[發(fā)明專利]一種離子遷移波譜儀腔

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280023269.0
• 申請(qǐng)日: 2012-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN103534589A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 瑪爾格澤塔·亞庫(kù)波夫斯卡;韋斯特夫·格蕾維斯;邁克爾·賽雷穆加;米洛斯拉夫·瑪茲爾朱克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 化學(xué)及放射性測(cè)量軍事研究院
• 主分類號(hào): G01N27/62
• 分類號(hào): G01N27/62
• 代理公司: 北京匯澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 馬廷昭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明關(guān)于一種場(chǎng)非對(duì)稱離子遷移波譜儀腔，一種用于檢測(cè)化學(xué)污染的裝置。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的光譜掃描儀檢測(cè)和識(shí)別大多數(shù)的有機(jī)物質(zhì)為劇毒性。目前，劇毒性化學(xué)物質(zhì)（化學(xué)武器和劇毒工業(yè)原料）的檢測(cè)通過(guò)基于IMS（離子遷移譜儀）的檢測(cè)器進(jìn)行。這些傳統(tǒng)的光譜儀在溫度為50℃時(shí)工作，具有高靈敏度，但分辨率不高，導(dǎo)致了在實(shí)際使用時(shí)誤報(bào)警。在檢測(cè)到化學(xué)污染后，指示器產(chǎn)生一個(gè)警報(bào)信號(hào)，例如：激活蜂鳴聲和光，或者發(fā)送一個(gè)信號(hào)以激活用戶自定義的設(shè)備，就像通風(fēng)裝置或報(bào)警系統(tǒng)。誤報(bào)警的次數(shù)越低越好，因?yàn)槠鋾?huì)削弱污染檢測(cè)系統(tǒng)的可信度，并且可能導(dǎo)致不必要的應(yīng)急程序的實(shí)施。

IMS檢測(cè)器腔分為兩個(gè)區(qū)域。第一區(qū)域從半透膜到注入隔柵，在該區(qū)域通過(guò)一個(gè)β或者α輻射源進(jìn)行離子化，第二區(qū)域是一個(gè)遷移區(qū)，從注入隔柵到收集電極。提供一個(gè)高電壓（從1.5kv-3kv）在輻射源前面的隔柵上，輻射源與收集電極之間的金屬環(huán)有較低的電位。該電場(chǎng)由離子從電離區(qū)沿直線移動(dòng)至收集電極形成。大多氣態(tài)物質(zhì)具有不同的遷移速率，所以允許依照離子自身特點(diǎn)通過(guò)遷移區(qū)的傳輸時(shí)間變化。

目前，有一些基于實(shí)現(xiàn)用于檢測(cè)污染的設(shè)備的特性的提高的研究。一種解決方式是具有高強(qiáng)度、高頻率橫向場(chǎng)的光譜儀與經(jīng)典離子遷移譜儀耦合，F(xiàn)AIMS在級(jí)聯(lián)序列。FAIMS技術(shù)是基于通過(guò)檢測(cè)器的離子的偏析現(xiàn)象。該FAIMS檢測(cè)器由施加有高電壓的相對(duì)的陶瓷板構(gòu)成，在高頻率下使用。在檢測(cè)器內(nèi)部偏析產(chǎn)生的電場(chǎng)的影響下，發(fā)生在收集電極處。所觀察到的離子在氣體穿過(guò)較大或較小強(qiáng)度的電場(chǎng)時(shí)的偏析是由其不同的遷移率導(dǎo)致的。離子的遷移率大多取決于，離子的電荷和氣流的速度。在應(yīng)用電極的交替電場(chǎng)的影響下，離子由于其遷移率不滿足穩(wěn)定氣流通過(guò)檢測(cè)器的條件而被捕獲。考慮到遷移通過(guò)光譜儀的活性內(nèi)部的粒子中的離子遷移率依賴于補(bǔ)償場(chǎng)的值，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種離子過(guò)濾裝置。該混合FAIMS-IMS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是基于使用FAIMS波譜儀作為第一步，但是收集電極除外。他的工作原理類似于離子阱。在通過(guò)離子化源后，被分析的氣體中的離子進(jìn)入離子阱，由兩塊相互平行的矩形板形成。蓋子之間施加超過(guò)10000【V/m】的高強(qiáng)度電場(chǎng)。由于離子的遷移率依賴于電場(chǎng)的事實(shí)，粒子分布以獲實(shí)現(xiàn)，由于電場(chǎng)在離子阱中形成，使得只有選定的離子到達(dá)收集電極。

FAIMS波譜儀大約有10倍的靈敏度，并且，其允許氣態(tài)物質(zhì)的分離，如丙酮，苯和甲苯，到目前為止尚未與典型的IMS波譜儀相區(qū)別，即便具有高的分辨率。

在使用FAIMS波譜儀時(shí)的一個(gè)重要的因素，在科學(xué)報(bào)告或者專利文獻(xiàn)中被省略，就是氣流的溫度穩(wěn)定性。氣體的溫度對(duì)于離子的遷移率具有顯著的效果，因此它對(duì)于不同的氣態(tài)物質(zhì)所產(chǎn)生的電峰位置具有效果。

例如玻璃系統(tǒng)的封閉腔的建造是已知的，腔內(nèi)允許有高純度，但是不幸的是，這樣的系統(tǒng)不能確保氣流有合適的溫度穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是發(fā)明一種腔，其能夠克服現(xiàn)有裝置中的缺點(diǎn)。

本發(fā)明中的FAIMS離子遷移波譜儀腔的本質(zhì)，包括一個(gè)分析氣體的入口和出口，熱電阻，氣體流離子發(fā)生器，F(xiàn)AIMS檢測(cè)器和離子電流收集電極，以及以在陶瓷板上形成貴金屬層的形式形成導(dǎo)電接觸。熱電阻位于陶瓷板的外表面，以二氧化釕電阻層的方式。在陶瓷板的頂板和底板的內(nèi)表面上，依次地，從氣體進(jìn)入腔的入口開始，有以放射性鎳的形式形成的氣體離子發(fā)生電極，HV和以金層的形式形成的收集電極。導(dǎo)電接觸由鈀-銀層形成。在陶瓷板的側(cè)緣部有銀層形成的邊緣接觸。

腔具有高重復(fù)精度的尺寸，允許穩(wěn)定的氣體流量，機(jī)械剛性，優(yōu)異的熱導(dǎo)性，并具有高的氣流溫度穩(wěn)定性，導(dǎo)致被分析的氣體在整個(gè)腔里具有相同的溫度，并且具有在內(nèi)部產(chǎn)生非常強(qiáng)的電場(chǎng)的能力。在電極和檢測(cè)表面的貴金屬層的作用是完全保護(hù)儀器免受腐蝕并能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，而不改變?nèi)魏螀?shù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的該腔的立體示意圖；

圖2為頂板的外表面視圖；

圖3為頂板的內(nèi)表面視圖，底板內(nèi)表面的相同視圖。

具體實(shí)施方式

具有分析氣體進(jìn)出的入口1和出口2的波譜儀腔由4塊陶瓷板構(gòu)成，頂板3和底板4和兩塊有空隙的板5和6，確保腔的氣密性以及頂板和底板之間的距離固定。陶瓷板由96%的Al2O3制成。頂板和底板的厚度為1/40,有空隙的板的厚度為1/100。在頂板3和底板4陶瓷板的每一個(gè)的外表面，具有一個(gè)熱電阻7和溫度傳感器8.該熱電阻7由一個(gè)二氧化釕層貼在陶瓷板上形成電阻層。上述電阻具有一個(gè)電子板和放大器9。