一種可同時檢測正、負離子的組合式平板差分式離子遷移譜的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種可同時檢測正、負離子的組合式平板差分式離子遷移譜，包括正、負離子分離區，正離子漂移區和檢測區，負離子漂移區和檢測區；正、負離子分離區由兩組或兩組以上平行的電極對（或平行柵網）組成，平行的電極對（或平行柵網）間施加一定的電壓差，在電場作用下實現正負離子的空間分離；正、負離子分別進入正離子漂移區和檢測區、負離子漂移區和檢測區進行分析檢測。這樣可以有效避免正、負離子由于相互吸引而導致的正、負離子復合。
【專利說明】—種可同時檢測正、負離子的組合式平板差分式離子遷移譜
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種樣品分析分析裝置，具體地說是一種可同時檢測正、負離子的組合式平板差分式離子遷移譜，可以將正負離子實現空間的分離，再同時實現正負離子的分離與檢測，避免空間內正負離子的復合，提高檢測的靈敏度。
【背景技術】
[0002]差分式離子分析儀以結構簡單、靈敏度高、分析速度快等優點被廣泛用來檢測毒品、興奮劑、麻醉劑以及爆炸物。目前在軍事，公共安全等各個領域有大量的對于好的檢測儀器的需求。本發明就是在此需求基礎上提出。
[0003]差分式離子分析儀的工作原理是:樣品由載氣載帶進入，然后被電離的樣品離子進入差分區。差分區一般為兩塊平行的平板或是同軸的圓筒結構。在其中的一塊平板上加上非對稱波形的射頻電場，另一塊接地。在差分區內離子除了在氣流方向運動外，還在高頻電場的作用下會在與載氣方向垂直的方向上做上下震蕩的運動。由于在高低場離子的遷移率不同，在高頻電場的每個周期，離子都會在垂直方向上產生一個位移Sy。經過多個周期后離子就會打到極板上而湮滅掉。如果在高頻電場上施加一匹配的補償電壓，使離子在y方向的總位移S小于其初始位置到極板的距離，從而使離子能夠通過差分區，到達偏移區。通過在一定范圍內對補償電壓進行掃描，就可以使得不同的樣品離子在特定補償電壓下通過差分區區，而后進入偏移去。這樣得到的遷移譜圖用標準物質表征后就可以用作樣品的鑒定。在偏移區一極板上加一直流電場，離子在電場和流場的共同左右下會發生偏移。偏移電場進行掃描，不同遷移率的離子可以通過通道進入檢測區被檢測到。
[0004]致力于平板差分式離子遷移譜的是美國Sionex公司，其核心產品為microDMx，并于2004年推出了 CP-490便攜式氣相色譜檢測器。其研究人員米勒等在中國申請了相關發明專利(CN 139361A)。安徽光機所的陳池來等申請了發明專利(200710023322.8)，公開了縱向高場不對稱波形離子遷移譜裝置。但是米勒等人已經公開的專利僅僅提供了一種質譜的預分離部件，并非一種獨立使用的儀器；陳池來等公開了一種介質阻擋放電的離子遷移譜儀器。
[0005]但是以往專利中都沒有將正負離子在進入離子遷移區進行分離，而差分式離子分析儀的離子飛行依賴于氣體的載帶，對于正、負離子沒有選擇性，正、負離子會同時進入分離區和檢測區；而離子遷移區極板間距僅僅有0.5_到幾個_，空間非常狹小。這樣由于正負離子相互吸引，在分離區和檢測區正負離子容易發生復合，導致靈敏度降低。廣泛使用的63Ni源，VUV電離源，輝光放電電離源中均同時存在大量的正負離子，在離子漂移區無法避免正負離子復合。
[0006]本發明可以解決這一難題，利用電場實現正、負離子的分離后再分別進入正、負離子遷移區和檢測區進行分離和檢測，從而大大提高靈敏度。其優點包括:(1)實現了正負離子的提前分離，避免了正、負離子的復合，提高了檢測靈敏度；(2)實現了正、負離子的同時檢測，減小了檢測時間，提高了識別準確性，擴大了檢測范圍；(3)正、負離子遷移區可以連接同一射頻高壓和直流補償電壓，減小了儀器體積。
【發明內容】
[0007]本發明涉及一種樣品分析分析裝置，具體地說是一種可同時檢測正、負離子的組合式平板差分式離子遷移譜，可以將正負離子實現空間的分離，再同時實現正負離子的分離與檢測，避免空間內正、負離子的復合，提高檢測的靈敏度；
[0008]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0009]一種可同時檢測正、負離子的組合式平板差分式離子遷移譜，包括依次順序排列的正離子檢測區和正離子遷移區、正負離子分離區、負離子遷移區和負離子檢測區，
[0010]正負離子分離區由兩組或三組以上順序排列的平行電極對(或平行柵網)；相鄰平行電極對(或平行柵網)上分別施加不同電壓，使相鄰平行電極(或平行柵網)對間形成電壓差；于相鄰平行電極對(或平行柵網)之間產生它們順序排列方向的電場；靠近電極對(或柵網)中電勢較高電極一側設有負離子檢測區；靠近電極對(或柵網)中電勢較低電極一側設有正離子檢測區；
[0011]正離子遷移區和負離子遷移區分別為平行設置的電極；
[0012]正離子檢測區和負離子檢測區為平行設置的電極；
[0013]在遠離離子遷移區的正離子檢測區和負離子檢測區后端分別設有氣體出口 ；
[0014]于正、負離子分離區中相鄰的平行電極對(或平行柵網)間設有氣體和離子的入□。
[0015]正離子檢測區和正離子遷移區與負離子遷移區和正離子檢測區于正負離子分離區二側對稱設置。
[0016]正離子遷移區包括成對平行設置的上極板和下極板:其中上極板與射頻電源和補償電源相連，被施加以一個射頻電壓和一個直流掃描電壓；下極板接地。
[0017]負離子遷移區分別包括成對平行設置的上極板和下極板:其中上極板與射頻電源和補償電源相連，被施加以一個射頻電壓和一個直流掃描電壓；下極板接地。
[0018]正負離子分離區中，相鄰平行電極對的極板相互平行，或相鄰平行電極對的相鄰近極板處于同一平面內。
[0019]正離子檢測區包括成對平行設置的上極板和下極板；其中上極板為正離子接收電極，下極板為接地；
[0020]負離子檢測區包括成對平行設置的上極板和下極板；其中上極板為負離子接收電極，下極板為接地。
[0021]射頻電場波形為非對稱結構，在周期內積分和為零；補償電場為直流線性變化的直流電場。
[0022]所檢測離子可以產生于正負離子分離區中相鄰平行電極對(或平行柵網)之間區域，或通過氣體和離子的入口進入正負離子分離區。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明的結構示意圖；(I)上絕緣基底，(2)下絕緣基底，(3)電極對(或柵網)，(4)電極對(或柵網)，(5A)正離子漂移區上極板，(5A’ )正離子漂移區下極板，(6A)正離子上檢測電極，(6A’)負離子下檢測電極，(5B)負離子漂移區上極板，(5B’)負離子漂移區下極板，(6B)負離子上檢測電極，(6B’)負離子下檢測電極，(7)入口，(8)正負離子分離區，(9A)正離子漂移區，(IOA)正離子檢測區，(9B)負離子漂移區，(IOA)負離子檢測區，(IlA)出口，(IlB)入口。
【具體實施方式】
[0024]請參閱圖1所示。
[0025]一種可同時檢測正、負離子的組合式平板差分式離子遷移譜，包括依次順序排列的正離子檢測區和正離子遷移區、正負離子分離區、負離子遷移區和負離子檢測區，
[0026]正負離子分離區8由兩組或三組以上順序排列的平行電極對(或平行柵網)組成；相鄰平行電極對(或平行柵網)上分別施加不同電壓，使相鄰平行電極(或平行柵網)對間形成電壓差；于相鄰平行電極對(或平行柵網)之間產生它們順序排列方向的電場；靠近電極對(或柵網)中電勢較高電極一側設有負離子檢測區；靠近電極對(或柵網)中電勢較低電極一側設有正離子檢測區；
[0027]正離子遷移區和負離子遷移區分別為平行設置的電極；
[0028]正離子檢測區和負離子檢測區為平行設置的板狀電極；
[0029]在遠離離子遷移區的正離子檢測區和負離子檢測區后端分別設有氣體出口(11A和 11B)；
[0030]于正、負離子分離區8中相鄰的平行電極對(或平行柵網)之間、上極板I上設有氣體和離子的入口 7。
[0031]氣體由氣體和離子的出口 7進入，依次經過正負離子分離區8，離子遷移區(9A和9B)，檢測區(10A和10B)，最后由氣體和離子的出口 IlA和IlB排出。電極對3與電極對4施加一定電壓差構成正負離子分離區8，通過在電極對3與電極對4上施加一電壓差，實現正、負離子的分離；分別進入正負離子分離和檢測區。
[0032]正、負離子遷移區(9A和9B)分別由正離子漂移區上極板5A、正離子漂移區下極板5A’和負離子漂移區上極板5B、正離子漂移區下極板5b’構成。上極板(5A和5B)與射頻電源和補償電源相連，于上極板(5A和5B)上施加以一個射頻電壓和一個直流掃描電壓,下極板(5A ‘和5B’)接地。
[0033]正、負離子檢測區10由電極(6A、6A’和6B、6B’)構成:下極板接地，上極板分布接接偏置電壓(正離子檢測區，接負偏置電壓；負離子檢測區，接正偏置電壓)。
[0034]樣品離子由載氣載帶由進口 12進入正負離子分離區8或者樣品離子直接在正負離子分離區8產生。其中，正離子檢測區和正離子遷移區位于靠近正負離子分離區電勢較低的一側，負離子檢測區和負離子遷移區位于靠近正負離子分離區電勢較高的一側。在電場作用下，正離子進入正離子遷移區9A ;正離子進入正離子遷移區9B。離子遷移區(9A和9B)—般為兩塊平行的平板結構。在其中的一塊平板上加上非對稱波形的射頻電場，另一塊接地。在遷移區內離子除了在氣流方向運動外，還在高頻電場的作用下會在與載氣方向垂直的方向上做上下震蕩的運動。由于在高低場離子的遷移率不同，在高頻電場的每個周期，離子都會在垂直方向上產生一個位移δ y。經過多個周期后離子就會打到極板上而湮滅掉。如果在高頻電場上施加一匹配的補償電壓，使離子在I方向的總位移S小于其初始位置到極板的距離，從而使離子能夠通過遷移區。通過在一定范圍內對補償電壓進行掃描，就可以使得不同的樣品離子在特定補償電壓下通過遷移區，而后進入檢測區。這樣得到的遷移譜圖用標準物質表征后就可以用作樣品的鑒定。在偏移區一極板上加一直流電場，離子在電場和流場的共同左右下會發生偏移。偏移電場進行掃描，不同遷移率的離子可以通過通道進入檢測區被檢測到。
【權利要求】
1.一種可同時檢測正、負離子的組合式平板差分式離子遷移譜，其特征在于: 包括依次順序排列的正離子檢測區和正離子遷移區、正負離子分離區、負離子遷移區和負離子檢測區， 正負離子分離區(8)由兩組或三組以上順序排列的平行電極對(或平行柵網)組成；相鄰平行電極對(或平行柵網)上分別施加不同電壓，使相鄰平行電極(或平行柵網)對間形成電壓差；于相鄰平行電極對(或平行柵網)之間產生它們順序排列方向的電場；靠近電極對(或柵網)中電勢較高電極一側設有負離子檢測區；靠近電極對(或柵網)中電勢較低電極一側設有正離子檢測區； 正離子遷移區和負離子遷移區分別為平行設置的電極； 正離子檢測區和負離子檢測區為平行設置的板狀電極； 在遠離離子遷移區的正離子檢測區和負離子檢測區后端分別設有氣體出口(IlA)和(IlB)； 于正、負離子分離區(8)中相鄰的平行電極對(或平行柵網)之間、上極板(I)上設有氣體和離子的入口(7)。
2.如權利要求1所述平板式差分離子遷移譜，其特征在于: 正離子檢測區和正離子遷移區、負離子遷移區和負離子檢測區分別于正負離子分離區二側對稱設置。
3.如權利要求1所述平板式差分離子遷移譜，其特征在于: 正離子遷移區包括成對平行設置的上極板(5A)和下極板(5A’):其中上極板(5A)與射頻電源和補償電源相連，被施加以一個射頻電壓和一個直流掃描電壓；下極板(5A’)接地。 負離子遷移區包括成對平行設置的上極板(5B)和下極板(5B’):其中上極板(5B)與射頻電源和補償電源相連，被施加以一個射頻電壓和一個直流掃描電壓；下極板(5B’)接地。
4.如權利要求1所述平板式差分離子遷移譜，其特征在于: 正負離子分離區(8)中，相鄰平行電極對(或平行柵網)的極板相互平行，或相鄰平行電極對的相鄰近極板處于同一平面內。
5.如權利要求1所述平板式差分離子遷移譜，其特征在于:正離子檢測區包括成對平行設置的上極板(6A)和下極板(6A’);其中上極板(6A)為正離子接收電極，下極板(6A’)為接地； 負離子檢測區包括成對平行設置的上極板(6B)和下極板(6B’)；其中上極板為負離子接收電極(6B)，下極板(6B’)為接地。
6.如權利要求3所述平板式差分離子遷移譜，其特征在于: 射頻電場波形為非對稱結構，在周期內積分和為零；補償電場為直流線性變化的直流電場。
7.如權利要求1所述平板式差分離子遷移譜，其特征在于: 所檢測離子可以產生于正負離子分離區(8)中相鄰平行電極對(或平行柵網)之間，或通過氣體和離子的入口(7)進入正負離子分離區(8)。
【文檔編號】G01N27/62GK103811267SQ201210458837
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月14日 優先權日:2012年11月14日
【發明者】王衛國, 李海洋 申請人:中國科學院大連化學物理研究所