CN108091541A - 一种阵列式高场非对称波形离子迁移管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型阵列式高场非对称波形离子迁移管，包括电离区、分离区、检测区等，沿轴向方向依次排列。分离区由两个或两个以上、且位于同轴设置的圆筒形外电极和圆柱形内电极上的分离电极对构成；检测区由两个或两个以上、且位于同轴设置的圆筒形外电极和圆柱形内电极上的检测电极对构成。每一对分离电极対至少一个为地电极、至少一个电极为高压非对称场电极。每一对检测电极对一个电极施加正偏置电压，一个电极施加负偏置电压。本发明可以同时提供两个或两个以上的检测通道，实现多个化合物的同时测定，缩短检测周期；结构简单、体积小，便于加工和产业化推广。

Description

一种阵列式高场非对称波形离子迁移管

技术领域

本发明涉及大气压分离分析技术，具体地说是一种新型组合式高场非对称波形离子迁移管设计制作技术，该阵列式高场非对称波形离子迁移管的检测通道采用结构上的一体化设计，具有一体化的气体入口、离子源、两个及两个以上的分离电极对、两个及两个以上的检测电极对、气体出口等，实现了不同极性离子同时检测，提高了仪器检测的应用范围；利用多个分离电极和检测电极实现多离子的同时检测，从而缩短了检测时间。

背景技术

高场非对称波形离子迁移谱是基于传统离子迁移谱技术不断发展起来的一门物质分析检测技术，首次公开报道是在1993年，由前苏联Buryakov等提出。它是基于离子在高场(E/N>40Td，1Td＝10_- ¹⁷Vcm²)、低场(E/N<2Td)中离子迁移率变化来实现不同物质的检测。

非对称场离子迁移谱的原理如下：离子的迁移率可以表示为：

K＝K₀(1+α)

其中，K为高场下离子的迁移率，K₀为低场下离子的迁移率，为高场下离子迁移率相对于低场下的变化率，其值可正可负，因物质而异。低场下α＝0。

以载气使物质离子垂直于电场方向通过漂移区，漂移区施加以射频正负切换的非对称场，整个射频周期内，电压的时间平均值为零。这样，在高低场区段内，离子以迁移率K沿电场都有一垂直位移，但是，若高场与低场下的迁移率不同，在一个周期内离子总体上将在垂直于方向上离开原来的位置，产生一个净位移。经过一定时间的积累，离子的这种位移将使其打到极板上而被中和。为了使这种离子顺利通过检测区，可以在原来的电场上叠加一直流电场，当所加直流电场适当时，离子在垂直方向上的净位移为零，进而可以顺利通过检测通道被检测到。通过扫描上述的直流电场，就可以检测不同的离子。

高场非对称波形离子迁移谱技术具有检测灵敏度高，设备简单，体积小，便于携带，检测成本低等优点，越来越受到人们的重视。目前，它可以被应用***物的监测，毒品稽查，生化战剂的检测等许多领域。目前，文献和专利报道的高场非对称波形离子迁移谱包括平板结构(200910086487.9、201310191739.0)、圆柱形结构(200810229883.8)。此前的平板结构装置仅仅实现了单一极性(亲电子性或亲质子性)离子的检测。为了提高检测速度，减小分析时间，专利200810229883.8提出了一种并联式、串联式组合式高场非对称波形离子迁移管，通过设置二个或二个以上的地电极套筒；但是由于要对样品进行分流，会减小目标化合物浓度、导致检测灵敏度下降。

本发明提供了一种阵列式高场非对称波形离子迁移管，通过一体化设计加工，实现多化合物同时测定，减小分析时间、实现高通量分析。

发明内容

本发明目的是提供一种多通道组合式高场非对称波形离子迁移管，本发明迁移管的离子迁移分离和检测检测通道采用结构上的一体化设计，实现了双通道或多通道同时检测，减少误报率，提高了仪器检测的准确性和应用范围。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种阵列式高场非对称波形离子迁移管，包括依次顺序设置的电离区、分离区、检测区，其特征在于：

分离区包括同轴设置的圆筒形外电极和圆柱形内电极，圆柱形内电极穿套于圆筒形外电极内，分离区处于圆筒形外电极内表面与圆柱形内电极外表面之间；

于圆柱形内电极外表面上沿轴向设有N个条形片状第一分离电极，第一分离电极的径向截面为圆弧形，其一侧表面完全贴合于圆柱形内电极外表面上；于圆筒形外电极内表面上沿轴向设有N个条形片状第二分离电极，第二分离电极的径向截面为圆弧形，其一侧表面完全贴合于圆筒形外电极内表面上；第一分离电极与第二分离电极一一相向设置，构成的分离电极对，且同一分离电极对内的第一分离电极与第二分离电极的圆弧形截面的弧度相等；

检测区包括同轴设置的圆筒形外电极和圆柱形内电极，圆柱形内电极穿套于圆筒形外电极内，检测区处于圆筒形外电极内表面与圆柱形内电极外表面之间；

于圆柱形内电极外表面上沿轴向设有N个条形片状第一检测电极，第一检测电极的径向截面为圆弧形，其一侧表面完全贴合于圆柱形内电极外表面上；于圆筒形外电极内表面上沿轴向设有N个条形片状第二检测电极，第二检测电极的径向截面为圆弧形，其一侧表面完全贴合于圆筒形外电极内表面上；第一检测电极与第二检测电极一一相向设置，构成的检测电极对，且同一检测电极对内的第一检测电极与第二检测电极的圆弧形截面的弧度相等；

N为大于等于2的整数；

N个分离电极对和N个检测电极对一一对应，沿离子迁移管轴向顺序设置，且相对应的检测电极对中电极的圆弧形截面的弧度与分离电极对中电极的圆弧形截面的弧度相等。

于分离电极对与检测电极对之间设有屏蔽电极；分离电极对中一电极为高压非对称场射频电极，另一电极为地电极；各个分离电极对相互独立，电极对中地电极通过导线与大地相连，高压电极通过导线和高场非对称电源及直流补偿电源相连；分离电极对之间的间距为0.001到5mm。

在离子源远离检测区的一端设置有气体入口，检测区远离离子源一端设置有气体出口；气体出口和气体入口分别位于高场非对称波形离子迁移管的左右二侧。

各个检测电极对相互独立，电极对中一电极上施加正偏置电压，另一电极施加负偏置电压；检测电极对之间的间距为0.001-5mm。

所述的正偏置电压幅值在0到50V；负偏置电压在-50到0V之间。

本发明组合式高场非对称波形迁移管形成的双检测通道采用结构上一体化设计，具有组合式一体化的气体入口、离子源、迁移区、高压非对称场电极、法拉第盘、气体出口等部件，实现了双检测通道的同时检测。组合式高场非对称波形迁移管可以采用相同的离子注入方式，不同极性离子的分离以及离子收集方式。在本发明的某一个或几个电极套筒内可同时或分别添加一种或几种掺杂剂，或采用不同载气，可以大大提高检测能力。

本发明的优点是：

1.设计实现了一体化设计的阵列式高场非对称波形离子迁移管；

2.实现了多通道检测正、负极性的离子，可以同时检测亲电子性和亲质子性物质，不仅扩大了检测范围，而且提高了检测的效率，缩短了分析时间；

3.实现了同一时间内分析多种化合物，适合用于混合体系中多种目标化合物的同时检测；

4.本发明结构简单、加工方便，易于批量化生产；

本发明可以两个及两个以上的检测通道，实现多种化合物的同时测定，缩短分析周期，提高分析效率，实现大批量样品的快速分析；另外，本发明也可以针对同一种化合物，在不同电极对上施加不同高场非对称波射频高压，短时间内获取补偿电压和射频电压的二位谱图，提高识别准确性。该新型的高场非对称波形离子迁移谱可以减少温度、环境、漂气等参数的影响，尤其适用于较高空气湿度的环境，从而实现对待测物的高灵敏度和高识别准确性。

附图说明

图1为阵列式高场非对称波形离子迁移管的原理图；

具体实施方式

本发明的阵列式高场非对称波形离子迁移管的示意图如图1所示。

一种阵列式高场非对称波形离子迁移管，包括依次顺序设置的电离区10、分离区11、检测区12，分离区11包括同轴设置的圆筒形外电极和圆柱形内电极，圆柱形内电极穿套于圆筒形外电极内，分离区11处于圆筒形外电极内表面与圆柱形内电极外表面之间；

于圆柱形内电极外表面上沿轴向设有N个条形片状第一分离电极6’，第一分离电极6’的径向截面为圆弧形，其一侧表面完全贴合于圆柱形内电极外表面上；于圆筒形外电极内表面上沿轴向设有N个条形片状第二分离电极6，第二分离电极6的径向截面为圆弧形，其一侧表面完全贴合于圆筒形外电极内表面上；第一分离电极6’与第二分离电极6一一相向设置，构成的分离电极对，且同一分离电极对内的第一分离电极6’与第二分离电极6的圆弧形截面的弧度相等；

检测区12包括同轴设置的圆筒形外电极和圆柱形内电极，圆柱形内电极穿套于圆筒形外电极内，检测区12处于圆筒形外电极内表面与圆柱形内电极外表面之间；

于圆柱形内电极外表面上沿轴向设有N个条形片状第一检测电极8’，第一检测电极8’的径向截面为圆弧形，其一侧表面完全贴合于圆柱形内电极外表面上；于圆筒形外电极内表面上沿轴向设有N个条形片状第二检测电极8，第二检测电极8的径向截面为圆弧形，其一侧表面完全贴合于圆筒形外电极内表面上；第一检测电极8’与第二检测电极8一一相向设置，构成的检测电极对，且同一检测电极对内的第一检测电极8’与第二检测电极8的圆弧形截面的弧度相等；

N为大于等于2的整数；

N个分离电极对和N个检测电极对一一对应，沿离子迁移管轴向顺序设置，且相对应的检测电极对中电极的圆弧形截面的弧度与分离电极对中电极的圆弧形截面的弧度相等。

于分离电极对与检测电极对之间设有屏蔽电极9；分离电极对中一电极为高压非对称场射频电极，另一电极为地电极；各个分离电极对相互独立，电极对中地电极通过导线与大地相连，高压电极通过导线和高场非对称电源及直流补偿电源相连；分离电极对之间的间距为0.001到5mm。

在离子源2远离检测区的一端设置有气体入口1，检测区远离离子源一端设置有气体出口7；气体出口7和气体入口1分别位于高场非对称波形离子迁移管的左右二侧。

各个检测电极对相互独立，电极对中一电极上施加正偏置电压，另一电极施加负偏置电压；检测电极对之间的间距为0.001-5mm。

所述的正偏置电压幅值在0到50V；负偏置电压在-50到0V。

测量时，样品在电离区10内被离子化，然后在载气携带作用下进入分离区11；迁移区11内两个或两个以上的分离电极对上的一电极上上面被施加不同的高场非对称波形射频电压和一补偿直流电压，另一电极接地；这样在N个条形片状第二分离电极6和第一分离电极6’之间的N个不同的分离区内的电场不同，允许迁移率变化不同的离子通过，实现不同化合物的同时分离；通过分离区11的离子进入检测区12，正负离子在偏置电压作用下分别到达检测电极8和8’检测。尾气经过气体出口7排出。

Claims (5)

1.一种阵列式高场非对称波形离子迁移管，包括依次顺序设置的电离区(10)、分离区(11)、检测区(12)，其特征在于：

分离区(11)包括同轴设置的圆筒形外电极和圆柱形内电极，圆柱形内电极穿套于圆筒形外电极内，分离区(11)处于圆筒形外电极内表面与圆柱形内电极外表面之间；

于圆柱形内电极外表面上沿轴向设有N个条形片状第一分离电极(6’)，第一分离电极(6’)的径向截面为圆弧形，其一侧表面完全贴合于圆柱形内电极外表面上；于圆筒形外电极内表面上沿轴向设有N个条形片状第二分离电极(6)，第二分离电极(6)的径向截面为圆弧形，其一侧表面完全贴合于圆筒形外电极内表面上；第一分离电极(6’)与第二分离电极(6)一一相向设置，构成的分离电极对，且同一分离电极对内的第一分离电极(6’)与第二分离电极(6)的圆弧形截面的弧度相等；

检测区(12)包括同轴设置的圆筒形外电极和圆柱形内电极，圆柱形内电极穿套于圆筒形外电极内，检测区(12)处于圆筒形外电极内表面与圆柱形内电极外表面之间；

于圆柱形内电极外表面上沿轴向设有N个条形片状第一检测电极(8’)，第一检测电极(8’)的径向截面为圆弧形，其一侧表面完全贴合于圆柱形内电极外表面上；于圆筒形外电极内表面上沿轴向设有N个条形片状第二检测电极(8)，第二检测电极(8)的径向截面为圆弧形，其一侧表面完全贴合于圆筒形外电极内表面上；第一检测电极(8’)与第二检测电极(8)一一相向设置，构成的检测电极对，且同一检测电极对内的第一检测电极(8’)与第二检测电极(8)的圆弧形截面的弧度相等；

N为大于等于2的整数；

N个分离电极对和N个检测电极对一一对应，沿离子迁移管轴向顺序设置，且相对应的检测电极对中电极的圆弧形截面的弧度与分离电极对中电极的圆弧形截面的弧度相等。

2.如权利要求1所述离子迁移管，其特征在于：

于分离电极对与检测电极对之间设有屏蔽电极(9)；分离电极对中一电极为高压非对称场射频电极，另一电极为地电极；各个分离电极对相互独立，电极对中地电极通过导线与大地相连，高压电极通过导线和高场非对称电源及直流补偿电源相连；分离电极对之间的间距为0.001到5mm。

3.如权利要求1所述离子迁移管，其特征在于：

在离子源(2)远离检测区的一端设置有气体入口(1)，检测区远离离子源一端设置有气体出口(7)；气体出口(7)和气体入口(1)分别位于高场非对称波形离子迁移管的左右二侧。

4.如权利要求1所述离子迁移管，其特征在于：各个检测电极对相互独立，电极对中一电极上施加正偏置电压，另一电极施加负偏置电压；检测电极对之间的间距为0.001-5mm。

5.如权利要求4所述的偏置电压，其特征在于：所述的正偏置电压幅值在0到50V；负偏置电压在-50到0V之间。