一種離子發生引出裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種小體積、高靈敏度、高分辨率、高效率的離子發生引出裝置，在與電路控制系統相互配合下可以產生離子。通過對引出離子的分析，達到對氣體介質中的物質進行檢測的目的。本發明可以作為激發源應用于精密分析儀器中。
【背景技術】
[0002]低濃度揮發性有機化合物的現場快速檢測，十分必要。對于許多如氣體泄露、危險化學品等環境濃度低但危害極大的物質進行現場檢測需要體積小、靈敏度高、分辨率高、效率高的裝置。然而，具備這種性能的檢測器一般都配備龐大的裝置，現場快速檢測十分不便，如火焰離子化檢測器(FID)。在這種情況下，需要提供一種采用光離子化檢測器(PID燈)的離子發生引出裝置，其具有高靈敏度、高分辨率而且體積小，可以現場快速檢測低濃度揮發性有機化合物。
【發明內容】
[0003]光離子化檢測器(PID燈)具有特定電離能(能夠轉移一個電子和電離一個化合物的能量叫電離能，用電子伏特作為計量單位)，電離能越高則氣體結合能越高，如10.6eV的真空紫外燈(UV)，在高壓電場的作用下產生紫外光，紫外光發出一定波長的光子流，經窗口射入電離室，當氣體分子的電離電位高于光能量，它不被電離；當電離電位等于或小于光能量的組分(AB)進入電離室，發生光電離，并且將其電離擊碎成帶正電的離子和帶負電的電子，從而形成可被檢測到微弱的離子電流。假設被測組分為AB，那么它吸收光子(hv)后直接電尚成正尚子，放出電子，即AB+hv—AB++e。在電場作用下，電子e和正尚子AB+分別向正、負極流動，形成微電流，電流信號經過處理后與數據庫比對即可得出待檢測物質。理論上，所有的化學物質都能被離子化，但是它們被電離所需要的能量是不同的。本發明可檢測大多數有機化合物如:苯，甲苯，乙苯，二甲苯、丙酮，甲基酮和乙醛、二乙基胺、三氯乙烯，全氯乙烯、硫醇類，磺化物、丁二烯，異丁烯、異丙醇，乙醇、丁烷，辛烷等。
[0004]本發明離子發生引出裝置包括離子發生模塊、上中氣路模塊、離子引出模塊、離子控制門模塊；本發明離子發生引出控制方法包括PID電極的控制過程、離子室電場的控制過程、離子門開啟關閉的控制過程。
[0005]上述離子發生模塊含有一光離子化檢測器(PID燈)，PID燈上面包覆有兩片PID燈電極，高壓電場由此引入；下部為PID燈窗口，在工作時發出一定波長的光子流。離子發生模塊在PID燈窗口處有一上電位網柵片，與PID燈窗口處硅膠密封圈緊密配合，并且與下部的上氣路模塊連接，上氣路模塊中間與側壁之間有一圓環空腔，氣體由此進入，上氣路模塊中間為一通孔內腔，上電位網柵片在圓環空腔和通孔內腔上部與離子發生模塊的下部緊密結合，上電位網柵片與圓環空腔之間為有網筋連接的圓環孔，進入的氣體由此進入并吹向PID燈窗口，然后由上電位網柵片中間吹出進入通孔內腔，上電位網柵片和氣路模塊中間通孔內腔構成電離室，PID燈發出一定波長的光子流與通過上氣路模塊進入的氣體在此處電離，此種電離室結構，可以使樣品氣體均勻到達PID燈窗口并且垂直于PID燈發出一定波長的光子流形成離子流，使樣品氣體檢測充分；由上電位網柵片在PID燈窗口下部間隙配合，而且與電路控制系統中高電位連接，可以使離子流中的電子為零；因此不但防止了樣品氣體在PID燈窗口表面積累，也可以使PID燈快速回零，就可以實現在多個樣品之間快速多次檢測。
[0006]電離室下部為離子引出模塊，它的結構是三片電場環片中間安有兩片絕緣環體，依據庫侖定律，在三片電場環片上加以等值梯度電位，那么就在三片電場環片中間產生均勻電場。因此，電離室中的離子流就會沿著電場方向運動并且穿過離子引出模塊繼續下行。離子引出模塊的下部為中氣路模塊，中氣路模塊的結構與上氣路模塊完全相同，此處是排氣功能，多余氣體由圓環空腔排出。
[0007]離子流在電場力的作用下穿過中氣路模塊的通孔內腔到達離子控制門模塊。其中，離子控制門模塊為三片中間鏤空成線條狀的金屬環片(即離子門片)，上下兩片離子門片的結構完全相同并且短路連接，中間一片離子門片的線條與另兩片的位置錯開，并且與上下兩片離子門片之間有絕緣墊片。此時，在離子門片上加以等值梯度電位，那么就在三片離子門片中間產生均勻電場。因此，離子流就會沿著電場方向運動并且穿過離子控制門模塊繼續下行。如果在中間片離子門片施加低于上下兩片離子門片的電位，那么，離子流就會流入中間離子門片，離子流沿著電場方向運動截止。所以，此處的三片離子門片相當于一個門來控制離子流的運動，其具體開閉過程由電路控制系統實施。
[0008]本發明通過對可以控制的離子流進行分析，就可以達到對氣體介質中的物質進行檢測的目的，本發明的離子發生引出裝置可以作為激發源應用于精密分析儀器中。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明離子發生引出裝置的外部結構示意圖。
[0010]圖1a為本發明PID燈殼的結構示意圖。
[0011]圖1b為本發明PID燈的結構示意圖。
[0012]圖1c為本發明PID燈左電極的結構示意圖。
[0013]圖1d為本發明PID燈右電極的結構示意圖。
[0014]圖1e為本發明硅膠密封圈的結構示意圖。
[0015]圖1f為本發明上電位網柵片的結構示意圖。
[0016]圖1g為本發明上氣路模塊的結構示意圖。
[0017]圖1h為本發明上電場環片的結構示意圖。
[0018]圖1i為本發明上絕緣環體的結構示意圖。
[0019]圖1j為本發明中電場環片的結構示意圖。
[0020]圖1k為本發明下絕緣環體的結構示意圖。
[0021]圖11為本發明下電場環片的結構示意圖。
[0022]圖1m為本發明中氣路模塊的結構示意圖。
[0023]圖1n為本發明上離子門片的結構示意圖。
[0024]圖1o為本發明離子門上絕緣片的結構示意圖。
[0025]圖1p為本發明中離子門片的結構示意圖。
[0026]圖1q為本發明離子門下絕緣片的結構示意圖。
[0027]圖1r為本發明下離子門片的結構示意圖。
[0028]圖1s為本發明下離子門片絕緣環體的結構示意圖。
[0029]圖2為本發明離子發生引出裝置的工作原理示意圖。
[0030]圖3為本發明控制電路的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合【附圖說明】本發明的【具體實施方式】。
[0032]參見圖1和圖3，其顯示了離子發生引出裝置各單元的主要構成及其相互關聯。I為PID燈，它提供氣體電離時需要的光子流。4為PID燈左電極，3為PID燈右電極，兩電極通過PID燈殼2緊密覆蓋在PID燈I上。如圖la、圖lc、圖1d所示，PID燈左電極引線端41從PID燈殼上的左引線孔23處引出；PID燈右電極引線端31從PID燈殼上的右引線孔22處引出。PID燈左電極引線端41與圖3所示電路控制系統19中PID電極單元處的PID-A連接，PID燈右電極引線端31與電路控制系統19中PID電極單元處的PID-B連接，通過此處，電路控制系統19為PID燈I提供產生光子流的能量控制過程。光子流與樣品氣體接觸后電離產生離子流。5為硅膠密封圈，由于PID燈I是玻璃結構，所以它可以起到緩沖減震的作用，另外還可以起到密封作用。6為上電位網柵片，參見圖lf，其為一薄金屬圓片結構，66為細網柵，65為網孔，63為網筋，64為環孔，61為基片，62為引線端，通過細網柵66、網筋63與基片61結合構成上電位網柵片6。細網柵66之間為等電位，可以提供均勻電場并且綜合離子流中的電子使電子為零，網孔65可以使離子流均勻通過。參見圖le，硅膠密封圈5的實心體部分51處與基片61緊密結合。引線端62與電路控制系統19中離子室電場單元處的Dl連接，通過此處，電路控制系統19為上電位網柵片與電路控制系統19中高電位連接提供高電位電場實現電路控制過程。7為上氣路模塊，參見圖lg，基體71為聚四氟乙烯材料絕緣且耐高壓，73為鎖緊環上沿，與PID燈殼下沿21緊密配合；75為鎖緊環下沿，74為進氣口，與氣路控制系統20連接，氣路控制系統采用氣泵和過濾系統，為實驗室常規使用設備，在此不做敘述。76為引線端槽，上電位網柵片引線端62從此處通過。72為環出氣口，對應于上電位網柵片環孔64，樣品由此進入并吹向PID燈窗口，可以使樣品氣體均勻到達PID燈窗口，并且與PID燈發出一定波長的光子流垂直流通，使樣品氣體充分電離，然后離子流從中間通孔流出。此種電離室結構，不但防止了樣品氣體在PID燈窗口的表面積累，也可以使PID燈快速回零，就可以實現在多個樣品之間快速多次檢測。
[0033]依據庫侖定律，離