一种离子迁移发生装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种离子迁移发生装置及其控制方法，它包括离子发生引出单元、电场电位梯度发生单元、离子信息采集单元和电路控制系统；其中，离子发生引出单元包括离子发生模块、气路模块、离子引出模块、离子控制门模块；电场电位梯度发生单元由多个电场环片和多个绝缘环体组成；离子信息采集单元包括离子流接收器、离子流接收器绝缘体、离子流接收器屏蔽杯和离子流片；在电路控制系统的作用下，离子发生引出单元将样品气体以离子的形式激发后进入电场电位梯度发生单元，由于不同离子在电场中的飞行时间不同(运动速度不同)，所以将此信息采集后形成谱图，就可以分析出待检测物质。本发明专利技术可以作为物质检测仪器应用于精密分析领域中。

【技术实现步骤摘要】
一种离子迁移发生装置及其控制方法
本专利技术涉及一种离子迁移发生装置及其控制方法，在与电路控制系统相互配合下，将样品气体电离成离子形式后进入电场中运动，由于不同离子在电场中的运动速度不同(飞行时间不同)，所以将此信息采集后形成谱图，就可以分析出待检测物质。本专利技术可以作为物质检测仪器应用于精密分析领域中。
技术介绍
微量低浓度挥发性有机化合物，如爆炸物、毒品、化学战试剂及其它相关公共安全领域的现场快速检测，越来越重要。离子检测是实现上述物质检测的良好手段，目前具备离子检测性能的仪器，一般都采用质谱仪，需要配备庞大的装置，现场快速检测十分不便。因此，提供一种体积小、灵敏度高、效率高，并可以现场快速检测低浓度挥发性有机化合物的离子迁移发生装置，势在必行。
技术实现思路
离子检测一般需要以下三个过程：首先，需要离子发生和引出过程，就是要将待检测的物质转化成离子形式；其次，就是转化后的离子流要在一恒定的电场里运动，因为不同物质的离子在电场中运动的速度不同；如果电场的长度一定，那么就可以得到离子流在电场中的运动时间；最后，由微处理器采集离子运动时间后绘制成谱图，就可以得知待检测的物质。能够转移一个电子和电离一个化合物的能量叫电离能，用电子伏特作为计量单位，电离能越高则气体结合能越高。假设被测组分为AB，那么它吸收光子(hv)后直接电离成正离子，放出电子，即AB+hv—AB++e。在电场作用下，电子e和正离子AB+分别向正、负极流动，形成微电流。样品气体电离有很多种方式，本专利技术采用光离子化检测器(PID灯)，如10.6eV的真空紫外灯(UV)，在高压电场的作用下产生紫外光，紫外光发出一定波长的光子流，经窗口射入电离室，当气体分子的电离电位高于光能量，它不被电离。当电离电位等于或小于光能量的组分(AB)进入电离室，发生光电离。并且将其电离击碎成带正电的离子和带负电的电子，从而形成可被检测到微弱的离子电流。电荷受到了电场力的作用后可以在电场中运动，电场力的大小可以由库仑定律计算得出。离子运动遵循库仑定律，离子(电荷)迁移(运动)是基于气相中不同的气相离子在电场中迁移速度的差异来对化学离子物质进行表征的一项分析技术。离子流进入电位梯度场(即电场强度E，单位V/cm)中，就可以获得一恒定的速度(称之为迁移速度(或迁移速率)Vd,单位，cm/s)。离子的迁移速度Vd和电场强度E成正比，即Vd＝KE(离子迁移率系数K，单位cm2/V·S)。离子的迁移速度Vd＝KE说明离子的迁移速度和电场强度有关。若要获得恒定的离子迁移速度就应该有恒定的电场即匀强电场，而匀强电场E＝△U/d，△U为电荷两点间电位差，d为电荷沿两点间电力线距离。因为速度*时间＝距离，而离子流在电场中的运动时间可以测定，因此就可以得到离子流在电场中的运动谱图。离子信息采集采用依据法拉第电磁感应原理制作的检测器，它可以收集弱电流信号。通过对弱电流信号的分析后形成谱图，可以得出待检测物质。本专利技术所述离子发生引出单元包括离子发生模块、气路模块、离子引出模块、离子控制门模块；其中，离子发生模块含有一光离子化检测器(PID灯)，上面包覆有两片PID灯电极，高压电场由此引入；下部为PID灯窗口，在工作时发出一定波长的光子流。在离子发生模块的下部PID灯窗口处有一上电位网栅片，与PID灯窗口处硅胶密封圈紧密配合，并且与下部的气路模块(此处为上气路模块)连接，上气路模块中间与侧壁之间有一圆环空腔，气体由此进入，上气路模块中间为一通孔内腔，上电位网栅片在圆环空腔和通孔内腔上部与离子发生模块的下部紧密结合，上电位网栅片与圆环空腔之间为有网筋连接的圆环孔，进入气体由此进入并吹向PID灯窗口，然后由上电位网栅片中间吹出进入通孔内腔，上电位网栅片和上气路模块中间通孔内腔构成电离室，PID灯发出一定波长的光子流与通过上气路模块进入的气体在此处电离，此种电离室结构，可以使样品气体均匀到达PID灯窗口并且垂直于PID灯发出一定波长的光子流形成离子流，使样品气体检测充分；由上电位网栅片在PID灯窗口下部间隙配合，而且与电路控制系统中高电位连接，可以使离子流中的电子为零；因此不但防止了样品气体在PID灯窗口的表面积累，也可以使PID灯快速回零，就可以实现在多个样品之间快速多次检测。电离室下部为离子引出模块，它的结构是三片电场环片中间安有两片绝缘环体，依据库仑定律，在三片电场环片上加以等值梯度电位，那么就在三片电场环片中间产生均匀电场。因此，电离室中的离子流就会沿着电场方向运动并且穿过离子引出模块继续下行。离子引出模块的下部为另一气路模块(此处为中气路模块)，它的结构与上气路模块的结构完全相同，此处是排气功能，多余气体由圆环空腔排出。离子流在电场力的作用下穿过中气路模块的通孔内腔到达离子控制门模块。其中，离子控制门模块为三片中间镂空成线条状的金属环片(即离子门片)，上下两片结构完全相同并且短路连接，中间一片的线条与另两片位置错开，并且与上下两片之间有绝缘垫片。此时，在离子门片上加以等值梯度电位，那么就在三片离子门片之间产生均匀电场。因此，离子流就会沿着电场方向运动并且穿过离子控制门模块继续下行。如果在中间片施加低于上下两片的电位，那么，离子流就会流入中间离子门片，离子流沿着电场方向运动截止。所以，此处的三片离子门片相当于一个门来控制离子流的运动，具体开闭过程由电路控制系统实施。本专利技术所述电场电位梯度发生单元采用金属环片作为电场环片，因为电场环片内电位相等，因此可以构成等电位面。采用结构相同的绝缘环体隔离电场环片，在两电场环片间施加等电位差△U，整体结构就可以产生均匀电场—匀强电场，采用确定数量的电场环片和绝缘环体组合，电场的长度就为一个定值，即电荷沿两点间电力线距离d为一个定值，那么，离子流在电场中的运动时间、速度就可以通过计算得出。本专利技术所述离子信息采集单元采用台阶状金属圆柱作为离子流接收器，外壁用聚四氟乙烯作为离子流接收器绝缘体，然后再用金属套做外屏蔽杯，在接收器上部覆置一离子流片，采用金属网栅片结构以均衡离子流，使其均匀到达接收器端面并且可以减少感应电流，使信号更加准确。此种离子流检测器的构成形式，遵循法拉第电磁感应原理，它可以收集弱电流信号。本专利技术所述电路控制系统控制整个离子迁移发生装置的工作过程，并通过微处理器对上述弱电流信号分析后形成待检测物质的谱图，可以得出待检测物质，达到对气体介质中的物质进行检测的目的。本专利技术的有益效果是：该装置体积小，灵敏度高，效率高，可以现场快速检测低浓度挥发性有机化合物。该装置可以作为物质检测仪器应用于精密分析领域中。附图说明图1为本专利技术离子迁移发生装置的外部结构示意图。图1a为本专利技术中PID灯壳的结构示意图。图1b为本专利技术中PID灯的结构示意图。图1c为本专利技术中PID灯左电极的结构示意图。图1d为本专利技术中PID灯右电极的结构示意图。图1e为本专利技术中硅胶密封圈的结构示意图。图1f为本专利技术中上电位网栅片的结构示意图。图1g为本专利技术中上气路模块的结构示意图。图1h为本专利技术中上电场环片的结构示意图。图1i为本专利技术中上绝缘环体的结构示意图。图1j为本专利技术中中电场环片的结构示意图。图1k为本专利技术中下绝缘环体的结构示意图。图1l为本专利技术中下电场环片的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子迁移发生装置，其特征在于，该装置包括离子发生引出单元、电场电位梯度发生单元、离子信息采集单元和电路控制系统；所述离子发生引出单元包括离子发生模块、两个气路模块、离子引出模块和离子控制门模块；所述离子发生模块含有一PID灯，PID灯上面包覆有两片PID灯电极，高压电场由此引入，PID灯下部为PID灯窗口；在PID灯窗口处有一上电位网栅片，与PID灯窗口处的硅胶密封圈紧密配合，并且与其下部的上气路模块连接，上气路模块中间与侧壁之间有一圆环空腔，气体由此进入，上气路模块中间为一通孔内腔，上电位网栅片在上述圆环空腔和通孔内腔上部与离子发生模块的下部紧密结合，上电位网栅片与圆环空腔之间为有网筋连接的圆环孔，进入的气体由此进入并吹向PID灯窗口，然后由上电位网栅片中间吹出进入通孔内腔，上电位网栅片与上气路模块中间的通孔内腔构成电离室，PID灯发出确定波长的光子流与通过上气路模块进入的气体在此处电离，使样品气体均匀到达PID灯窗口，并且垂直于PID灯发出的确定波长的光子流形成离子流；所述离子引出模块位于电离室的下部，它的结构是三片电场环片中间安装有两片绝缘环体，在三片电场环片上加以等值梯度电位，使得在三片电场环片中间产生均匀电场；离子引出模块的下部为中气路模块，中气路模块的结构与上气路模块完全相同，其用于排气，多余的气体由中气路模块的圆环空腔排出；所述离子控制门模块为三片中间镂空成线条状的金属环片，即三片离子门片，上下两片离子门片的结构完全相同并且短路连接，中间一片离子门片的线条与另两片离子门片的位置错开，并且与上下两片之间有绝缘垫片；所述电场电位梯度发生单元由多个电场环片和多个绝缘环体组成，多个电场环片由结构完全相同的金属环片构成，多个绝缘环体由结构完全相同的绝缘材料构成，多个绝缘环体隔离多个电场环片，在每相邻两个电场环片间施加等电位差，整个电场电位梯度发生单元产生均匀电场，离子流沿电场方向运动获得恒定速度，从而可以计算得出离子流的飞行时间；所述离子信息采集单元采用台阶状金属圆柱作为离子流接收器，外壁用聚四氟乙烯作为离子流接收器绝缘体，然后再用金属套做外屏蔽杯，在离子流接收器上部覆置一离子流片，采用金属网栅片结构以均衡离子流，使离子流均匀到达接收器端面，进而收集弱电流信号；所述电路控制系统控制整个离子迁移发生装置的工作过程，并通过微处理器对上述弱电流信号分析后形成待检测物质的谱图。...

【技术特征摘要】
1.一种离子迁移发生装置，其特征在于，该装置包括离子发生引出单元、电场电位梯度发生单元、离子信息采集单元和电路控制系统；所述离子发生引出单元包括离子发生模块、两个气路模块、离子引出模块和离子控制门模块；所述离子发生模块含有一PID灯，PID灯上面包覆有两片PID灯电极，高压电场由此引入，PID灯下部为PID灯窗口；在PID灯窗口处有一上电位网栅片，与PID灯窗口处的硅胶密封圈紧密配合，并且与其下部的上气路模块连接，上气路模块中间与侧壁之间有一圆环空腔，气体由此进入，上气路模块中间为一通孔内腔，上电位网栅片在上述圆环空腔和通孔内腔上部与离子发生模块的下部紧密结合，上电位网栅片与圆环空腔之间为有网筋连接的圆环孔，进入的气体由此进入并吹向PID灯窗口，然后由上电位网栅片中间吹出进入通孔内腔，上电位网栅片与上气路模块中间的通孔内腔构成电离室，PID灯发出确定波长的光子流与通过上气路模块进入的气体在此处电离，使样品气体均匀到达PID灯窗口，并且垂直于PID灯发出的确定波长的光子流形成离子流；所述离子引出模块位于电离室的下部，它的结构是三片电场环片中间安装有两片绝缘环体，在三片电场环片上加以等值梯度电位，使得在三片电场环片中间产生均匀电场；离子引出模块的下部为中气路模块，中气路模块的结构与上气路模块完全相同，其用于排气，多余的气体由中气路模块的圆环空腔排出；所述离子控制门模块为三片中间镂空成线条状的金属环片，即三片离子门片，上下两片离子门片的结构完全相同并且短路连接，中间一片离子门片的线条与另两片离子门片的位置错开，并且与上下两片之间有绝缘垫片；所述电场电位梯度发生单元由多个电场环片和多个绝缘环...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙强，冯旭东，赵建，刘英，王健，郭邦辉，张建忠，李淳，李灿，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22