利用紫外线辐射和电子将气体离子化并鉴别该气体的方法及装置制造方法及图纸

技术编号:9866390 阅读:106 留言:0更新日期:2014-04-03 02:35
本发明专利技术涉及一种对气体进行离子化及鉴别的方法,其中,待检气体在离子化室内被离子化,子离子接受检测,其中,通过作用于子离子的电场,对子离子进行检测,检测由一个检测器实施。本发明专利技术还提出,通过使用紫外线辐射进行离子化,并同时或依序使用电子进行离子化。本发明专利技术还进一步涉及一种对气体进行离子化及鉴别的装置,其包括设有离子源(1)的离子源室(5)以及离子迁移率光谱仪(2)。为了实现对气体进行离子化及鉴别的目的,离子源室(5)和离子迁移率光谱仪(2)之间设有分隔件(6),分隔件(6)设有一个透明于紫外线的窗口(8)以及一个可让电子透过的窗口(7),其中,使用离子源(1)可在离子源室(5)中生成紫外线辐射和电子辐射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用紫外线辐射和电子将气体离子化并鉴别该气体的方法及装置本专利技术涉及一种将气体离子化并且鉴别气体的方法及装置。该检测及鉴别气体的方法及相关装置可用于检测及鉴别化学物质或化合物,尤其是用于检测浓度非常低的爆炸性和/或有害物质或混合物。对爆炸性和/或有害物质或混合物进行检测,需使用检测限度在ppt—ppb范围内的测量方法,因此,通常可使用光谱仪(spectrometer,又称为“分光计”)对此类化合物进行检测及鉴别。优选使用离子迁移率光谱仪(ionmobilityspectrometer,简称IMS),其也被称为等离子色谱(plasmachromatographs)。不像其它诸如质谱仪(massspectrometer)之类的光谱仪,该光谱仪不在真空中检测和鉴别化学物质或混合物,因此无需使用真空泵形成真空。因此,与其它光谱仪相比,离子迁移率光谱仪占用空间小,安装费用低。而质谱仪在分辨率上具有优势,因而其选择性一般优于IMS。关于IMS的简介及其应用情况,可参见G.A.Eiceman和Z.Karpas所写文章《离子迁移率光谱技术》("IonMobilitySpectrometry",2nd.edition,CRC,BocaRaton,2005)。IMS的结构及操作情况可参见各公开文献。例如,美国专利US3,621,240提出了一种经典飞行时间IMS,其优点是能够在大气压力下利用离子的不同迁移率。目标化合物在离子源中被持续离子化。经常使用放射源来直接离子化空气分子。这些已离子化的空气分子进一步发生反应,并与水分子结合,形成反应离子。这些反应离子经质子传递、电子传递或去质子反应,与受检混合物发生反应,并形成所谓的“子离子”(productions)。这些子离子在电栅(electricgrid)的帮助下,在约200微秒的极短时间内被带进漂移管中;电栅带有电场,并在周围压力下,在漂移气体中,特别是在经过滤的空气中,加速离子的运动。通过改变漂移区域中电场的极性,使得正极工作模式下可检测正离子,负极工作模式下可检测负离子。被引入的子离子被电场持续加速,并且由于与漂移气体中的中性分子相互碰撞,这些子离子也被持续减速,产生一个平均漂移速度。电场对所有电荷相同的离子施加相同的牵引力(pullingforce)。但是,由于质量和形状的不同,不同子离子在电场中的漂移速度是不同的。在漂移管的末端,子离子在不同时间以不同的漂移速度撞击检测器。根据子离子穿过漂移管的不同飞行时间(通常在5-30毫秒的范围内),检测人员可判断出不同的受检化合物。电栅在开关过程只允许一部分离子进入漂移空间,在经典飞行时间IMS中,电栅的开关过程为漂移速度的测量界定一个起始脉冲。被引入的离子包(ionpacket)在飞行时间内向四周扩散,因此,检测器测到的信号以高斯钟形曲线(Gaussianbellcurve)的形状呈现。可根据测到的飞行时间或钟形曲线峰值处的漂移时间,以及漂移区的已知长度,推算出漂移速度,而由此形成的光谱可用于鉴别受检化学物质或化合物。子离子穿过漂移管的飞行时间与子离子撞击检测器的漂移速度成反比。由于离子在电场内加速以及由于离子与中性分子撞击而导致减速,因此漂移速度分别取决于离子质量(ionmass)以及离子的大小和形状。除了经典飞行时间IMS系统,已知的装置还有离子迁移率光谱仪,该光谱仪通过空气流运送离子,静电场将离子偏转,使其垂直于气流,通过使用若干个电极可检测到这些离子。这种IMS系统,也被称为“吸气式IMS”(“AspiratingIMS”),等人(DE102005007746B4)就曾描述这种IMS的一种紧凑型设计方案。使用电场强度高的非对称交变场时,将离子导向垂直于气体流的方向,并根据电场强度的迁移率分开离子,可通过两个电极同时输送正负离子,正负离子被安装于电极组件末端的另外两个电极所检测到。这些IMS系统,也被称为“微分迁移率光谱仪”(DifferentialMobilitySpectrometer,简称DMS),或“场不对称离子移动光谱仪”(FieldAsymmetricIonMobilitySpectrometer,简称FAIMS)。A.A.Shvartsburg在其所写的《微分离子迁移率光谱法》一文中详述了该类光谱仪("DifferentialIonMobilitySpectrometry",CRCPress,BocaRaton,2009)。然而,所有这类IMS的一个缺点是,它们使用放射性源来进行离子化。氚(Tritium)、镍-63(nickel-63)或镅-241(americium-241)是常用的放射性材料。但是,放射性离子化材料可能会对周围环境造成危害,影响其生产及服务场所中工人的健康。含放射源的装置的使用和销售,都要受制于不同国家的不同监管规定,而这些监管规定则在行政管理及资金上给相关企业提出了相当高的要求。因此,人们试图用其它材料取代放射性离子源。例如,现有材料中包括在气体放电(gasdischarge)中进行离子化的离子源。经常使用的有电晕放电(coronadischarge),但它运作时要使用不同的离子化程序。尤其是,当使用作为载气流及漂移气体的空气进行操作时,将生成臭氧和氮氧化物(nitrogenoxides),而由于其它离子化过程和/或其它化学反应的作用,这些物质通常又妨碍了子离子(production)的形成。气体放电的另一个缺点是会增加IMS金属表面的氧化。因此,多年来,人们一直尝试构建与放射性源具有相同离子化机制和化学反应的非放射性离子源。例如,可以直接用电子轰击(electronbombardment)模仿用β-辐射(如Ni-63或氚)离子化,同样,也可以直接用X-射线模仿γ-辐射离子化。Budovich等人的专利文件(DE19627621C2)描述了一种离子源,其特征是,通过一个非放射性的电子源在真空源室中产生电子。在电场中的电子被加速而达到比如20keV的速度,并且在被部分减速的情况下,在大气压下穿过窗口而进入反应室,该窗口无法让气体透过并且设置在源室的前方。与使用放射性电子源类似,电子在反应室内将气体离子化。云母(Mica)被用作窗口材料。的专利(DE10120335C2)描述了类似的结构,其中,电子在铍(beryllium)制成的并且涂有金属的薄膜中被减速,产生的X射线被用于离子化。已知的电子源中设有氮化硅(siliconnitride)制成的窗口,电子可透过该窗口,但气体则无法透过该窗口,该窗口厚度小于300纳米。巴瑟等人(DE102005028930A1)描述了这些离子源与离子迁移率光谱仪结合使用的情况。采用半导体工业生产方法制成的这种类型的更多电子源的情况,可参见F.Haase等人在文章《MEMS电子源的电子可渗透膜》中的叙述("ElectronpermeablemembranesforMEMSelectronsources",SensorsandActuatorsA,132(2006)98–103)以及S.Zimmerman等人(DE102008032333A1)的叙述。源与放射性源的离子化机制相同,可以替代放射性源。与使用放射性源一样,通过空气的离子团簇(即反本文档来自技高网...
利用紫外线辐射和电子将气体离子化并鉴别该气体的方法及装置

【技术保护点】
一种鉴别和离子化气体的方法,其中,待检气体在反应室内被离子化,子离子得到检测;其中,通过将子离子暴露在电场中对子离子进行检测,检测由一个离子检测器实施,其特征在于:通过使用紫外线辐射进行离子化,并且同时或随后使用电子进行离子化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.09 EP 10175936.31.一种鉴别和离子化气体的方法,其中,待检气体在反应室内被离子化,子离子得到检测;其中,通过将子离子暴露在电场中对子离子进行检测,检测由一个离子检测器实施,其特征在于:通过使用紫外线辐射进行离子化,并且同时或随后使用电子进行离子化,其中,来自电子源的所述电子:a)朝着第一电子窗口的方向被加速,穿透所述第一电子窗口和/或产生轫致辐射,从而在反应室中将分子离子化,和b)随后朝着第二电子窗口的方向被加速,穿透所述第二电子窗口,并在一个气体腔室内产生紫外线辐射,所述紫外线辐射穿过透明于紫外线的窗口,并且在反应室中将分子离子化。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:电子在一个低压区域被电加速,并朝着可让电子透过的第一电子窗口加速移动;其中,电子透过这个可让电子透过的窗口,随后在高压区域生成离子,从而实现离子化。3.如权利要求1所述的方法,其特征在于:电子在一个低压区域被电加速,并朝着第一电子窗口加速移动,在所述第一电子窗口处,这些电子被急剧减速,并且产生轫致辐射,随后所述轫致辐射被用于在高压区域生成离子,从而间接实现离子化。4.如上述权利要求之一所述的方法,其特征在于:所述紫外线辐射由气体放电生成,电子被电极组件从所述气体放电中提取出来,并被聚集在所述第一电子窗口上。5.如上述权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于:所述来自所述电子源的电子由受热灯丝生成或来自一个或多个场发射尖端。6.如上述权利要求1所述的方法,其特征在于:通过只在特定的时间内将电子引向第一电子窗口,使得在使用紫外线辐射进行离子化的期间,间断性地发生使用电子进行的离子化。7.如上述权利要求1所述的方法,其特征在于:在如下情况下,通过紫外线辐射进行的离子化和通过电子轰击进行的离子化间断性发生,因为:a)电子被引至可让电子透过的窗口,从而在反应室内生成离子;以及b)此后只在特定时间内将电子引至第二电子窗口上,并且这些电子通过与气体腔室内的气体相互作用而在所述气体腔室内产生紫外线辐射,所述紫外线辐射随后穿过透明于紫外线的窗口而进入反应室,从而发生利用电子或紫外线辐射进行的离子化,其中,所述利用紫外线辐射进行的离子化持续进行,而利用电子轰击进行的离子化则被另外短暂开启;或者,所述利用电子轰击进行的离子化持续进行,而所述利用紫外线辐射进行的离子化则被另外短暂开启。8.如上述权利要求7所述的方法,其特征在于:利用紫外线辐射进行的离子化和利用电子轰击进行的离子化在极短时间内,即,在几毫秒内,间断性及交替性地发生。9.如上述权利要求1所述的方法,其特征在于:为了对...

【专利技术属性】
技术研发人员:沃夫·马克梅尔波特·昂格西姆安德斯·沃特
申请(专利权)人:艾森斯分析公司
类型:发明
国别省市:德国;DE

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