一種離子源以及離子遷移譜儀的制作方法

本實用新型涉及離子遷移譜檢測技術領域，具體涉及一種離子源以及離子遷移譜儀。

背景技術：

離子遷移譜技術(Ion Mobility Spectrometry，簡稱：IMS)，也稱離子遷移率譜是在20世紀70年代初出現的一種新的氣相分離和檢測技術。它是基于氣相離子在電場中遷移速率的差異對物質進行表征的分析技術。與傳統的色譜和質譜等檢測技術相比具有設備結構簡單、在常壓條件下工作而無需真空系統、檢測靈敏度高、分析速度快、易于小型化和便攜化等優點。其中離子源是IMS技術的重要組成部分，在樣品分子電離成樣品離子過程中起關鍵作用。

傳統的離子源需要利用注射泵將樣品溶液推進，在高電場的作用下，形成帶電液滴，經注射泵推力和牽引電場的作用，噴射形成霧化離子團，再經收集極采集離子信號，達到檢測分析樣品的目的。該傳統方案下，對電場(電壓)要求高、功耗大、樣品消耗多。

技術實現要素：

因此，本實用新型要解決的技術問題在于利用采樣泵的推力和強牽引電場的作用使得采樣泵輸出的樣品溶液形成霧化離子團，樣品消耗多、對電壓要求高從而功耗也大。

為此，本實用新型實施例提供了如下技術方案：

一種離子源，包括：進樣管、冷凝針、冷卻組件、對電極片和高壓電源，進樣管用于導入混合在水蒸氣中的樣品，冷卻組件與冷凝針的一端連接，用于降低冷凝針上的溫度，以使得混合在水蒸氣中的樣品凝結在冷凝針上，高壓電源在冷凝針和對電極片之間形成電場，用于將凝結在冷凝針另一端上的液滴破碎成向對電極片方向移動的離子化噴霧。

可選地，冷卻組件包括半導體制冷片，半導體制冷片包括熱端、冷端，設置在冷端與熱端之間的P型半導體元件和N型半導體元件，以及用于供電的直流電源，在冷端電流由N型半導體元件流向P型半導體元件，在熱端電流由P型半導體元件流向N型半導體元件，半導體制冷片的冷端與冷凝針的一端固定。

可選地，冷卻組件還包括導體件，導體件設置在熱端與N型半導體元件、P型半導體元件之間，以及冷端與N型半導體元件、P型半導體元件之間，用于引導電流的流向。

可選地，冷卻組件包括冷卻箱，冷卻箱上設有與冷凝針一端配合插接的凹槽，冷卻箱內設有用于填充冷卻液的冷卻腔。

可選地，冷卻液為液氮或液氦。

可選地，冷卻箱上設有冷卻液入口和冷卻液出口，用于實現冷卻液的流動。

一種離子遷移普儀，包括：

上述任一種離子源，用于形成樣品的霧化離子團；

離子遷移管，用于傳送樣品的霧化離子團；

檢測組件，對離子遷移管傳送過來的樣品的霧化離子團進行成分分析。

本實用新型技術方案，具有如下優點：

1.本實用新型實施例提供的離子源，待檢測的樣品與水蒸氣混合后從進樣管以氣體形式進入殼體內，當其遇到溫度較低的冷凝針時，將會在冷凝針上凝結成液體，然后再由高壓電源提供的極強電場將冷凝針針尖處的液滴破碎成直徑極小的帶電小液滴并向對電極片移動，從而形成離子化的樣品噴霧。該離子源僅需將少量的待測樣品與水蒸氣混合就可以形成用于檢測的離子團，與現有技術中需要將樣品溶液推進離子源腔室相比，其對樣品的需求量大大地減少。另外，本實施例中僅需要將凝結于冷凝針針尖處的液滴破碎成霧化離子團，與現有技術中采樣泵推進的樣品溶液需要利用高電場形成帶電液滴、然后再利用電場形成霧化離子團相比，其所需要的電壓比較小，因此該離子源的功耗也比傳統的離子源低。

2.本實用新型實施例提供的離子源，利用半導體制冷片為冷凝針降溫以將與水蒸氣混合的樣品凝結成液滴，半導體制冷片不需要任何制冷劑、沒有污染源，工作時沒有振動，使用壽命長，結構簡單、尺寸小、安裝容易。半導體制冷片是電流換能型器件，通過輸入電流的控制可以實現溫度的控制。另外，其熱慣性非常小，制冷時間很快。

3.本實用新型實施例提供的離子遷移譜儀，待檢測的樣品與水蒸氣混合后從進樣管以氣體形式進入其內部，當混合了水蒸氣的樣品遇到溫度較低的冷凝針時，將會在冷凝針上凝結成液體，然后再由高壓電源提供的極強電場將冷凝針針尖處的液滴破碎成直徑極小的帶電小液滴并向對電極片移動，從而形成離子化的樣品噴霧。該離子源僅需將少量的待測樣品與水蒸氣混合就可以形成用于檢測的離子團，與現有技術中需要將樣品溶液推進離子遷移譜儀內部相比，其對樣品的需求量大大地減少。另外，本實用新型實施例中僅需要將凝結于冷凝針針尖處的液滴破碎成霧化離子團，與現有技術中采樣泵推進的樣品溶液需要利用高電場形成帶電液滴、然后再利用電場形成霧化離子團相比，其所需要的電壓比較小，因此該離子遷移譜儀的功耗也比使用傳統離子源的更低。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例1中離子源的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例1中設置了半導體制冷片的離子源結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例1中半導體制冷片的結構示意圖。

附圖標記：1-殼體，2-冷卻組件，21-熱端，22-導體件，23-P型半導體元件，24-冷端，25-N型半導體元件，26-直流電源，3-進樣管，4-冷凝針，5-對電極片，6-高壓電源。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

此外，下面所描述的本實用新型不同實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結合。

實施例1

如圖1所示，本施例提供一種離子源，包括：進樣管3、冷凝針4、冷卻組件2、對電極片5和高壓電源6，進樣管3用于導入混合在水蒸氣中的樣品，冷卻組件2與冷凝針4的一端連接，用于降低冷凝針4上的溫度，以使得混合在水蒸氣中的樣品凝結在冷凝針4上，高壓電源6在冷凝針4和對電極片5之間形成電場，用于將凝結在冷凝針4另一端上的液滴破碎成向對電極片5方向移動的離子化噴霧。上述冷凝針4可以是實心的，且該冷凝針4不與進樣管3直接連接或接觸。

本實施例提供的離子源，還包括殼體1，用于形成與外界隔離的腔室。待檢測的樣品與水蒸氣混合后從進樣管3以氣體形式進入殼體1內，當其遇到溫度較低的冷凝針4時，將會在冷凝針4上凝結成液體，然后再由高壓電源6提供的極強電場將冷凝針4針尖處的液滴破碎成直徑極小的帶電小液滴并向對電極片5移動，從而形成離子化的樣品噴霧。該離子源僅需將少量的待測樣品與水蒸氣混合就可以形成用于檢測的離子團，與現有技術中需要將樣品溶液推進離子源腔室相比，其對樣品的需求量大大地減少。另外，本實施例中僅需要將凝結于冷凝針4針尖處的液滴破碎成霧化離子團，與現有技術中采樣泵推進的樣品溶液需要利用高電場形成帶電液滴、然后再利用電場形成霧化離子團相比，其所需要的電壓比較小，因此該離子源的功耗也比傳統的離子源低。

作為其中一個優選的具體實施方式，如圖2所示，冷卻組件2包括半導體制冷片，半導體制冷片包括熱端21、冷端24，設置在冷端24與熱端21之間的P型半導體元件23和N型半導體元件25，以及用于供電的直流電源26，在冷端24電流由N型半導體元件25流向P型半導體元件23，在熱端21電流由P型半導體元件23流向N型半導體元件25，半導體制冷片的冷端24與冷凝針4的一端固定。

本實施例中利用半導體制冷片為冷凝針4降溫以將與水蒸氣混合的樣品凝結成液滴，半導體制冷片不需要任何制冷劑、沒有污染源，工作時沒有振動，使用壽命長，結構簡單、尺寸小、安裝容易。半導體制冷片是電流換能型器件，通過輸入電流的控制可以實現溫度的控制。另外，其熱慣性非常小，制冷時間很快。

具體地，如圖2和圖3所示，冷卻組件2還包括導體件22，導體件22設置在熱端21與N型半導體元件25、P型半導體元件23之間，以及冷端24與N型半導體元件25、P型半導體元件23之間，用于引導電流的流向。具體如圖3所示，P型半導體元件23和N型半導體元件25間隔排列在冷端24和熱端21之間，位于下端的N型半導體元件25右端通過緊貼冷端24的導體件22與其上方緊鄰的P型半導體元件23的右端連接，以使得N型半導體元件25上的電流可以流向P型半導體元件23，該P型半導體元件23 的左端通過緊貼熱端21的導體件22與其上方的N型半導體元件25的左端連接，以使得P型半導體元件23上的電流可以流向N型半導體元件25，該位于上方的N型半導體元件25的右端又通過緊貼冷端24的導體件22與其上方的P型半導體元件23的右端連接，以使得其上的電流可以流向P型半導體元件23。各導體件22之間相互獨立，冷端24和熱端21均為絕緣材料，具體可以是陶瓷片。

在其他的具體實施方式中，冷卻組件2還可以包括冷卻箱，冷卻箱上設有與冷凝針4一端配合插接的凹槽，冷卻箱內設有用于填充冷卻液的冷卻腔。冷卻液具體可以為液氮或液氦。另外，冷卻箱上設有冷卻液入口和冷卻液出口，用于實現冷卻液的流動，以對冷凝針4。

實施例2

本實施例提供了一種離子遷移普儀，包括：

上述實施例1所述的離子源，用于形成樣品的霧化離子團；

離子遷移管，用于傳送樣品的霧化離子團；

檢測組件，對離子遷移管傳送過來的樣品的霧化離子團進行成分分析。

本實施例提供的離子遷移譜儀，待檢測的樣品與水蒸氣混合后從進樣管3以氣體形式進入其內部，當混合了水蒸氣的樣品遇到溫度較低的冷凝針4時，將會在冷凝針4上凝結成液體，然后再由高壓電源6提供的極強電場將冷凝針4針尖處的液滴破碎成直徑極小的帶電小液滴并向對電極片5移動，從而形成離子化的樣品噴霧。該離子源僅需將少量的待測樣品與水蒸氣混合就可以形成用于檢測的離子團，與現有技術中需要將樣品溶液推進離子遷移譜儀內部相比，其對樣品的需求量大大地減少。另外，本實施例中僅需要將凝結于冷凝針4針尖處的液滴破碎成霧化離子團，與現有技術中采樣泵推進的樣品溶液需要利用高電場形成帶電液滴、然后再利用電場形成霧化離子團相比，其所需要的電壓比較小，因此該離子遷移譜儀的功耗也比使用傳統離子源的更低。而且該離子遷移譜儀的檢測靈敏度和分辨率不比使用傳統離子源的低。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之中。