離子遷移譜儀及其方法
【專利說明】離子遷移譜儀及其方法
[0001]本申請是于2007年12月27日提交給中國專利局的名稱為“離子迀移譜儀及其方法”的第200710304330.X的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種使用離子迀移技術(shù)檢測毒品和爆炸物的離子迀移譜儀以及應(yīng)用于其的離子存儲和引出的方法，屬于安全檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]離子迀移譜儀是根據(jù)不同離子在均勻弱電場下漂移速度不同而實(shí)現(xiàn)對離子的分辨。通常由進(jìn)樣部分、電離部分、離子門、迀移區(qū)、收集區(qū)、讀出電路、數(shù)據(jù)采集和處理、控制部分等構(gòu)成?，F(xiàn)有技術(shù)中，采用Bradbury and Nielson門只在開門階段將在此期間產(chǎn)生的離子送往迀移區(qū)。關(guān)門時期的離子通過離子門被散射到管壁上不能被存儲而被浪費(fèi)。
[0004]中國專利200310106393.6公開了一種離子存儲方法，采用三片網(wǎng)電極代替Bradbury and Nielson門構(gòu)成存儲區(qū)，在離子存儲階段，離子存儲在前兩片電極之間的無電場區(qū)。當(dāng)需要離子被推入迀移區(qū)進(jìn)行迀移時，改變第一片網(wǎng)電極電壓將離子推到第二片和第三片網(wǎng)電極之間，再改變第二網(wǎng)電極將離子推到迀移區(qū)進(jìn)行迀移和分辨。由于將存儲的離子兩次經(jīng)過網(wǎng)電極，會由于碰撞和散射影響到靈敏度，而且控制較為復(fù)雜。
[0005]美國專利5200614也公開了一種離子存儲的方法，由于在離子存儲階段正負(fù)離子存在復(fù)合的問題，影響了靈敏度。由于將電離區(qū)和存儲區(qū)合二為一，雖簡化結(jié)構(gòu)，但離子源的尺寸和形狀受到一定限制，影響進(jìn)一步的使用。
[0006]以上技術(shù)均需要較長的開門時間，才能將離子送入迀移區(qū)，會造成迀移峰譜形展寬，在相同迀移區(qū)情況下，影響分辨率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種離子迀移譜儀及其方法，能夠有效地提高靈敏度和分辨率，且控制簡單方便。
[0008]在本發(fā)明的一個方面，提出了一種離子迀移譜儀，包括:電極；離子源，與電極毗鄰設(shè)置；其中，所述離子迀移譜儀還包括:聚焦導(dǎo)向電極，設(shè)置在離子源的遠(yuǎn)離電極的那偵牝形成為漏斗狀，以將離子從離子源輸出；以及存儲部分，設(shè)置在聚焦導(dǎo)向電極的輸出離子的那側(cè)，用于存儲從離子源產(chǎn)生的離子。
[0009]優(yōu)選地，所述存儲部分包括依此排列的第一端電極、中間電極和第二端電極。
[0010]優(yōu)選地，第一端電極由帶有孔的金屬片構(gòu)成。
[0011]優(yōu)選地，第二端電極由網(wǎng)狀金屬片構(gòu)成。
[0012]優(yōu)選地，第一端電極和第二端電極之間的距離小于4mm。
[0013]優(yōu)選地，所述離子迀移譜儀還包括設(shè)置在存儲部分的輸出側(cè)的另一電極。
[0014]優(yōu)選地，所述存儲部分與所述另一電極之間的距離小于3mm。
[0015]優(yōu)選地，在電極、離子源的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極和存儲部分之間存在電壓差且相對電壓固定，而在另一電極加上固定電壓，以將離子存儲在存儲部分中。
[0016]優(yōu)選地，改變第一電極、離子源的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極和存儲部分上的電壓，以導(dǎo)出存儲在存儲部分中的離子。
[0017]優(yōu)選地，離子源是同位素源、電暈放電、激光、紫外光或X射線。
[0018]優(yōu)選地，所述電極和另一電極均形成為環(huán)狀或者網(wǎng)狀。
[0019]在本發(fā)明的另一方面，提出了一種用于離子迀移譜儀的方法，所述離子迀移譜儀包括:電極；離子源，與電極毗鄰設(shè)置；其中，所述離子迀移譜儀還包括:聚焦導(dǎo)向電極，設(shè)置在離子源的遠(yuǎn)離電極的那側(cè)，形成為漏斗狀，以將離子從離子源輸出；存儲部分，設(shè)置在聚焦導(dǎo)向電極的輸出離子的那側(cè)，用于存儲從離子源產(chǎn)生的離子；以及設(shè)置在存儲部分的輸出側(cè)的另一電極；其中所述方法包括:離子存儲步驟，向電極、源的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極和存儲部分施加電壓使得它們之間存在電壓差且相對電壓固定，向另一電極施加固定電壓，以將離子存儲在存儲部分中；以及離子導(dǎo)出步驟，改變電極、源的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極和存儲部分上的電壓，以導(dǎo)出存儲在存儲部分中的離子。
[0020]本發(fā)明由于采取了源與存儲區(qū)分開的方案，可以方便離子源的互換，在不改變后續(xù)結(jié)構(gòu)的情況下更換不同的源。
[0021]網(wǎng)電極、離子源、聚焦導(dǎo)向電極和存儲部分組成組合電極，網(wǎng)電極、源的屏蔽金屬外殼、聚焦導(dǎo)向電極和存儲部分存在電壓差且相對電壓固定，第一環(huán)電極加上固定電壓，組合電極上的電壓可以浮動變化實(shí)現(xiàn)離子的存儲和導(dǎo)出。
[0022]在離子存儲階段，所需收集的正或負(fù)離子在電場的作用下通過聚焦導(dǎo)向電極漂移到存儲部分內(nèi)部進(jìn)行存儲。由于存儲部分在離子需要移動的方向可以作的很薄，直徑可以做得較大，且內(nèi)部電場幾乎為零，可以收集大量的離子且團(tuán)簇厚度很小，且定向速度幾乎為零，減少離子迀移譜的展寬，可提高分辨率。
[0023]在離子導(dǎo)出階段，改變組合電極電壓將離子推到迀移區(qū)，隨即整體電壓恢復(fù)到存儲狀態(tài)。
【附圖說明】
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子迀移譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子迀移譜儀中采用的電極示意圖。
[0026]圖3A到圖3C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子迀移譜儀所采用的存儲部分的側(cè)面示意圖。
[0027]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子迀移譜儀所采用的存儲部分的正面示意圖。
[0028]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子迀移譜儀所采用的聚焦導(dǎo)向電極的側(cè)面和正面示意圖。
[0029]圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子迀移譜儀工作在正離子模式時的各電極的電勢示意圖。
[0030]圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子迀移譜儀工作在正離子模式時的各電極電壓隨時間變化的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明即可工作在負(fù)離子模式也可工作在正離子模式，為方便起見，本文僅介紹正離子模式的情形。
[0032]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子迀移譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子迀移譜儀包括依次排列的網(wǎng)電極1、離子源2、聚焦導(dǎo)向電極3、存儲部分4、第一環(huán)或網(wǎng)電極5、其余環(huán)電極6和法拉第盤7等。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，離子源2可以為同位素源如鎳63，也可以為電暈放電、激光、紫外光、X射線等源。
[0034]如圖2所示，網(wǎng)電極I可以形成為附圖標(biāo)記8所示的樣式，當(dāng)然包含各種樣式的孔，如六邊形孔、圓孔等。第一環(huán)電極5也可以形成為附圖標(biāo)記9所示的樣式，也可形成為附圖標(biāo)記8所示的環(huán)狀樣式。
[0035]圖3A到圖3C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子迀移譜儀所采用的存儲部分的側(cè)面示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子迀移譜儀所采用的存儲部分的正面示意圖。
[0036]如圖4所示，存儲部分4為一個一邊為小圓孔的金屬薄片10(如圖3A)、中間為圓環(huán)11 (如圖3B)、另一邊為網(wǎng)狀孔的金屬薄片12 (如圖3C)的金屬盒。網(wǎng)狀孔的網(wǎng)絲要求盡可能細(xì)，兩金屬片10和12之間的距離應(yīng)該小于4mm，該存儲部分內(nèi)部形成無電場區(qū)。
[0037]如圖5所示，附圖標(biāo)記13和14分別表示聚焦導(dǎo)向電極3的正向剖圖和側(cè)視圖。聚焦導(dǎo)向電極3形成為漏洞狀，從毗鄰離子源2的一側(cè)向遠(yuǎn)離離子源2的一側(cè)逐漸變大，形成聚焦電場，從而起到離子導(dǎo)向的作用，也可用一組這樣的電極進(jìn)行聚焦。另外，存儲部分4和第一環(huán)電極5之間的距離應(yīng)小于3毫米，從而方便離子的推出。
[0038]圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子迀移譜儀工作在正離子模式時的各電極的電勢示意圖。如圖6所示，附圖標(biāo)記15表示網(wǎng)電極I上施加的電壓。附圖標(biāo)記16表示離子源2上施加的電壓；附圖標(biāo)記17表示聚焦導(dǎo)向電極3上施加的電壓；附圖標(biāo)記18表示存儲部分4上施加的電壓；附圖標(biāo)記19表示第一環(huán)或網(wǎng)電極