專利名稱：用于檢測設(shè)備的氣體預(yù)濃縮器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有進(jìn)口和位于進(jìn)口附近的預(yù)濃縮器的檢測器設(shè)備。
背景技術(shù)：
離子遷移率譜儀或IMS(離子遷移率譜)設(shè)備經(jīng)常被用于檢測諸如炸藥、 毒品、糜爛性和神經(jīng)性藥劑等物質(zhì)。IMS設(shè)備一般包括檢測器單元，包含可 疑物質(zhì)或分析物的空氣樣本被以氣體或蒸汽的形式連續(xù)地提供到所述檢測 器單元。所述單元在大氣壓或接近大氣壓的條件下運(yùn)行并且包含電極，對電 極加上電壓可以沿所述單元產(chǎn)生電壓梯度?？諝鈽颖局械姆肿佣技罕浑婋x (例如通過放射源、UV源或電暈放電等方式來實(shí)現(xiàn))，并由在一端的靜電式 門(gate)將其提供到所述單元中的漂移區(qū)域。電離的分子以和離子的遷移 率相關(guān)的速度漂移到所述單元的另一端。通過對沿所述單元的飛行時間進(jìn)行 測量，能夠?qū)λ鲭x子進(jìn)行鑒別。在常規(guī)的IMS設(shè)備中，清潔干燥氣流連續(xù) 地通過反應(yīng)和電離區(qū)域。這種配置能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)采樣和較短的恢復(fù)時間。當(dāng) 樣本分析物在樣本氣體中只具有很小的濃度時，會存在相對較低的信噪比， 這使得可靠地檢測很難得以實(shí)現(xiàn)。在己知的技術(shù)中，可以在進(jìn)口處使用預(yù)濃 縮器，以得到一團(tuán)(abolusof)具有更高濃度的分析物的樣本。所述預(yù)濃縮 器包含吸附材料，其中被提供到預(yù)濃縮器的氣體中的分析物質(zhì)在吸附階段被 束縛到所述吸附材料。所述預(yù)濃縮器隨后被加熱，以將所吸附的分析物質(zhì)釋 放，形成一團(tuán)具有更高濃度的分析物的氣體。其它形式的檢測器也使用預(yù)濃 縮器。預(yù)濃縮器還可在其它應(yīng)用中被用于增加物質(zhì)的濃度
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供可選擇的檢測器設(shè)備、預(yù)濃縮器和方法。 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種上述類型的檢測器設(shè)備，其特征在 于，該設(shè)備被配置成在吸附階段使分析物氣體或蒸汽在預(yù)濃縮器中交替流 動，以使得只有很低的氣體或蒸汽凈流量流入到檢測器中或沒有氣體或蒸汽 凈流量流入到檢測器中，并使得所感興趣的分析物質(zhì)被所述預(yù)濃縮器吸附， 所述設(shè)備還被配置成在釋放階段使所述預(yù)濃縮器釋放所吸附的分析物質(zhì)并 中斷所述氣體或蒸汽的交替流動，并產(chǎn)生進(jìn)入到所述檢測器中的氣體或蒸汽 凈流量，由此所釋放的分析物質(zhì)被移動到所述檢測器中。
所述設(shè)備可以包括與所述設(shè)備的內(nèi)部相連通的壓強(qiáng)脈沖器，通過該壓強(qiáng) 脈沖器可以引起所述交替流動。所述設(shè)備可以包括熱裝置，通過該熱裝置引
起所述預(yù)濃縮器進(jìn)行釋放。所述設(shè)備優(yōu)選為IMS設(shè)備，分析物氣體或蒸汽在 所述釋放階段被允許充分地進(jìn)入到所述裝置的反應(yīng)區(qū)域中并在此被電離。所 述預(yù)濃縮器可被置于通往所述設(shè)備的內(nèi)部的通道中。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種增加物質(zhì)濃度的方法，該方法包 括下列步驟提供被配置成吸附和釋放所述物質(zhì)的預(yù)濃縮器；在吸附階段在 通道中且在預(yù)濃縮器上方提供氣體或蒸汽的交替流動，以使得所述物質(zhì)被所 述預(yù)濃縮器吸附，并且沿通道基本不存在氣體或蒸汽凈流量；以及隨后在釋 放階段，使所述預(yù)濃縮器釋放所吸附的物質(zhì)并沿通道提供氣體或蒸汽凈流 量，以使得所釋放的物質(zhì)隨氣體或蒸汽沿所述通道移動。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了 一種被配置成對物質(zhì)進(jìn)行吸附和釋放 的預(yù)濃縮器設(shè)備，該設(shè)備包括氣流路徑以及在該氣流路徑中的吸附材料，其 特征在于，所述設(shè)備包括用于在吸附階段在預(yù)濃縮器上方且沿所述氣流路徑 提供氣體或蒸汽的交替流動的裝置，以使得所述物質(zhì)被所述預(yù)濃縮器吸附， 并且沿所述路徑基本不存在氣體或蒸汽凈流量，并且所述設(shè)備被配置成使所 述預(yù)濃縮器在隨后的釋放階段釋放所吸附的物質(zhì)，并且所述設(shè)備還被配置成在所述釋放階段沿所述氣流路徑提供氣體或蒸汽凈流量，以使得所釋放的物 質(zhì)隨氣體或蒸汽沿所述氣流路徑移動。
用于提供所述交替氣體流動的裝置可以包括壓強(qiáng)脈沖器。


下面將以示例的方式結(jié)合附圖對根據(jù)本發(fā)明的IMS設(shè)備進(jìn)行描述，其
中
圖1示出了吸附階段的設(shè)備示意圖；以及 圖2示出了釋放階段的設(shè)備示意圖。
具體實(shí)施例方式
首先參見圖1，所述設(shè)備采用具有一般管狀外殼1的離子遷移率譜儀 (IMS)的形式，所述管狀外殼1帶有在其右手端的漂移或分析區(qū)域2以及 在其相對的左手端的反應(yīng)或電離區(qū)域3。
進(jìn)口管道4在一端5具有開口 ，與空氣或其它將被采樣或分析的氣體或 蒸汽源相連通。空氣或氣體通過連接在所述管道的另一端的泵6被抽取到管 道4中。在管道4的某一點(diǎn)處，毛細(xì)通道或針孔7導(dǎo)通所述管道和所述反應(yīng) 區(qū)域3的內(nèi)部，由此感興趣的分子可以沿氣流路徑從所述管道流入到反應(yīng)區(qū) 域中。所述設(shè)備的進(jìn)口包括預(yù)濃縮器。這可以以涂層9的形式提供于進(jìn)口通 道7自身之上，或以獨(dú)立裝置9，的形式安裝在進(jìn)口管道4中，并與進(jìn)口通道 7相鄰。與擴(kuò)音器相類似的壓強(qiáng)脈沖器8以US 6073498中所描述的方式連接 到外殼1。所述壓強(qiáng)脈沖器8按照以下詳細(xì)描述的方式運(yùn)行。
所述反應(yīng)區(qū)域3包含某種用于對分析物質(zhì)的分子進(jìn)行電離的裝置，諸如 高電勢的電暈放電點(diǎn)10。反應(yīng)區(qū)域3和漂移區(qū)域2都處于大氣壓或只是稍低 于大氣壓。反應(yīng)區(qū)域3和漂移區(qū)域2通過可選的常規(guī)靜電閘板(shutter)(例如B 尼爾森門11)而彼此分離，其中所述門11對流入漂移區(qū)域的離子流 進(jìn)行控制。漂移區(qū)域2具有一系列的電極對12，所述電極對12分布在相對 的兩側(cè)并沿所述區(qū)域的長度方向彼此分離。電壓源13對每個電極對12施加 電壓，所施加的電壓沿漂移區(qū)域2的長度方向向右側(cè)逐漸增加，由此經(jīng)過門 11的離子將經(jīng)歷電壓梯度，該電壓梯度使這些離子沿漂移區(qū)域的長度方向移 動。集電極(collector)平板14安裝在所述漂移區(qū)域2的遠(yuǎn)端(右手端)， 負(fù)責(zé)對通過所述漂移區(qū)域的離子進(jìn)行收集。當(dāng)離子與集電極平板14發(fā)生碰 撞時，每個離子所產(chǎn)生的電荷都會向處理器單元15產(chǎn)生電信號。所述處理 器單元15對所述信號進(jìn)行分析，以得到所檢測到的不同離子的遷移率的譜 表示，并將這些結(jié)果提供給顯示器或其它應(yīng)用裝置16。
和在常規(guī)IMS設(shè)備中一樣，氣流系統(tǒng)20沿外殼1的內(nèi)部產(chǎn)生與離子流 方向相反的清潔干燥空氣流。所述氣流系統(tǒng)20包括在其進(jìn)口和出口處分別 具有分子篩過濾器22和23的泵21。進(jìn)口過濾器22連接到進(jìn)口管24，進(jìn)口 管24與外殼1在反應(yīng)區(qū)域3的左手端(進(jìn)口端)連通。出口過濾器23連接 到出口管25，出口管25與外殼1在漂移區(qū)域2的右手端(下游端)連通。 泵21運(yùn)行，以從反應(yīng)區(qū)域3中抽取氣體，由此使氣體在從漂移區(qū)域2的右 手端流回到外殼1中之前流經(jīng)第一過濾器22、泵21和第二過濾器23。
所述設(shè)備在兩個交替階段之間進(jìn)行切換，也就是吸附階段和釋放階段， 其中預(yù)濃縮器9， 9'在所述吸附階段對在進(jìn)口 5處提供的氣體中的分析物質(zhì) 進(jìn)行吸附，并在所述釋放階段釋放所吸附的物質(zhì)并將這些物質(zhì)提供到所述設(shè) 備的內(nèi)部以進(jìn)行電離和檢測。在圖l示出的第一 (吸附)階段期間，壓強(qiáng)脈 沖器8被處理器15施加電壓以在外殼1中產(chǎn)生短的、規(guī)則的正負(fù)交替壓強(qiáng) 脈沖(如圖所示)。這將使管道4中的空氣在進(jìn)口通道7波動(pant)式地進(jìn) 出，通過這樣做，其以交替的方式在預(yù)濃縮器9， 9'的表面上前后流動。因 此，空氣中的分析物質(zhì)由于空氣被抽取到外殼l的內(nèi)部而被吸附到預(yù)濃縮器9， 9，中，并且反向返回的空氣中的分析物質(zhì)的濃度已經(jīng)耗盡了很多。所述 波動、交替流動確保了在每個方向都不存在凈流量，并且可對所述波動的相 位、幅度和頻率進(jìn)行選擇，由此所述樣本蒸汽不會被噴射到反應(yīng)區(qū)域3中的 過遠(yuǎn)處由此被電離和檢測。處理器15將該吸附階段維持足夠長的時間，以 確保預(yù)濃縮器9， 9'上已經(jīng)吸附了可檢測數(shù)量的樣本蒸汽。通常，這將持續(xù) 幾秒到幾十秒的時間。
處理器15隨后轉(zhuǎn)變到如圖2所示的釋放階段。首先，所述處理器15將 脈沖器8的規(guī)則的交替壓強(qiáng)循環(huán)停止。然后，處理器對安裝在預(yù)濃縮器9， 9' 上的加熱器17施加電壓以提高加熱器17的溫度并引起所述分析物樣本蒸汽 的熱釋放。還可以通過其他途徑使所述預(yù)濃縮器釋放所吸附的物質(zhì)，例如通 過對其進(jìn)行輻射、加壓、震動等等。通過引起沿所述進(jìn)口通道7直到所述反 應(yīng)區(qū)域之內(nèi)的流動，所釋放的分析物樣本蒸汽隨后被傳送到反應(yīng)區(qū)域3中。 這種流動可以是連續(xù)的并可通過單獨(dú)的泵來實(shí)現(xiàn)(未示出)?？商鎿Q地，這 種流動也可通過外殼1中的由壓強(qiáng)脈沖器8導(dǎo)致的較大的、瞬間的 (momentary)壓強(qiáng)減少或反向脈沖(如圖所示)來引發(fā)。這將把所釋放的 蒸汽充分地噴射到反應(yīng)區(qū)域3中以進(jìn)行電離和檢測。該過程還可與吸吮(sip) 過程相結(jié)合，在所述吸吮過程中，所述壓強(qiáng)脈沖器8被施加電壓，以不斷地 將小量空氣抽取到反應(yīng)區(qū)域中。
本發(fā)明可被使用，以使用改善的信噪比來檢測小濃度的分析物。本發(fā)明 特別地用于IMS設(shè)備，但同樣可以在其它形式的檢測器中應(yīng)用。本發(fā)明還可 用于除檢測領(lǐng)域之外的其它需要提高物質(zhì)濃度的領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種具有進(jìn)口(7)和位于所述進(jìn)口附近的預(yù)濃縮器(9，9’)的檢測器設(shè)備(1)，其特征在于，該設(shè)備被配置成在吸附階段使分析物氣體或蒸汽在所述預(yù)濃縮器(9，9’)中交替流動，以使得只有很低的氣體或蒸汽凈流量流入到所述檢測器(1)中或沒有氣體或蒸汽凈流量流入到所述檢測器(1)中，并使得感興趣的分析物質(zhì)被所述預(yù)濃縮器(9，9’)吸附，并且所述設(shè)備還被配置成在釋放階段使所述預(yù)濃縮器(9，9’)進(jìn)行釋放并中斷所述交替流動，并產(chǎn)生進(jìn)入到所述檢測器(1)中的氣體或蒸汽凈流量，由此所釋放的分析物質(zhì)被移動到所述檢測器中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測器設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括與 所述設(shè)備的內(nèi)部相連通的壓強(qiáng)脈沖器(8)，通過該壓強(qiáng)脈沖器(8)引起所 述交替流動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的檢測器設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包 括熱裝置(17)，通過該熱裝置(17)引起所述預(yù)濃縮器(9， 9')進(jìn)行釋放。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測器設(shè)備，其特征在 于，所述設(shè)備是IMS設(shè)備，并且分析物氣體或蒸汽在所述釋放階段被允許充 分地進(jìn)入到所述設(shè)備的反應(yīng)區(qū)域(3)中進(jìn)行電離。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的檢測器設(shè)備，其特征在 于，所述預(yù)濃縮器(9)位于通往所述設(shè)備(1)的內(nèi)部的通道(7)中。
6. —種用于增加物質(zhì)濃度的方法，該方法包括下列步驟提供被配置 用于吸附和釋放所述物質(zhì)的預(yù)濃縮器(9， 9');在吸附階段在通道(7)中且在所述預(yù)濃縮器(9， 9，)上方提供氣體或蒸汽的交替流動，由此所述物 質(zhì)被所述預(yù)濃縮器(9， 9')吸附，并且沿所述通道(7)基本不存在氣體或 蒸汽凈流量；以及隨后在釋放階段，使所述預(yù)濃縮器(9， 9')釋放所吸附 的物質(zhì)并沿所述通道(7)提供氣體或蒸汽凈流量，以使得所釋放的物質(zhì)隨 所述氣體或蒸汽沿所述通道(7)移動。
7. —種被配置成對物質(zhì)進(jìn)行吸附和釋放的預(yù)濃縮器設(shè)備(9， 9')，該 設(shè)備包括氣流路徑(7)以及在該氣流路徑中的吸附材料，其特征在于，所 述設(shè)備包括裝置(8)，該裝置(8)用于在吸附階段在所述預(yù)濃縮器(9， 9') 上方沿所述氣流路徑(7)提供氣體或蒸汽的交替流動，由此所述物質(zhì)被所 述預(yù)濃縮器吸附，并且沿所述氣流路徑(7)基本不存在氣體或蒸汽凈流量， 并且所述設(shè)備被配置成使所述預(yù)濃縮器(9， 9')在隨后的釋放階段釋放所 吸附的物質(zhì)，并且所述設(shè)備還被配置成在所述釋放階段沿所述氣流路徑(7) 提供氣體或蒸汽凈流量，以使得所釋放的物質(zhì)隨所述氣體或蒸汽沿所述氣流 路徑(7)移動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)濃縮設(shè)備，其特征在于，用于提供氣體的 所述交替流動的裝置包括壓強(qiáng)脈沖器(8)。
全文摘要
IMS設(shè)備在它的進(jìn)口(7)中具有預(yù)濃縮器(9)。與外殼(1)的內(nèi)部連通的壓強(qiáng)脈沖器(8)向外殼提供較小的正負(fù)交替壓強(qiáng)脈沖，由此空氣以波動的方式不斷地進(jìn)出所述進(jìn)口(7)。這使得分析物被所述預(yù)濃縮器(9)所吸附，但不允許分析物充分進(jìn)入由此被電離或檢測。在足夠的時間之后，在預(yù)濃縮器(9)上聚集了可檢測數(shù)量的分析物，所述設(shè)備轉(zhuǎn)變到釋放階段。預(yù)濃縮器(9)被加熱以釋放所述分析物，并且脈沖器(8)產(chǎn)生較大的負(fù)脈沖，以能夠?qū)⑺尫诺姆治鑫飵У椒磻?yīng)區(qū)域(3)中的足夠遠(yuǎn)處，以進(jìn)行電離和檢測。
文檔編號G01N1/40GK101611304SQ200780046677
公開日2009年12月23日 申請日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日
發(fā)明者S·J·泰勒 申請人:史密斯探測-沃特福特有限公司