[發(fā)明專利]離子遷移譜儀

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210085709.7
• 申請(qǐng)日: 2012-03-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103367092A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊杰;曹樹(shù)亞;郭成海;趙將;蔣顏瑋;邵晟宇;潘勇;楊柳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍63975部隊(duì)
• 主分類號(hào): H01J49/26
• 分類號(hào): H01J49/26;H01J49/06
• 代理公司: 中國(guó)人民解放軍防化研究院專利服務(wù)中心 11046
• 代理人: 劉永盛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于毒品和爆炸物檢測(cè)的離子遷移譜儀及其離子存儲(chǔ)和導(dǎo)出方法，屬于安全檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

通常在離子遷移譜技術(shù)中，遷移管中的離子?xùn)砰T(mén)采用Bradbury-Nielson結(jié)構(gòu)。這種離子?xùn)砰T(mén)中，拉緊的細(xì)金屬絲在同一平面以很小的間隔平行排列，兩組各自連通的金屬絲在結(jié)構(gòu)上以叉指形式間隔分離，且相互電絕緣地一起固定在不導(dǎo)電的支架上。安裝金屬絲時(shí)必須拉緊金屬絲，但是金屬絲很容易拉斷。由于金屬絲的熱脹冷縮還可能導(dǎo)致金屬絲的松弛或斷裂。無(wú)論采用何種設(shè)計(jì)方案，如果出現(xiàn)了金屬絲線的不平行、彎曲或其他缺陷，都會(huì)導(dǎo)致離子?xùn)砰T(mén)和遷移管的性能變差。一般情況下，在離子?xùn)砰T(mén)控制下，在每20ms～30ms的時(shí)間內(nèi)，有300μs的時(shí)間離子可以從反應(yīng)區(qū)進(jìn)入遷移區(qū)。這樣，就只有1％的離子被用于測(cè)量，離子利用率很低。這種離子?xùn)砰T(mén)的設(shè)計(jì)受到占空比、最小脈沖寬度、遷移管安裝的復(fù)雜性和高成本等固有因素的困擾和限制。

為了提高遷移管的離子利用率，降低組裝的難度，有人提出了離子存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的離子?xùn)砰T(mén)。在離子門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，傳統(tǒng)的離子?xùn)砰T(mén)通過(guò)橫向的電場(chǎng)，使得離子撞在金屬絲上而被中和掉；而離子存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)則將電離區(qū)漂移過(guò)來(lái)的離子儲(chǔ)存起來(lái)，直至離子門(mén)切換至打開(kāi)狀態(tài)，再通過(guò)電場(chǎng)作用，使儲(chǔ)存起來(lái)的離子進(jìn)入遷移區(qū)。

美國(guó)專利5200614公開(kāi)了一種離子存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的遷移管。在這種設(shè)計(jì)中，雖然將電離區(qū)和離子存儲(chǔ)區(qū)合為一體，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，但在進(jìn)一步的應(yīng)用中帶來(lái)了不便。由于正負(fù)離子同時(shí)積聚在離子存儲(chǔ)區(qū)，它們的復(fù)合作用會(huì)造成離子的損失，影響遷移管的靈敏度。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能將離子存儲(chǔ)區(qū)的離子送入遷移區(qū)，從而造成離子遷移譜的展寬，影響遷移管的分辨率。

中國(guó)專利200710304330.x提出了改進(jìn)方案，通過(guò)電場(chǎng)屏蔽使得存儲(chǔ)的離子能夠自由地分布在離子存儲(chǔ)區(qū)，而不受外界電場(chǎng)的影響。然而，由于電場(chǎng)屏蔽的作用，導(dǎo)向聚焦電極難以有效地發(fā)揮作用，導(dǎo)致存儲(chǔ)區(qū)的離子需要較長(zhǎng)時(shí)間才能進(jìn)入遷移區(qū)，從而制約了儀器的分辨率和靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明在相關(guān)離子存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)上，提出一種新型的離子遷移譜儀，能夠有效地提高離子利用率至10％～20％，整體提升離子遷移譜儀的檢測(cè)性能。其控制方法、制造工藝比較簡(jiǎn)單，能夠有效地降低成本。

解決不足所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的離子遷移譜儀包括離子源電極1、聚焦導(dǎo)向電極4、離子存儲(chǔ)電極5；

離子源電極1由不銹鋼筒狀結(jié)構(gòu)組成，靠近聚焦導(dǎo)向電極4的一側(cè)有內(nèi)倒角；

聚焦導(dǎo)向電極4由不銹鋼的喇叭狀結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu)組合而成，表面噴涂一層絕緣漆；設(shè)置在靠近離子源電極1有內(nèi)倒角的一側(cè)，且喇叭狀結(jié)構(gòu)從靠近離子源電極1的一側(cè)向遠(yuǎn)離離子源電極1的一側(cè)逐漸變大；

聚焦導(dǎo)向電極4的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，具有屏蔽外界電場(chǎng)的作用，保證離子存儲(chǔ)區(qū)的電場(chǎng)幾乎為零，從而使得離子在離子存儲(chǔ)區(qū)自由分布；

離子存儲(chǔ)電極5，設(shè)置在聚焦導(dǎo)向電極4的遠(yuǎn)離離子源電極1的那一側(cè)，由不銹鋼絲網(wǎng)和不銹鋼環(huán)組成；

離子存儲(chǔ)電極5不銹鋼絲網(wǎng)的孔狀結(jié)構(gòu)包含六邊形孔、圓形孔或正方形孔；離子存儲(chǔ)區(qū)過(guò)多的離子將會(huì)撞擊到離子存儲(chǔ)電極5的不銹鋼絲網(wǎng)上，保證了離子存儲(chǔ)區(qū)的離子不會(huì)因?yàn)榇鎯?chǔ)了過(guò)多的離子而出現(xiàn)“溢出”現(xiàn)象，防止在離子存儲(chǔ)階段離子進(jìn)入遷移區(qū)，同時(shí)也避免了遷移管接收端由于檢測(cè)電流過(guò)大可能引起燒壞信號(hào)放大和采集電路的問(wèn)題；

聚焦導(dǎo)向電極4與離子存儲(chǔ)電極5之間環(huán)狀絕緣夾層7為聚四氟乙烯或PEEK材料，其厚度小于4mm，這樣，絕緣夾層7的厚度限定了離子存儲(chǔ)區(qū)的軸向?qū)挾龋沟秒x子分布在較薄的一層，同時(shí)聚焦導(dǎo)向電極和離子存儲(chǔ)電極之間能夠形成較強(qiáng)的電場(chǎng)，有利于電壓脈沖在很短的時(shí)間內(nèi)將離子導(dǎo)入遷移區(qū)。

本發(fā)明的離子遷移譜儀的控制方法在一個(gè)工作周期內(nèi)(20～30ms)包括離子存儲(chǔ)階段、離子導(dǎo)出階段和過(guò)渡階段：

離子存儲(chǔ)階段，向聚焦導(dǎo)向電極4和離子存儲(chǔ)電極5施加電壓，使得其小于或等于電極3和電極6上施加的電壓，以形成電勢(shì)“洼地”，將離子存儲(chǔ)在離子存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中，該階段持續(xù)200～300μs；

離子導(dǎo)出階段，向聚焦導(dǎo)向電極4和離子存儲(chǔ)電極5施加電壓，使得其高于電極3和電極6上施加的電壓，且聚焦導(dǎo)向電極4上的電壓高于離子存儲(chǔ)電極5上的電壓，以導(dǎo)出存儲(chǔ)在離子存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中的離子；