一种气体分子浓缩富集装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种气体分子浓缩富集装置，包括装置本体，装置本体包括离子化电离源、进气导流环、电离室、离子收集存储器、离子中和器、以及出气集气装置；本实用新型专利技术采用选择性电离、离子持续存留收集、离子瞬时集中释放中和，实现将原本低浓度的样品气体中待测分子的浓度提高，从而实现对待测样品气体的浓缩富集；由于电离、离子收集、离子释放、离子复合都是非常快速完成的，相应的时间在纳秒和微秒级，同时富集、解吸的时间主要取决于气流速度，远快于传统富集方法。本实用新型专利技术构思巧妙，富集效果控制灵活，便于气体检测推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种气体分子浓缩富集装置
本技术涉及低浓度气体分子检测样品前处理领域，特别涉及一种气体分子浓缩富集装置。
技术介绍
低浓度气体分子检测是气体精细化检测的重要部分，在对气态分子进行分析检测的过程中，当目标待测物质的浓度较低时(ppm甚至ppb数量级)往往达不到仪器的检测限，需要对目标气体进行浓缩富集处理，提高浓度以后方可上机测量。现有气体分子浓缩富集处理的技术方法主要有溶液吸收法、填充柱阻留法、以及低温冷凝法等几大类，但上述方法分别存在以下问题：溶液吸收法将待测气体溶解在溶液之中或是与待测气体发生化学反应生成新的易测物质，即将气态样品转化为液态样品，其缺点是改变了物质的形态，已非单纯的富集浓缩，难以适用于质谱、离子迁移谱等气态进样的后续检测，此外溶液是耗材难以用于高频次的在线监测。填充柱阻留法以固态颗粒物作为填充制剂，通过吸附、溶解、或发生化学反应将待测组分阻留在填充材料上来达到浓缩富集的目的，然后通过解吸或溶剂洗脱的方法使被测组分从填充材料上释放出来进行测定。该方法是目前气体富集浓缩的主要方法，分为吸附型、分配型、和反应型3种，其缺点是吸附、解吸速度慢，工作过程中往往需要进行加热及冷却处理，且待测成分容易在填充材料残留影响下一次测量。低温冷凝法将样品气体流经低于待测目标物质熔点或沸点的冷阱，在穿过冷阱的过程中目标分子被冷冻转变为液态或固态物质留在阱中，大量的在其分子被排出阱外，一定时间后通过提高冷阱的温度让目标分子转变为高浓度的气态物质后集中释放出来，以此来实现对目标待测分子的浓缩富集。该方法的缺点是浓缩富集速度慢、冷凝装置体积大、能耗高，难以适应高频次的在线监测和现场快速检测。综上，现有浓缩富集技术存在处理速度慢、能耗高、易残留、甚至是改变了目标物质形态等问题。有鉴于此，实有必要开发一种新式的气体分子浓缩富集装置，用以解决上述问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足之处，本技术的目的是提供一种气体分子浓缩富集装置，采用选择性电离、离子持续存留收集、离子瞬时集中释放中和，实现将原本低浓度的样品气体中待测分子的浓度提高，从而实现对待测样品气体的浓缩富集。为了实现根据本技术的上述目的和其他优点，提供了一种气体分子浓缩富集装置，包括装置本体，所述装置本体包括离子化电离源、进气导流环、电离室、离子收集存储器、离子中和器、以及出气集气装置；其中，所述离子化电离源用于将所述电离室内的待检测的样品气体电离化形成包含样本气体的气态离子与载气分子的离子分子混合群；所述进气导流环与所述电离室内部连通；待检测的样品气体通过所述进气导流环导入所述电离室中；所述电离室用于供所述待检测的样品气体电离，所述电离室与所述离子收集存储器内部连通，所述离子分子混合群流动至所述离子收集存储器中进行分子离子分离；所述离子收集存储器用于收集样本气体的气态离子，所述离子收集存储器内施加有电场，样本气体的气态离子在电场束缚下存储于所述离子收集存储器中，样本气体载气分子不受电场影响穿过所述离子收集存储器与所述离子中和器并从所述出气集气装置导出，离子则在电场力的束缚下被存储在离子收集存储器的绝缘介质上；当离子收集到一定程度将离子收集存储器的束缚电场强度变为零或改为相反方向，失去电场束缚或在反向电场力驱动下的离子迅速从离子收集存储器上脱落集中释放；所述离子中和器用于中和还原气态离子，失去电场力束缚的离子迅速从绝缘介质上逃离下来后被样本气体的载气携带进入离子中和器转化为不带电的中性分子，并从出气集气装置导出。优选地，所述离子化电离源为紫外光离子化电离源，所述紫外光离子化电离源包括紫外PID灯、螺旋管驱动线圈、射频驱动电源；所述螺旋管驱动线圈缠绕在所述紫外PID灯灯身上；所述螺旋管驱动线圈两极连接所述射频驱动电源；所述紫外PID灯的透光窗口与所述进气导流环连接。优选地，所述进气导流环包括绝缘环体、进气管；所述绝缘环体一端面上设有贯穿通道，所述贯穿通道用于透过电离光；所述绝缘环体还开设有导气槽，所述导气槽一端面与所述电离室的端面形成拢气口；所述进气管与所述导气槽连通；样本气体从通过进气管进入导气槽并从拢气口溢出至所述电离室。优选地，所述电离室包括电离区，所述电离区位于所述离子化电离源有效射程之内；样本气体通过所述进气导流环到达所述电离区；所述电离区与所述离子收集存储器连通。优选地，所述离子收集存储器包括推斥电极、吸引电极、绝缘存储介质、电极引线；所述推斥电极与所述吸引电极形成平行电极，所述推斥电极、所述吸引电极分别连接所述电极引线，两电极上施加电压后在所述推斥电极与所述吸引电极的夹持空间区域内产生电场；所述绝缘存储介质包覆于所述吸引电极外侧，用于存储所述吸引电极侧的气态离子。优选地，所述离子中和器包括导电网、导电连接件；所述导电连接件与所述离子收集存储器的导电固定架电性连接；所述导电网与所述导电连接件形成并联等势体，所述导电网安装于所述离子中和器的入口端。优选地，所述离子中和器还包括导电漏斗，所述导电漏斗与所述导电网、所述导电连接件并联；所述导电漏斗安装在所述离子中和器出口端。本技术与现有技术相比，其有益效果是：本技术提供一种气体分子浓缩富集装置，包括装置本体，装置本体包括离子化电离源、进气导流环、电离室、离子收集存储器、离子中和器、以及出气集气装置。本技术采用选择性电离、离子持续存留收集、离子瞬时集中释放中和，实现将原本低浓度的样品气体中待测分子的浓度提高，从而实现对待测样品气体的浓缩富集；由于电离、离子收集、离子释放、离子复合都是非常快速完成的，相应的时间在纳秒和微秒级，同时富集、解吸的时间主要取决于气流速度，远快于传统富集方法。本技术构思巧妙，富集效果控制灵活，便于气体检测推广应用。附图说明图1为根据本技术所述的一种气体分子浓缩富集方法的流程示意图；图2为根据本技术所述的一种气体分子浓缩富集装置的三维剖视结构示意图；图3为根据本技术所述的一种气体分子浓缩富集装置的离子化电离源的三维剖视结构示意图；图4为根据本技术所述的一种气体分子浓缩富集装置的进气导流环的三维剖视结构示意图；图5为根据本技术所述的一种气体分子浓缩富集装置的电离室的三维剖视结构示意图；图6为根据本技术所述的一种气体分子浓缩富集装置的离子收集存储器的三维剖视结构示意图；图7为根据本技术所述的一种气体分子浓缩富集装置的离子中和器的三维剖视结构示意图；图8为根据本技术所述的一种气体分子浓缩富集装置的出气集气装置的三维剖视结构示意图。图中标号：装置本体100、离子化电离源30、进气导流环40、电离室50、离子收集存储器60、离子中和器70、出气集气装置80、紫外PID灯301、螺旋管驱动线圈302、射频驱动电源303、透光窗口304、绝缘环体401、进气管402、贯穿通道403、第一卡位台阶404、导气槽405、拢气口406、第二卡位台阶407、环形台阶501、电离区502、圆筒503、推斥电极601、吸引电极602、绝缘存储介质603、绝缘固定架604、导电固定架605、电极引线606、导电网701、导电漏斗702、导电环703、绝缘桶身801、出气导气管802、镂空圆柱803、漏斗形空位804、盲孔805。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体分子浓缩富集装置，包括装置本体(100)，其特征在于：所述装置本体(100)包括离子化电离源(30)、进气导流环(40)、电离室(50)、离子收集存储器(60)、离子中和器(70)、以及出气集气装置(80)；其中，所述离子化电离源(30)用于将所述电离室(50)内的待检测的样品气体电离化形成包含样本气体的气态离子与载气分子的离子分子混合群；所述进气导流环(40)与所述电离室(50)内部连通；待检测的样品气体通过所述进气导流环(40)导入所述电离室(50)中；所述电离室(50)用于供所述待检测的样品气体电离，所述电离室(50)与所述离子收集存储器(60)内部连通，所述离子分子混合群流动至所述离子收集存储器(60)中进行分子离子分离；所述离子收集存储器(60)用于收集样本气体的气态离子，所述离子收集存储器(60)内施加有电场，样本气体的气态离子在电场束缚下存储于所述离子收集存储器(60)中，样本气体载气分子不受电场影响穿过所述离子收集存储器(60)与所述离子中和器(70)并从所述出气集气装置(80)导出，离子则在电场力的束缚下被存储在离子收集存储器(60)的绝缘介质上；当离子收集到一定程度将离子收集存储器的束缚电场强度变为零或改为相反方向，失去电场束缚或在反向电场力驱动下的离子迅速从离子收集存储器上脱落集中释放；所述离子中和器(70)用于中和还原气态离子，失去电场力束缚的离子迅速从绝缘介质上逃离下来后被样本气体的载气携带进入离子中和器(70)转化为不带电的中性分子，并从出气集气装置(80)导出。...

【技术特征摘要】
1.一种气体分子浓缩富集装置，包括装置本体(100)，其特征在于：所述装置本体(100)包括离子化电离源(30)、进气导流环(40)、电离室(50)、离子收集存储器(60)、离子中和器(70)、以及出气集气装置(80)；其中，所述离子化电离源(30)用于将所述电离室(50)内的待检测的样品气体电离化形成包含样本气体的气态离子与载气分子的离子分子混合群；所述进气导流环(40)与所述电离室(50)内部连通；待检测的样品气体通过所述进气导流环(40)导入所述电离室(50)中；所述电离室(50)用于供所述待检测的样品气体电离，所述电离室(50)与所述离子收集存储器(60)内部连通，所述离子分子混合群流动至所述离子收集存储器(60)中进行分子离子分离；所述离子收集存储器(60)用于收集样本气体的气态离子，所述离子收集存储器(60)内施加有电场，样本气体的气态离子在电场束缚下存储于所述离子收集存储器(60)中，样本气体载气分子不受电场影响穿过所述离子收集存储器(60)与所述离子中和器(70)并从所述出气集气装置(80)导出，离子则在电场力的束缚下被存储在离子收集存储器(60)的绝缘介质上；当离子收集到一定程度将离子收集存储器的束缚电场强度变为零或改为相反方向，失去电场束缚或在反向电场力驱动下的离子迅速从离子收集存储器上脱落集中释放；所述离子中和器(70)用于中和还原气态离子，失去电场力束缚的离子迅速从绝缘介质上逃离下来后被样本气体的载气携带进入离子中和器(70)转化为不带电的中性分子，并从出气集气装置(80)导出。2.如权利要求1所述的一种气体分子浓缩富集装置，其特征在于，所述离子化电离源(30)为紫外光离子化电离源，所述紫外光离子化电离源包括紫外PID灯(301)、螺旋管驱动线圈(302)、射频驱动电源(303)；所述螺旋管驱动线圈(302)缠绕在所述紫外PID灯(301)灯身上；所述螺旋管驱动线圈(302)两极连接所述射频驱动电源(303)；所述紫外PID灯(301)的透光窗口(304)与所述进气导流环(40)连接。3.如权利要求1所述的一种气体分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵振英，唐玉国，于涌，
申请(专利权)人：南京国科医工科技发展有限公司，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：新型
国别省市：江苏,32