 圖6為實施例5測試的甲苯在不同的樣品氣體與漂移氣體之比的譜圖。圖7為實施例6測試的通過指數稀釋得到不同濃度丙酮的紫外離子遷 移譜圖。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本發明作描述，為簡明起見，其中涉及到的 公知技術就沒有作展開敘述。
本發明是將公知的離子遷移譜儀與外界之間設置一富集膜，從而使離 子遷移譜譜儀形成一個不受外界環境影響的封閉系統，以消除外界溫度、 濕度的變化對檢測的影響。在離子化室內采用真空紫外燈作為電離源，產生10.6ev的光子，可以電離電離能低于10.6ev的分子，卻不能電離N2、 02和水蒸汽，從而大大減少了離子的種類，得到非常清晰的待測物的遷移 譜圖。如圖1所示，離子遷移譜儀的進氣端設置一PDMS(聚二甲基硅氧烷) 富集膜4。待測樣品由進樣泵2控制進樣速度(該進樣泵2可以采用公知 的薄膜泵)，從樣品進氣管3進入樣品室14，該待測樣品中的待測成份通 過富集膜4滲透進入離子化室13后，待測樣品中能量低于10.6ev的分子 被紫外燈電離而通過離子門5進入遷移管8，由法拉第盤9檢測。離子遷移譜儀的離子化室一側設有一廢氣出氣口 13，進入離子化室中 但未通過離子門5的氣體(稱為廢氣)，經廢氣出氣口13排出，由分子篩 凈化器7進行過濾、干燥的凈化處理。處理后的凈化氣通過分流器10分 成樣品載氣11和漂移氣12;其中樣品載氣11重新進入離子化室，作為載 氣將通過富集膜4的樣品帶入離子化室。漂移氣12進入遷移管8，對遷移 管8和法拉第盤9進行清潔吹掃，以便進行再一個測試品的檢測。由此形 成離子遷移譜儀內氣路的自循環。上述的漂移氣與樣品載氣之間的流量比 控制在3:1至5:1。為實現控制內氣路的自循環速度，廢氣出氣口 13通過一廢氣泵6連 接分子篩凈化器7。該廢氣泵6可采用公知的薄膜泵。當一個測試周期完成后，由一純凈氣進氣管1進入純凈氣對富集膜4 進行清掃，該純凈氣進氣管1和樣品進氣管3之間的切換由一閥門(公知 技術，圖中未示)控制。該純凈氣進氣管1的進氣流速也是由進氣泵2控 制。閥門可采用公知的電磁閎。本發明的裝置中，離子遷移譜儀在開機時即通過純凈進氣管1吸入經 活性炭凈化的空氣沖洗PDMS富集膜4，同時在離子遷移譜儀的內部氣體開始自循環，廢氣出氣口 13通過一個隔膜泵6吸入，通過分子篩凈化器7 凈化后由一分流器IO分成樣品載氣11和漂移氣12。測定時，樣品通過一 個電磁閥切換到樣品進氣管3吸入進樣品室14 (圖1箭頭所示)，然后待 測樣品滲透通過PDMS富集膜4進入離子遷移譜儀的離子化室5被離子 化。樣品被紫外燈離子化后通過離子門5進入遷移管8，最后到達法拉第 盤(9)被檢測。檢測完成后又通過電磁閥切換回純凈進氣管1吸入活性 炭凈化的空氣沖洗PDMS富集膜4。本發明通過下述實施例子進一步描述。測試結果以紫外離子遷移譜圖的形式給出，其中橫坐標以毫秒為單 位，表示相應離子的在遷移管中的飛行時間，峰的強度以毫伏(mV)為 單位。在所有測試中所應用的電場強度均為311 V/cm。為了有利于易制毒化 學品滲透通過富集膜，進樣系統保持在30-50°C，以提高儀器的檢測靈敏度。實施例一針對空氣中是否含有一種純的易制毒化學品成分進行監測，所述測試 應用凈化后的空氣作為樣品氣體和漂移氣體。樣品氣體的流量為 100ml/min,漂移氣體的流量等于300 ml/min，從而流量比為3:1。另一隔 膜泵從空氣中吸入樣品氣的流量為500 ml/min。膜進樣室溫度為50DC，遷 移管溫度為25叱，測試結果在圖2中給出。實施例二針對含有丙酮作為故意加入的雜質時，利用本發明的分析條件測定麻 黃堿樣品。所述測試應用凈化后的空氣作為樣品氣體和漂移氣體。樣品氣 體的流量為100ml/min,漂移氣體的流量等于300 ml/min，從而流量比為 3:1。另一隔膜泵從空氣中吸入樣品氣的流量為500 ml/min。膜進樣室溫度 為50GC，遷移管溫度為25GC。測試結果在圖3中給出。根據遷移時間可 以很明顯地區分出麻黃堿和丙酮。 實施例三針對含有不同濃度的麻黃堿樣品的空氣進行測定。樣品氣體的流量為 100ml/min,漂移氣體的流量等于400 ml/min，從而流量比為4:1。另一隔 膜泵從空氣中吸入樣品氣的流量為500 ml/min。膜進樣室溫度為50QC，遷 移管溫度為25^。如圖4所示，從圖B到圖F樣品濃度遞增，從B的一 個峰增加到兩個峰。這是由于樣品濃度增加后出現了雙分子峰。不過單分 子峰作為主峰，它的遷移時間一直保持不變，可以根據主峰很容易判斷出待測物的種類。 實施例四圖5是不同溫度下測得的胡椒醛的離子遷移譜，漂移管工作溫度從 25GC到100QC。測量時樣品氣體的流量為100ml/min,漂移氣體的流量等 于300 ml/min，膜進樣室溫度為30QC。由圖中可以看出，待測物的成分和 產量與溫度有著密切的關系，溫度低于70V時，具有明顯的分子離子峰。 當溫度上升到100°(:時，出現了明顯的雜質峰，說明待測物離子的成分發 生了變化。因此測定時取7()GC以下較好。實施例五圖6是不同的樣品氣體流量和漂移氣體流量比下測得的甲苯的離子遷 移譜圖，漂移管工作溫度25GC。測量時樣品氣體的流量為100ml/min,漂 移氣體的流量等于300 ml/min，膜進樣室溫度為50GC。由圖中可以看出， 當樣品氣體流量和漂移氣體流量比為1:1到1:5時，遷移時間和信號強度 基本保持不變，但是當樣品氣體流量和漂移氣體流量比為1:6時，信號強 度減小，遷移時間后移。為了保持遷移管的潔凈，因此控制漂移氣體流量 與樣品氣體流量之間的比等于3:1到5:1最佳。 實施例六圖7是通過指數稀釋得到0.2ppm到100ppm丙酮的紫外離子遷移譜 圖，測量時漂移管工作溫度30QC。樣品氣體的流量為100ml/min,漂移氣 體的流量等于300ml/min，膜進樣室溫度為50QC。由圖中可以看出，通過 本發明提供的方法，測定丙酮的線性范圍可以達到3個數量級。
權利要求
1、一種利用離子遷移譜儀在線測定易制毒化學品的方法，將樣品經一富集膜進入離子遷移譜儀的離子化室；離子化室中的電離源能量為10.6eV，使樣品電離能低于10.6eV的分子電離進入遷移管內檢測，能量高于10.6eV的分子排出離子化室。
2、 如權利要求l所述的方法，其中樣品氣體為大氣采樣。
3、 如權利要求l所述的方法，其中能量高于10.6eV的分子排出離子 化室后，經過分子篩凈化分流成兩支氣流，其中一支氣流進入離子化室作 為樣品載氣；另一支進入遷移管作為吹掃遷移管的漂移氣。
4、 用于實現權利要求l、 2或3所述方法的裝置，其組成為 一樣品進氣管通過一富集膜與離子遷移譜儀的離子化室連接，由該滲透膜的隔離，將離子遷移譜儀形成不受外界條件影響的封閉體系； 離子遷移譜儀的離子化室內安裝有紫外燈作為電離源； 離子遷移譜儀的離子化室一側設有一廢氣出氣口，相對應的另一側設有一樣品載氣進氣口；在離子遷移譜儀的遷移管內檢測端設有漂移氣進氣口，形成離子遷移譜儀內氣路的自循環；廢氣出氣口連接一分子篩凈化器，將廢氣凈化為凈化氣，該凈化氣分別進入離子化室和遷移管；其中進入離子化室的凈化氣為樣品載氣，進入漂移氣進氣口的凈化氣為遷移管的漂移氣。
5、 如權利要求4所述的裝置，其中富集膜為聚二甲基硅氧烷膜。
6、 如權利要求4所述的裝置，其中樣品進氣管連接一進氣泵，以控 制樣品進氣管的進樣量。
7、 如權利要求6所述的裝置，其中進氣泵連接一純凈氣進氣管，該 純凈氣進氣管和樣品進氣管之間由一閥門控制切換。
8、 如權利要求6或7所述的裝置，其中進氣泵為薄膜泵。
9、 如權利要求7所述的裝置，其中該閥門為電磁閥。
10、 如權利要求4所述的裝置，其中廢氣出氣口連接一廢氣泵，以控 制內氣路的自循環速度。
11、 如權利要求IO所述的裝置，其中廢氣泵為薄膜泵。
12、 如權利要求4所述的裝置，其中離子遷移譜儀工作溫度為25-70 °C，富集膜保持在30-50。C。
13、 如權利要求4所述的裝置，其中漂移氣與樣品載氣之間的流量比 為3:1至5:1。
全文摘要
一種利用離子遷移譜儀在線測定易制毒化學品的方法，采用空氣作為樣品氣體和漂移氣體，應用PDMS膜進樣、紫外燈電離、非放射性離子遷移譜在線檢測分析易制毒化學品。其裝置組成為一樣品進氣管通過一富集膜與離子遷移譜儀的離子化室連接；離子遷移譜儀的離子化室內安裝有紫外燈作為電離源；離子遷移譜儀的離子化室一側設有一廢氣出氣口，相對應的另一側設有一樣品載氣進氣口；在離子遷移譜儀的遷移管內檢測端設有漂移氣進氣口，形成離子遷移譜儀內氣路的自循環；廢氣出氣口連接一分子篩凈化器，將廢氣凈化為凈化氣，該凈化氣分別進入離子化室和遷移管；其中進入離子化室的凈化氣為樣品載氣，進入漂移氣進氣口的凈化氣為遷移管的漂移氣。
文檔編號G01N27/62GK101113968SQ200610088948
公開日2008年1月30日 申請日期2006年7月27日 優先權日2006年7月27日
發明者璉 姚, 芳 李, 李京華, 李海洋, 王海龍 申請人:中國科學院大連化學物理研究所