[發明專利]一種離子滲透氣體分子分離方法及裝置

有效

• 申請號: 201811229548.8
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109406689B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 趙振英;唐玉國;于涌
• 申請（專利權）人: 南京國科精準醫學科技有限公司;中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: G01N30/06
• 分類號: G01N30/06
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 韓飛

本發明提供一種離子滲透氣體分子分離裝置，包括裝置本體，所述裝置本體包括離子化電離源、進樣導流罩、電離室、離子推斥電極、離子滲透膜、離子中和電極；本發明還涉及一種離子滲透氣體分子分離方法。本發明采用紫外光電離、質子親和電離反應、電場輔助離子滲透、離子中和還原技術相結合，實現樣品氣體分子快速分離；本發明的分離時間間隔可根據后續檢測儀器的分析處理速度聯動調節；同時分離處理過程中只需要消耗較小的電功率來電離和輔助離子滲透，無需大范圍溫控，無需高壓載氣，整個裝置體積小、重量輕、無耗材。本發明構思巧妙，分離效果控制靈活，便于氣體檢測推廣應用。

技術領域

本發明涉及復雜多組分氣體分子檢測樣品前處理領域，特別涉及一種離子滲透氣體分子分離方法。

背景技術

復雜多組分氣體分子檢測是氣體精細化檢測的重要部分，在采用質譜或離子遷移譜對氣體樣品進行分析檢測時，氣體分子種類較少的樣品可以直接進樣檢測，當待測樣品為復雜多組分氣體時部分樣品分子之間會相互干擾導致漏檢或誤檢測，因此對于復雜多組分氣體分子的檢測需要進行氣體分離樣品前處理，如與氣相色譜聯用在進樣前用氣相色譜對樣品分子進行分離處理。

氣相色譜是當前質譜檢測中使用最為廣泛的樣品分子分離處理技術，其分離器件色譜柱以氣體作為流動相、以固體或液體作為固定相，利用物質的沸點、極性及吸附性質的差異來實現混合物的分離。但氣相色譜的缺點是在分離的過程中需要對色譜柱進行控溫加熱，同時需要高壓純凈的載氣來推動流動；例如，氣相色譜裝置或設備大都采用溫控箱來加熱色譜柱，同時配備高壓氦氣和氬氣鋼瓶來推動流動相，使得整個裝置或設備體積大、重量沉重，難以便攜移動、不利于現場快速檢測，另一方面隨著高壓載氣的消耗更換沉重的載氣鋼瓶也給使用帶來了不便之處；此外色譜柱的保留時間在分鐘量級，分離一個樣品一般要幾分鐘到幾十分鐘的時間，無法勝任檢測速度要求在秒級或更快的在線監測。

綜上，常用于質譜或離子遷移譜復雜多組分氣體樣品分離處理的氣相色譜裝置或設備存在體積大、重量沉重、需要高壓鋼瓶載氣、分離處理速度慢等缺點，隨著便攜式微小型質譜儀和離子遷移譜儀的發展，氣相色譜難以滿足質譜和離子遷移譜在便攜式現場快檢領域以及秒級頻率的高速在線檢測領域的應用配套需求。有鑒于此，實有必要開發一種新式的氣體分子分離方法，用以解決上述問題。

發明內容

針對現有技術中存在的不足之處，本發明的目的是提供一種離子滲透氣體分子分離方法及裝置，采用紫外光電離、質子親和電離反應、電場輔助離子滲透(場致離子滲透)、離子中和還原技術相結合，實現樣品氣體分子快速分離；同時分離處理過程中只需要消耗較小的電功率來電離和輔助離子滲透，無需大范圍溫控，無需高壓載氣，整個裝置體積小、重量輕、無耗材。

為了實現根據本發明的上述目的和其他優點，提供了一種離子滲透氣體分子分離方法，包括以下步驟：

進氣，在離子化電離源與離子推斥電場關閉狀態下，向電離反應腔注入樣品氣體，直至充滿電離反應腔后將樣品氣體封閉在電離反應腔內，向電離反應腔注入樣品氣體的同時開啟載樣洗氣；

電離化，配置離子化電離源功率，脈沖式開啟離子化電離源，得到質子親和能高的樣品氣體分子轉變成的帶電離子，其中，離子化電離源注入的高能光子數量少于電離反應腔中可電離的樣品分子數量；

推斥分離，開啟離子推斥分離電場，其中，所述離子推斥分離電場穿過電離反應腔和離子滲透膜，帶電離子在電場力作用下透過離子滲透膜后到達離子中和電極板，在離子中和電極板上獲得電荷被中和還原為中性分子并通過載樣洗氣攜帶送至檢測儀器，未被電離的樣品氣體分子因難以穿過離子滲透膜而繼續留在電離反應腔中。

優選地，順序分離，待推斥分離完成，延時等待，待檢測儀器完成檢測，跳轉至下一次電離化，直至樣品氣體分子按質子親和能從高到低的順序依次分離出來。

優選地，所述離子化電離源為紫外光離子化電離源。