[發明專利]一種離子發生引出裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201410781908.0
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN104535643A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 馮旭東;孫強
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01N27/66
• 分類號: G01N27/66
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 田春梅

技術領域

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

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

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)后直接電離成正離子，放出電子，即AB+hv—AB⁺+e。在電場作用下，電子e和正離子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。

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。

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。

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。

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。