RU121936U1 - DEVICE FOR SEPARATION OF IONS IN GASES - Google Patents

Abstract

1. Устройство для разделения ионов в газах, включающее два коаксиально и/или концентрически расположенных электрода - внешний и внутренний, между которыми образована полость, имеющая вход и выход и продуваемая потоком дрейфового газа, содержащего смесь ионов, источники компенсирующего напряжения, знакопеременного периодического симметричного и несимметричного по полярности напряжений, подключенные к электродам, отличающееся тем, что по крайней мере один из электродов состоит из по крайней мере трех соосных коаксиально и/или концентрически расположенных электрически изолированных частей, расположенных последовательно от входа в полость к выходу из полости, а источник знакопеременного симметричного по полярности напряжения подключен только к средней части электрода. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно введен источник компенсирующего напряжения, подключенный к части электрода, расположенной вблизи выхода из полости. ! 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что дополнительно введен источник импульсного напряжения, подключенный к части электрода, расположенной вблизи выхода из полости. ! 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно введены источники компенсирующего напряжения по числу частей электрода, причем каждый из источников подключен к одной из электрически изолированных частей электрода. 1. A device for separating ions in gases, including two coaxial and / or concentrically located electrodes - external and internal, between which a cavity is formed, which has an inlet and outlet and is purged with a flow of drift gas containing a mixture of ions, sources of compensating voltage, alternating periodic symmetrical and polarity asymmetric voltage connected to the electrodes, characterized in that at least one of the electrodes consists of at least three coaxial coaxially and/or concentrically arranged electrically insulated parts located in series from the entrance to the cavity to the exit from the cavity, and the source is alternating polarity-symmetrical voltage is connected only to the middle part of the electrode. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that a compensating voltage source is additionally introduced, connected to the part of the electrode located near the exit from the cavity. ! 3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that a source of pulsed voltage is additionally introduced, connected to the part of the electrode located near the exit from the cavity. ! 4. The device according to claim 1, characterized in that additional sources of compensating voltage are introduced according to the number of parts of the electrode, and each of the sources is connected to one of the electrically insulated parts of the electrode.

Description

Полезная модель относится к области газового анализа и может быть использована для решения задач разделения ионов в газе, например, ионов взрывчатых или наркотических веществ в воздухе. Полезная модель может быть также использована как основа для газохроматографического детектирования.The utility model relates to the field of gas analysis and can be used to solve the problems of separation of ions in a gas, for example, ions of explosive or narcotic substances in air. The utility model can also be used as the basis for gas chromatographic detection.

Известны устройства для разделения ионов в газах, включающие два плоскопараллельных электрода, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и образующих полость, имеющую вход и выход и продуваемую потоком дрейфового газа, содержащего смесь ионов, источники компенсирующего напряжения и знакопеременного периодического несимметричного по полярности напряжения, подключенные к электродам [Патенты США: №6495823, 17.12.2002; №6815668, 09.11.2004; №7005632, 28.02.2006; №7129482, 31.10.2006; №7339164, 04.03.2008; №7619214, 17.11.2009].Known devices for separating ions in gases, including two plane-parallel electrodes located at some distance from each other and forming a cavity having an inlet and outlet and purged by a flow of drift gas containing a mixture of ions, sources of compensating voltage and alternating periodic polarity asymmetric voltage connected to electrodes [US Patents: No. 6495823, December 17, 2002; No. 6815668, November 9, 2004; No. 7005632, 02/28/2006; No. 7129482, 10.31.2006; No. 7339164, 03/04/2008; No. 7619214, 11/17/2009].

Основным недостатком этих технических решений является высокая степень рекомбинации ионов на электродах, обусловленная их диффузионным расплыванием. Как следствие, низкая чувствительность и высокий предел обнаружения аналитического устройства.The main disadvantage of these technical solutions is the high degree of ion recombination at the electrodes, due to their diffusion spreading. As a result, low sensitivity and high detection limit of the analytical device.

Известны устройства для разделения ионов в газах, включающие два коаксиально и/или концентрически расположенных электрода - внутренний и внешний, между которыми образована полость, имеющая вход и выход и продуваемая потоком дрейфового газа, содержащего смесь ионов, источники компенсирующего напряжения и знакопеременного периодического несимметричного по полярности напряжения, подключенные к электродам [Патенты США: №6504149, 07.01.2003; №6639212, 28.10.2003; №6653627, 25.11.2003].Known devices for separating ions in gases, including two coaxially and / or concentrically arranged electrodes - internal and external, between which a cavity is formed having an inlet and an outlet and purged by a flow of drift gas containing a mixture of ions, sources of compensating voltage and alternating periodic asymmetric polarity voltages connected to the electrodes [US Patents: No. 6504149, January 7, 2003; No. 6639212, 10.28.2003; No. 6653627, 11/25/2003].

Недостатками таких устройств являются низкая разрешающая способность и избирательность, обусловленные использованием неоднородного электрического поля, приводящего к фокусировке ионных пучков в полости и увеличению диапазона значений компенсирующего напряжения для каждого типа ионов, т.е. уширению ионных пиков на спектре. Неоднородное электрическое поле возникает при приложении напряжения между коаксиально и/или концентрически расположенными электродами.The disadvantages of such devices are low resolution and selectivity due to the use of an inhomogeneous electric field, which leads to focusing of ion beams in the cavity and an increase in the range of compensating voltage values for each type of ion, i.e. broadening of ion peaks in the spectrum. An inhomogeneous electric field occurs when voltage is applied between coaxially and / or concentrically arranged electrodes.

Известно устройство для разделения ионов в газах, включающее два цилиндрических коаксиальных электрода - внутренний и внешний, разделенных на множество цилиндрических электрически изолированных сегментов и расположенных так, что между электродами образуется полость, имеющая вход и выход и продуваемая потоком дрейфового газа, содержащего смесь ионов, множество источников компенсирующего напряжения, подключенных к множеству сегментов одного из электродов и источник знакопеременного периодического несимметричного по полярности напряжения, подключенный ко всем сегментам одного из электродов [Патент США №6621077, 16.09.2003].A device for separating ions in gases is known, including two cylindrical coaxial electrodes - internal and external, divided into many cylindrical electrically isolated segments and arranged so that a cavity is formed between the electrodes having an inlet and an outlet and blown by a drift gas stream containing a mixture of ions, compensating voltage sources connected to a plurality of segments of one of the electrodes and a source of alternating periodic asymmetric polarity, e.g. zheniya connected to all the segments of one of the electrodes [United States Patent №6621077, 16.09.2003].

Известно также устройство для разделения ионов в газах, включающее два коаксиально и концентрически расположенных электрода - внутренний и внешний, размещенных относительно друг друга так, что между ними образуется полость, имеющая вход и выход и продуваемая потоком дрейфового газа, содержащего смесь ионов, причем один из электродов разделен на два электрически изолированных сегмента, источники компенсирующего напряжения, знакопеременного периодического несимметричного по полярности напряжения, подключенные к внутреннему электроду, и источник знакопеременного периодического симметричного по полярности напряжения, подключенный к выходному сегменту внешнего электрода [Первухин В.В., Шевень Д.Г. Письма в ЖТФ. 2008. Т.34. Вып.22. С.57-63].It is also known a device for separating ions in gases, comprising two coaxially and concentrically arranged electrodes - internal and external, arranged relative to each other so that a cavity is formed between them having an inlet and an outlet and blown by a flow of drift gas containing a mixture of ions, one of which electrodes is divided into two electrically isolated segments, sources of compensating voltage, alternating periodic asymmetrical polarity of voltage connected to the internal electrode, and a source of alternating periodic voltage symmetrical in polarity, connected to the output segment of the external electrode [Pervukhin VV, Sheven DG Letters to the PTF. 2008.V. 34. Vol. 22. S.57-63].

Недостатками таких устройств являются низкая разрешающая способность и избирательность, обусловленные использованием неоднородного электрического поля, приводящего к фокусировке ионных пучков в полости и увеличению диапазона значений компенсирующего напряжения для каждого типа ионов и, следовательно, уширению ионных пиков на спектре.The disadvantages of such devices are low resolution and selectivity due to the use of an inhomogeneous electric field, which leads to focusing of ion beams in the cavity and an increase in the range of compensating voltage values for each type of ion and, therefore, broadening of the ion peaks in the spectrum.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для разделения ионов в газах, включающее два цилиндрических коаксиально расположенных электрода - внутренний и внешний, между которыми образована полость, имеющая вход и выход и продуваемая потоком дрейфового газа, содержащего смесь ионов, источники компенсирующего напряжения, знакопеременного периодического несимметричного по полярности напряжения и знакопеременного периодического симметричного по полярности напряжения, подключенные к одному из электродов [патент США №5420424, опубл. 30.05.95]. В указанном патенте симметричное по полярности напряжение называют напряжение «ряби» (ripple voltage).Closest to the proposed one is a device for separating ions in gases, which includes two cylindrical coaxially located electrodes - internal and external, between which a cavity is formed, having an inlet and an outlet and blown by a flow of drift gas containing a mixture of ions, sources of compensating voltage, alternating periodic asymmetric voltage polarity and alternating periodic symmetrical polarity of voltage connected to one of the electrodes [US patent No. 5420424, op bl. 05/30/95]. In this patent, voltage symmetrical in polarity is called ripple voltage.

Недостатками такого устройства являются сравнительно низкая чувствительность и высокий предел обнаружения, обусловленные рекомбинацией ионов на входной и выходной частях электродов вследствие колебаний этих ионов под действием поля, возникающего при приложении к электродам знакопеременного периодического симметричного по полярности напряжения.The disadvantages of this device are the relatively low sensitivity and high detection limit due to the recombination of ions at the input and output parts of the electrodes due to the oscillations of these ions under the action of a field that occurs when an alternating periodic polarity-symmetrical voltage is applied to the electrodes.

Этот недостаток обусловлен тем, что при использовании коаксиальных цилиндрических или концентрических сферических электродов внутри полости образуется электрическое поле, имеющее пространственный градиент. На входе в полость ионы равномерно распределены по сечению полости, поэтому действие знакопеременного периодического симметричного по полярности электрического поля, возникающего при приложении к электродам соответствующего напряжения, приводит к рекомбинации ионов, находящихся вблизи электродов. Далее, вследствие действия суперпозиции компенсирующего и знакопеременного периодического несимметричного по полярности электрических полей по мере транспортировки ионов по полости в потоке дрейфового газа происходит их фокусировка в центральной части полости. Воздействие знакопеременного периодического симметричного по полярности электрического поля на сфокусированный пучек ионов не вызывает какой-либо значимой рекомбинации ионов. На выходе из полости суперпозиция приложенных напряжений может противодействовать транспортировке ионов потоком дрейфового газа на регистрацию, например, если эта транспортировка осуществляется через отверстие в одном из электродов. Это противодействие также вызывает дополнительную рекомбинацию ионов. Рекомбинация ионов на электродах на входе и выходе из полости вследствие приложения знакопеременного периодического симметричного по полярности напряжения приводит к дополнительному уменьшению чувствительности и росту предела обнаружения.This drawback is due to the fact that when using coaxial cylindrical or concentric spherical electrodes, an electric field having a spatial gradient is formed inside the cavity. At the entrance to the cavity, the ions are uniformly distributed over the cavity cross section; therefore, the action of an alternating periodic electric field symmetrical in polarity, arising when a corresponding voltage is applied to the electrodes, leads to the recombination of ions located near the electrodes. Further, due to the action of a superposition of compensating and alternating periodic electric fields asymmetric in polarity, as the ions are transported through the cavity in the drift gas stream, they are focused in the central part of the cavity. The effect of an alternating periodic electric field symmetrical in polarity on a focused ion beam does not cause any significant ion recombination. At the exit from the cavity, a superposition of the applied voltages can counteract the transport of ions by the drift gas flow for registration, for example, if this transport is carried out through an opening in one of the electrodes. This reaction also causes additional ion recombination. The recombination of ions at the electrodes at the entrance and exit of the cavity due to the application of an alternating periodic voltage symmetrical in polarity leads to an additional decrease in sensitivity and an increase in the detection limit.

Задачей настоящей полезной модели является создание устройства для разделения ионов в газах, имеющего высокую чувствительность и малый предел обнаружения.The objective of this utility model is to create a device for the separation of ions in gases, having a high sensitivity and a small detection limit.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является уменьшение рекомбинации ионов на входе и выходе полости и, как следствие, повышение чувствительности и уменьшение предела обнаружения устройства для разделения ионов в газах.The technical result of the claimed utility model is to reduce the recombination of ions at the entrance and exit of the cavity and, as a result, increase the sensitivity and decrease the detection limit of the device for separating ions in gases.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для разделения ионов в газах, включающем два коаксиально и/или концентрически расположенных электрода - внешний и внутренний, между которыми образована полость, имеющая вход и выход и продуваемая потоком дрейфового газа, содержащего смесь ионов, источники компенсирующего напряжения, знакопеременного периодического симметричного и несимметричного по полярности напряжений, подключенные к электродам, по крайней мере, один из электродов состоит из по крайней мере трех соосных коаксиально и/или концентрически расположенных электрически изолированных частей, расположенных последовательно от входа в полость к выходу из полости, а источник знакопеременного периодического симметричного по полярности напряжения подключен только к средней части электрода.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for separating ions in gases, including two coaxially and / or concentrically arranged electrodes - external and internal, between which a cavity is formed, having an inlet and an outlet and purged by a flow of drift gas containing a mixture of ions, sources of compensating voltage alternating periodic symmetric and asymmetric in polarity of the voltage connected to the electrodes, at least one of the electrodes consists of at least three coax coaxially and / or concentrically located electrically isolated parts located in series from the entrance to the cavity to the exit from the cavity, and the source of alternating periodic voltage symmetrical in polarity is connected only to the middle part of the electrode.

Дополнительно введен источник компенсирующего напряжения, подключенный к части электрода, расположенной вблизи выхода из полости.Additionally, a source of compensating voltage connected to the part of the electrode located near the exit from the cavity is introduced.

Дополнительно введен источник импульсного напряжения, подключенный к части электрода, расположенной вблизи выхода из полости.Additionally, a source of pulse voltage connected to the part of the electrode located near the exit from the cavity is introduced.

Дополнительно введены источники компенсирующего напряжения по числу частей электрода, причем каждый из источников подключен к одной из электрически изолированных частей электрода.Additionally, sources of compensating voltage are introduced by the number of parts of the electrode, and each of the sources is connected to one of the electrically isolated parts of the electrode.

Преимущества настоящей полезной модели будут подробно описаны ниже со ссылками на прилагаемые фигуры, где:The advantages of this utility model will be described in detail below with reference to the accompanying figures, where:

на фиг.1 - приведен один из вариантов реализации предлагаемого устройства;figure 1 - shows one of the embodiments of the proposed device;

на фиг.2 - показаны спектры смеси отрицательных ионов взрывчатых веществ пентаэритритолтетранитрата (ПЭТН), 2,4-динитротолуола (ДНТ) и 2,4,6-тринитротолуола (ТНТ) в воздухе, имеющем температуру Т=295 К, при воздействии знакопеременного периодического несимметричного по полярности напряжения амплитудой U_s=-4000 В и частотой 200 кГц, знакопеременного периодического симметричного по полярности напряжения с фиксированными периодом р=1×10^-2 с и амплитудой, меняющейся от U=0 до U=12 В при изменении однонаправленного напряжения от U_c=0 до U_c=19 В: А) прототип - источник симметричного по полярности напряжения подключен к внутреннему электроду (электрод не разделен на части); Б) предлагаемое устройство - источник симметричного по полярности напряжения подключен к средней части внутреннего электрода.figure 2 - shows the spectra of a mixture of negative explosive ions of pentaerythritol tetranitrate (PETN), 2,4-dinitrotoluene (DNT) and 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) in air having a temperature of T = 295 K, when exposed to alternating periodic asymmetrical voltage polarity with an amplitude of U _s = -4000 V and a frequency of 200 kHz, alternating periodic voltage symmetrical with a polarity with a fixed period of p = 1 × 10 ^-2 s and an amplitude that varies from U = 0 to U = 12 V when changing unidirectional voltage from U _c = 0 to U _c = 19 V: A) prototype - is a polarity-balanced voltage polarity is connected to the internal electrode (the electrode is not divided into parts); B) the proposed device is a source of voltage symmetrical in polarity is connected to the middle part of the internal electrode.

А) прототип - ионные токи, А: ПЭТН - 1.2×10^-13, ТНТ - 6.6×10^-12, ДНТ - 5.5×10^-12;A) prototype - ion currents, A: PETN - 1.2 × 10 ^-13 , TNT - 6.6 × 10 ^-12 , DNT - 5.5 × 10 ^-12 ;

Б) один из вариантов предлагаемого устройства - ионные токи, А: ПЭТН - 1.3×10^-13, ТНТ - 1.32×10^-11, ДНТ - 1.71×10^-11. Амплитуды ионных пиков ПЭТН и в том и в другом случае приблизительно одинаковые, амплитуда ионного пика ТНТ больше в 2 раза, а ионного пика ДНТ - в 3.1 раза.B) one of the options of the proposed device is ion currents, A: PETN - 1.3 × 10 ^-13 , TNT - 1.32 × 10 ^-11 , DNT - 1.71 × 10 ^-11 . The amplitudes of the ion peaks of PETN in both cases are approximately the same, the amplitude of the ion peak of TNT is 2 times greater, and the ion peak of DNT is 3.1 times larger.

Устройство для разделения ионов в газах (фиг.1) включает внешний электрод 1, внутренний электрод 2, состоящий, в свою очередь, из трех соосных электрически изолированных частей, расположенных последовательно, электроды 1 и 2 расположены таким образом, что между ними образована полость 3, продуваемая потоком газа, содержащего смесь ионов; устройство включает также систему регистрации ионного тока 4, расположенную на выходе из полости, источник знакопеременного периодического симметричного по полярности напряжения Ug(t) 5, подключенный к средней электрически изолированной части внутреннего электрода 2, источник знакопеременного периодического несимметричного по полярности напряжения U_sf(t) 6, подключенный ко всем частям внутреннего электрода 2, источник компенсирующего напряжения U_c 7, подключенный ко всем частям внутреннего электрода 2 через источники 5 и 6 знакопеременных периодических симметричного и несимметричного по полярности напряжений.A device for separating ions in gases (Fig. 1) includes an external electrode 1, an internal electrode 2, which, in turn, consists of three coaxial electrically isolated parts arranged in series, the electrodes 1 and 2 are located so that a cavity 3 is formed between them purged by a stream of gas containing a mixture of ions; the device also includes an ion current recording system 4 located at the outlet of the cavity, a source of alternating periodic voltage-symmetric symmetrical polarity Ug (t) 5, connected to the middle electrically isolated part of the inner electrode 2, a source of alternating periodic asymmetric voltage polarity U _s f (t ) 6, connected to all parts of the internal electrode 2, a source of compensating voltage U _c 7 connected to all parts of the internal electrode 2 through the springs 5 and 6 alternating Periodically symmetric and asymmetric along the voltage polarity.

Устройство для разделения ионов в газах работает следующим образом. Смесь ионов потоком газа транспортируют через полость, образованную электродами 1 и 2. Под действием знакопеременного периодического несимметричного по полярности поля, возникающего при приложении к электродам напряжения U_sf(t) от источника 6, ионы смеси, совершая высокочастотные колебания, приобретают скорости V_αi, пропорциональные приращению их коэффициентов подвижности α, и разделяются на типы (i). При действии компенсирующего поля, возникающего при приложении к электродам компенсирующего напряжения U_c от источника 7, для некоторых типов ионов скорость компенсируется, т.е. становится равной нулю V_αi≈0. Такие типы ионов фокусируются в средней по радиусу зоне полости и потоком газа транспортируются сквозь полость в систему регистрации ионного тока 4. Остальные типы ионов, для которых скорость не скомпенсирована (V_αi≠0), рекомбинируют на электродах 1 и 2. Меняя величину напряжения компенсации U_c,, можно последовательно зарегистрировать все типы ионов, присутствующие в смеси, - спектр. Фокусировка ионов в средней по радиусу зоне полости вызывает увеличение диапазона значений компенсирующего напряжения для каждого типа ионов и, следовательно, уширение ионных пиков на спектре. Для уменьшения этого уширения в прототипе используют знакопеременное периодическое симметричное по полярности электрическое поле, возникающее при приложении к электродам напряжения Ug(t) от источника 5. Пример такого спектра приведен на фиг.2А, в котором присутствуют пики ионов взрывчатых веществ пентаэритритол тетранитрата (ПЭТН), 2,4,6-тринитротолуола (ТНТ) и 2,4-динитротолуола (ДНТ) амплитудой 1.2×10^-13, 6.6×10^-12 и 5.5×10^-12 ампер, соответственно. Поскольку во входной части полости ионы не сфокусированы и распределены по всей ширине полости, то воздействие знакопеременного периодического симметричного по полярности электрического поля (как в прототипе) приводит к рекомбинации на электродах ионов, находящихся вблизи этих электродов. В выходной части полости ионы сфокусированы в средней по радиусу зоне полости и совершают колебания, вызванные действием симметричного по полярности электрического поля. Когда направление движение ионов под действием указанного поля противонаправлено движению транспортирующего газа, возникают дополнительные потери ионов вследствие рекомбинации. В предлагаемом техническом решении, по крайней мере, один из электродов состоит из, по крайней мере, трех соосных электрически изолированных частей, расположенных последовательно от входа в полость к выходу из полости, а источник симметричного по полярности напряжения подключен только к средней части электрода (т.е. симметричное по полярности напряжение не подается на сегменты, расположенные вблизи входа и выхода). Следовательно, на входной и выходной частях электродов не происходит рекомбинации ионов, вызванной действием переменного периодического симметричного по полярности электрического поля. На фиг.2Б представлен спектр ионов взрывчатых веществ ПЭТН, ТНТ и ДНТ, полученный при использовании предлагаемого технического решения. Амплитуды ионных пиков равны ПЭТН - 1.3×10^-13, ТНТ - 1.32×10^-11, ДНТ - 1.71×10^-11 ампер. Из сравнения спектров фиг.2 А и Б видно, что амплитуды ионных пиков ПЭТН и в том и в другом случае приблизительно одинаковые, амплитуда ионного пика ТНТ при использовании предлагаемого технического решения больше в 2 раза, а ионного пика ДНТ больше в 3.1 раза, чем при использовании прототипа. Таким образом, при использовании предлагаемого технического решения вследствие уменьшения рекомбинации ионов ТНТ и ДНТ на входе в полость и выходе из нее амплитуда пиков увеличивается, следовательно, повышается чувствительность и уменьшается предел обнаружения для указанных типов веществ.A device for separating ions in gases works as follows. The mixture of ions is transported by a gas stream through the cavity formed by electrodes 1 and 2. Under the action of an alternating periodic field asymmetric in polarity, which occurs when voltage U _s f (t) is applied to the electrodes from source 6, the mixture ions, when making high-frequency oscillations, acquire velocities V _αi proportional to the increment of their mobility coefficients α, and are divided into types (i). Under the action of the compensating field arising when a compensating voltage U _{c is} applied to the electrodes from the source 7, the velocity is compensated for some types of ions, i.e. becomes equal to zero V _αi ≈0. These types of ions are focused in the radius-average cavity zone and are transported through the cavity through the cavity to the ion current detection system 4. The remaining types of ions for which the velocity is not compensated (V _αi ≠ 0) are recombined at electrodes 1 and 2. Changing the compensation voltage U _c ,, it is possible to sequentially register all types of ions present in the mixture - the spectrum. The focusing of ions in the middle radius zone of the cavity causes an increase in the range of compensating voltage values for each type of ion and, consequently, broadening of the ion peaks in the spectrum. To reduce this broadening, the prototype uses an alternating periodic polarity-symmetric electric field that occurs when voltage Ug (t) is applied to the electrodes from source 5. An example of such a spectrum is shown in FIG. 2A, in which peaks of explosive ions of pentaerythritol tetranitrate (PETN) are present , 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) and 2,4-dinitrotoluene (DNT) with an amplitude of 1.2 × 10 ^-13 , 6.6 × 10 ^-12 and 5.5 × 10 ^-12 amperes, respectively. Since the ions in the inlet part of the cavity are not focused and distributed over the entire width of the cavity, the effect of an alternating periodic electric field symmetrical in polarity (as in the prototype) leads to recombination of ions near these electrodes on the electrodes. In the outlet part of the cavity, the ions are focused in the radius-average zone of the cavity and oscillate due to the action of an electric field symmetrical in polarity. When the direction of movement of ions under the action of the indicated field is opposite to the movement of the transporting gas, additional losses of ions occur due to recombination. In the proposed technical solution, at least one of the electrodes consists of at least three coaxial electrically isolated parts located in series from the entrance to the cavity to the exit from the cavity, and the source of voltage symmetrical in polarity is connected only to the middle part of the electrode (t i.e., voltage symmetrical in polarity is not applied to segments located near the input and output). Therefore, ion recombination does not occur at the input and output parts of the electrodes caused by the action of an alternating periodic electric field symmetrical in polarity. On figb presents a spectrum of ions of explosives PETN, TNT and DNT obtained using the proposed technical solution. The amplitudes of the ion peaks are equal to PETN - 1.3 × 10 ^-13 , TNT - 1.32 × 10 ^-11 , DNT - 1.71 × 10 ^-11 amperes. From a comparison of the spectra of FIGS. 2 A and B, it can be seen that the amplitudes of the ion peaks of PETN in both cases are approximately the same, the amplitude of the ion peak of TNT when using the proposed technical solution is 2 times greater, and the ion peak of DNT is 3.1 times larger than when using the prototype. Thus, when using the proposed technical solution, due to a decrease in the recombination of TNT and DNT ions at the entrance to and exit from the cavity, the peak amplitude increases, therefore, the sensitivity increases and the detection limit for these types of substances decreases.

Использование дополнительного источника компенсирующего напряжения и/или дополнительного источника импульсного напряжения, подключенных к части электрода, расположенного вблизи выхода из полости, при соответствующей величине напряжения уменьшает противодействие транспортировке ионов на регистрацию и, следовательно, повышает чувствительность и уменьшает предел обнаружения устройства.The use of an additional source of compensating voltage and / or an additional source of pulse voltage connected to the part of the electrode located near the exit from the cavity, at an appropriate voltage value, reduces the counteraction of ion transport to registration and, therefore, increases the sensitivity and reduces the detection limit of the device.

Использование дополнительных источников компенсирующего напряжения, каждый из которых подключен к одной из частей электрически изолированного электрода, при соответствующих величинах напряжения уменьшает рекомбинацию ионов на электродах и противодействие транспортировке ионов на регистрацию, следовательно, повышает чувствительность и уменьшает предел обнаружения устройства.The use of additional sources of compensating voltage, each of which is connected to one of the parts of the electrically isolated electrode, at appropriate voltage values reduces the recombination of ions on the electrodes and counteracts the transport of ions to registration, therefore, increases the sensitivity and reduces the detection limit of the device.

Реализация предлагаемого технического решения представляет собой простую техническую задачу. Для этого необходимо в устройстве-прототипе, по крайней мере, один из электродов разделить на три соосных коаксиально и/или концентрически расположенных электрически изолированных части, а источник симметричного по полярности напряжения подключить только к средней части электрода. Все остальные узлы идентичны тем, которые используют в прототипе.The implementation of the proposed technical solution is a simple technical task. For this, it is necessary in the prototype device to divide at least one of the electrodes into three coaxial coaxially and / or concentrically located electrically isolated parts, and connect a source of symmetrical polarity voltage only to the middle part of the electrode. All other nodes are identical to those used in the prototype.

Claims (4)

1. Устройство для разделения ионов в газах, включающее два коаксиально и/или концентрически расположенных электрода - внешний и внутренний, между которыми образована полость, имеющая вход и выход и продуваемая потоком дрейфового газа, содержащего смесь ионов, источники компенсирующего напряжения, знакопеременного периодического симметричного и несимметричного по полярности напряжений, подключенные к электродам, отличающееся тем, что по крайней мере один из электродов состоит из по крайней мере трех соосных коаксиально и/или концентрически расположенных электрически изолированных частей, расположенных последовательно от входа в полость к выходу из полости, а источник знакопеременного симметричного по полярности напряжения подключен только к средней части электрода.1. A device for separating ions in gases, comprising two coaxially and / or concentrically located electrodes - an external and an internal one, between which a cavity is formed having an inlet and an outlet and blown by a drift gas stream containing a mixture of ions, sources of compensating voltage, alternating periodic symmetrical and asymmetrical polarity of the voltage connected to the electrodes, characterized in that at least one of the electrodes consists of at least three coaxial coaxial and / or concentric There are several electrically isolated parts located in series located from the entrance to the cavity to the exit from the cavity, and the source of alternating voltage symmetrical in polarity is connected only to the middle part of the electrode. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно введен источник компенсирующего напряжения, подключенный к части электрода, расположенной вблизи выхода из полости.2. The device according to claim 1, characterized in that an additional source of compensating voltage is connected, connected to the part of the electrode located near the exit from the cavity. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что дополнительно введен источник импульсного напряжения, подключенный к части электрода, расположенной вблизи выхода из полости.3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the pulse voltage source is additionally introduced, connected to a part of the electrode located near the exit from the cavity. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно введены источники компенсирующего напряжения по числу частей электрода, причем каждый из источников подключен к одной из электрически изолированных частей электрода.

4. The device according to claim 1, characterized in that the sources of compensating voltage are additionally introduced according to the number of parts of the electrode, each of the sources being connected to one of the electrically isolated parts of the electrode.