差分式離子遷移率頻譜儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及氣體分析領(lǐng)域，并且旨在檢測氣態(tài)介質(zhì)中(特別是在大氣空氣中)的微量雜質(zhì)，并且可在氣相色譜法中用作靈敏檢測器。技術(shù)效果包括：改進(jìn)氣態(tài)介質(zhì)的分析結(jié)果的一致性和可重復(fù)性；和延長電離器的使用壽命。差分式離子遷移率頻譜儀包括：圓筒形腔室，用于分析物離子的形成；電離源，繞其形成反應(yīng)離子；電極系統(tǒng)；離子孔眼；分析間隙，形成在兩根同心圓筒形電極之間；離子對準(zhǔn)單元；周期電壓發(fā)生器，具有非對稱極性，該周期電壓發(fā)生器將出口提供給依賴于離子遷移率的非線性場的區(qū)域；補(bǔ)償電壓源；高頻電壓源，該高頻電壓源提供裝置的增大分辨率；以及輔助(第三)腔室，相對于內(nèi)部圓筒形電極同心地定位，所述腔室具有用于電離氣體的進(jìn)口和出口，并且包含電離源和排斥力發(fā)生器；具有非對稱極性的周期電壓發(fā)生器將出口提供給依賴于離子遷移率的非線性場的區(qū)域；補(bǔ)償電壓源和高頻電壓發(fā)生器提供裝置的增大的分辨率，并且連接到電離腔室的內(nèi)部電極。電離源可以是：輻射源、電子電離器、電噴霧器裝置、或任何已知紫外線輻射源。還提供一種氣體凈化系統(tǒng)。
【專利說明】差分式離子遷移率頻譜儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體分析領(lǐng)域，并且旨在檢測在氣態(tài)介質(zhì)中(特別是在大氣空氣中)的微量雜質(zhì)，并且它可在氣相色譜法中用作靈敏檢測器。

【背景技術(shù)】
[0002]為了監(jiān)測在氣體中的有機(jī)和無機(jī)污染物的微量雜質(zhì)，由于分析的高度靈敏性、選擇性及快速性，使用以離子遷移率檢測技術(shù)為基礎(chǔ)而操作的儀器。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)知道在1995年5月30日公開的美國專利N0.5420424, IPC H01J49/40,該專利公開了一種非線性離子漂移頻譜儀，這種非線性離子漂移頻譜儀包括:電離腔室，具有接收待分析的氣體的進(jìn)口和排出已分析氣體的出口 ；電離源；電極系統(tǒng)；離子孔眼；離子分離腔室(分析間隙)，由兩個相對的電極限定，離子分離腔室具有凈化氣體進(jìn)口，并且在其進(jìn)口處通過離子孔眼與所述電離腔室連通，且在其出口處與離子監(jiān)測器連通；非對稱極性交變電壓發(fā)生器、和補(bǔ)償電壓源，兩者都連接到分離腔室電極；電壓源，連接到電離腔室電極。
[0004]當(dāng)電離在大氣壓力下發(fā)生時，這種現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備呈現(xiàn)低靈敏性和低干擾免疫性，該低靈敏性和低干擾免疫性由存在于待分析的氣體中的污染物對于電離和分離的有效性的影響而生成。
[0005]為了解決這些缺陷中的一種，即解決低干擾免疫性，曾經(jīng)提出使這種頻譜儀補(bǔ)充有氣體凈化系統(tǒng)，該氣體凈化系統(tǒng)在其進(jìn)口處與排出管線和分離腔室出口連通，并且在其出口處也與電離腔室進(jìn)口連通。這樣的設(shè)備披露在1998年4月7日發(fā)表的美國專利N0.5736739，IPC H01J49/40 中。
[0006]然而，這樣的補(bǔ)充未能消除污染物對電離的有效性的影響，因而不利地影響分析的靈敏性。
[0007]為了提高分析的靈敏性，曾經(jīng)提出使這種頻譜儀補(bǔ)充有加熱腔室和可控的氣體排出裝置。加熱腔室安裝在電離腔室進(jìn)口上，從而在其進(jìn)口處與被分析的氣體和氣體凈化系統(tǒng)出口連通，并且在其出口處也與電離腔室進(jìn)口連通，并且它包括溫度計、熱量控制單元以及濕度計，該濕度計連接到可控的氣體排出裝置。這種頻譜儀披露在2002年I月27日公開的俄羅斯聯(lián)邦專利N0.2178929，IPC H01J49/40中。
[0008]由現(xiàn)有技術(shù)已知的這種設(shè)備的缺陷是，它不能解決保護(hù)電離器免受存在于待分析的氣體中的污染物的干擾的問題。
[0009]盡管如此，可以認(rèn)為是最接近本發(fā)明的已知現(xiàn)有技術(shù)解決方案是在上述美國專利N0.5420424中公開的離子遷移頻譜儀。除以上描述的缺點之外，由現(xiàn)有技術(shù)已知的專利技術(shù)解決方案的缺陷是電離器在待分析的氣體流束中的暴露。這因為由在分析下的氣體對電離器的污染，導(dǎo)致反應(yīng)離子的不穩(wěn)定形成并且也導(dǎo)致依賴于時間的電離器電流變化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是，保護(hù)電離器免受由在分析下的氣體污染。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)效果包括:改進(jìn)氣態(tài)介質(zhì)的分析結(jié)果的一致性和可重復(fù)性；和延長電離器的使用壽命。
[0012]上述的技術(shù)效果由于一種差分式離子遷移率頻譜儀而實現(xiàn)，這種差分式離子遷移率頻譜儀包括:圓筒形電離腔室，其中形成分析物離子，電離腔室具有接收待分析的氣體的進(jìn)口和排出已分析氣體的出口 ；電離源；離子孔眼；電極系統(tǒng)，該電極系統(tǒng)包括同心定位的內(nèi)部電極和外部電極兩個電極；分析間隙，由所述兩根相對圓筒形電極限定，所述分析間隙具有接收凈化氣體的進(jìn)口，并且在其進(jìn)口處通過離子孔眼與用于形成分析物離子的區(qū)域連通，且在其出口處與離子監(jiān)測器連通，差分式頻譜儀還包括:周期電壓發(fā)生器，該周期電壓發(fā)生器具有非對稱極性，該周期電壓發(fā)生器將出口提供給依賴于離子遷移率的非線性場的區(qū)域；補(bǔ)償電壓源；高頻電壓源，該高頻電壓源提供裝置的增大分辨率，所述各部件連接到內(nèi)部電極；輔助腔室，該輔助腔室相對于內(nèi)部圓筒形電極同心地定位，所述輔助腔室具有用于電離氣體的進(jìn)口和出口，并且包含電離源和連接到其上的排斥力發(fā)生器，頻譜儀還具有氣體凈化系統(tǒng)，該氣體凈化系統(tǒng)借助于管線將分析間隙出口和電離腔室出口連通于分析間隙進(jìn)口和輔助腔室進(jìn)口。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的頻譜儀可以將輻射β源(如釔源)用作電離源，以形成負(fù)離子和正離子。
[0014]而且，根據(jù)本發(fā)明的頻譜儀可以將電子電離器(如電暈放電裝置)用作電離源，其中，具有尖頭端部的電極定位在所述輔助腔室內(nèi)，所述尖頭端部電極連接到周期性高壓發(fā)生器。
[0015]另外，根據(jù)本發(fā)明的頻譜儀可以將電噴霧器用作電離源，其中，電噴霧器毛細(xì)管定位在所述輔助腔室內(nèi)，以按可控的流量輸送可控含量的溶液，所述電噴霧器毛細(xì)管連接到直流高壓源。
[0016]最后，根據(jù)本發(fā)明的頻譜儀可以將任何已知紫外線輻射源用作電離源。
[0017]本發(fā)明的頻譜儀的氣體凈化系統(tǒng)可以包括:氣體流動致動器(例如，泵)；兩個過濾器，所述過濾器定位在電離腔室出口上和在分析間隙進(jìn)口上；以及輔助腔室，氣體凈化系統(tǒng)還包括三個氣動阻力裝置(pneumatic resistances),這三個氣動阻力裝置安裝在過濾器之后，并且位于用于將氣體排出到大氣的出口上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]附圖示出了本發(fā)明的頻譜儀的示意圖。

【具體實施方式】
[0019]根據(jù)本發(fā)明，使輔助的凈化氣體流束繞電離器流動，該輔助的凈化氣體流束具有可控的含量。然后，使形成的反應(yīng)離子與待分析的氣體流束相混合，并且待分析的物質(zhì)的離子由于離子-分子再充電反應(yīng)而形成，這些離子-分子再充電反應(yīng)通過反應(yīng)離子而發(fā)生。本發(fā)明的頻譜儀包括:電離腔室I ;外部圓筒形電極2和內(nèi)部圓筒形電極3，該內(nèi)部圓筒形電極3相對于外部圓筒形電極2同心地定位；輔助腔室4，用于接收待電離的氣體的流束(反應(yīng)氣體)，該輔助腔室4相對于內(nèi)部圓筒形電極3同心地定位；電離源5，例如輻射β源(釔源)，該電離源5定位在輔助腔室4的出口上；具有非對稱極性的周期電壓發(fā)生器6，該周期電壓發(fā)生器6提供通向依賴于離子遷移率的非線性場的區(qū)域的出口 ；補(bǔ)償電壓源7 ;高頻電壓源8，該高頻電壓源8提供裝置的增大的分辨率，所述周期電壓發(fā)生器、補(bǔ)償電壓源和高頻電壓源連接到電極3 ;排斥力發(fā)生器9，該排斥力發(fā)生器連接到腔室4 ;離子收集器10，定位在分析間隙11的端部處；離子監(jiān)測器12 (例如電流計)連接到該離子收集器10。電離區(qū)域13布置在腔室4的出口上，而用來形成分析物離子的區(qū)域14布置在腔室I中。腔室I和內(nèi)部電極3彼此分離，并且限定離子孔眼15，該離子孔眼15使電離顆粒能夠運動到分析間隙11。設(shè)有接收凈化氣體的進(jìn)口 16，該凈化氣體通到由電離腔室I的壁和電極2限定的空間。電離腔室I具有接收待分析的氣體流束的進(jìn)口 17和用于氣體排出的出口 18。
[0020]頻譜儀設(shè)有氣體凈化系統(tǒng)，該氣體凈化系統(tǒng)借助于管線19將分析間隙11的出口和電離腔室I的出口與連通于輔助腔室4的進(jìn)口和分析間隙11的進(jìn)口。氣體凈化系統(tǒng)包括:氣體流動致動器(例如，泵)25 ;兩個過濾器23和24，分別定位在電離腔室I的出口上和在分析間隙11的進(jìn)口上；輔助腔室4 ;以及三個氣動阻力裝置20、21、22，安裝在所述過濾器23、24之后，并且位于用來將氣體排出到大氣的出口上。
[0021]圓筒形電極和所述腔室由支撐構(gòu)件26彼此分離。
[0022]差分式頻譜儀按如下操作。
[0023]反應(yīng)離子在電離區(qū)域13中的輻射源5的β粒子的影響下形成在電離凈化氣體流束R中，該電離凈化氣體流束R來到腔室4中。反應(yīng)離子進(jìn)入待分析的氣體流束Α，該氣體流束A穿過進(jìn)口 17來到電離腔室I中。同時，凈化阻尼氣體B的流束到達(dá)位于腔室I的壁與電極2之間的空間中。這個流束的一部分穿過離子孔眼15到達(dá)用于分析物離子形成的區(qū)域14中，而所述流束的其它部分C去往分析間隙11中，該分析間隙11由電極2和3限定。
[0024]被分析的物質(zhì)的離子由于離子-分子再充電反應(yīng)而形成，并且由電場從用于分析物離子的形成的區(qū)域14牽拉到載體氣體流束C中，該電場由電極3和電極2的電位差形成。離子到達(dá)在不同補(bǔ)償電壓值處的間隙11的端部上的離子收集器10，并且它們由電流計12監(jiān)測，這些離子具有它們的遷移率對電場強(qiáng)度的不同依賴關(guān)系。
[0025]通過收集器10和電離腔室I的出口 18的氣體到達(dá)凈化系統(tǒng)。在凈化之后,凈化氣體的一個流束再返回到腔室4，而另一個流束到分析間隙11。
[0026]本發(fā)明的技術(shù)效果由于提供純電離氣體流束而保證，該純電離氣體流束防止被分析的“污染”氣體與電離源相接觸。
[0027]工業(yè)適用性
[0028]直到現(xiàn)在的工藝、技術(shù)及材料保證對于上述差分式離子遷移率頻譜儀的實施的實際可能性。構(gòu)成頻譜儀的全部結(jié)構(gòu)部件可以利用在工業(yè)中當(dāng)前在操作下的現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施而構(gòu)造。差分式離子遷移率頻譜儀的操作性對于采取環(huán)境測量的領(lǐng)域中的技術(shù)人員是毫無疑問的。
【權(quán)利要求】
1.一種差分式離子遷移率頻譜儀，包括:圓筒形電離腔室，在所述電離腔室中形成分析物離子，電離腔室具有用于接收待分析的氣體的進(jìn)口和排出已分析的氣體的出口 ；電離源；離子孔眼；電極系統(tǒng)，該電極系統(tǒng)包括同心定位的內(nèi)部電極和外部電極兩個電極；分析間隙，該分析間隙由圓筒形的相反的所述兩個電極限定，所述分析間隙具有用于接收凈化氣體的進(jìn)口，并且在分析間隙的進(jìn)口處通過離子孔眼與用于形成分析物離子的區(qū)域連通，且在分析間隙的出口處與離子監(jiān)測器連通，所述差分式離子遷移率頻譜儀還包括:具有非對稱極性的周期電壓發(fā)生器，該周期電壓發(fā)生器提供通向依賴于離子遷移率的非線性場的區(qū)域的出口 ；補(bǔ)償電壓源；高頻電壓源，該高頻電壓源提供裝置的增大的分辨率，所述的各部件連接到內(nèi)部電極，其特征在于，所述頻譜儀具有輔助腔室，該輔助腔室相對于圓筒形的內(nèi)部電極同心地定位，所述輔助腔室具有用于電離氣體的進(jìn)口和出口，所述輔助腔室容納電離源和連接到所述輔助腔室的排斥力發(fā)生器，所述頻譜儀還具有氣體凈化系統(tǒng)，該氣體凈化系統(tǒng)借助于管線將分析間隙的出口和電離腔室的出口連通于分析間隙的進(jìn)口和輔助腔室的進(jìn)口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻譜儀，其特征在于，將輻射β源用作電離源，所述輻射β源例如為釔源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻譜儀，其特征在于，將電子電離器用作所述電離源，其中，具有尖頭端部的電極定位在所述輔助腔室內(nèi)，所述具有尖頭端部的電極連接到周期高壓發(fā)生器，所述電子電離器例如為電暈放電裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻譜儀，其特征在于，將電噴霧器用作電離源，其中，電噴霧器毛細(xì)管定位在所述輔助腔室內(nèi)，以便以可控的流量輸送可控含量的溶液，所述電噴霧器毛細(xì)管連接到直流高壓源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻譜儀，其特征在于，將任何已知的紫外線輻射源用作電離源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻譜儀，其特征在于，氣體凈化系統(tǒng)包括:氣體流動致動器(例如，泵)；兩個過濾器，所述兩個過濾器定位在電離腔室的出口上和分析間隙的進(jìn)口上；以及輔助腔室，氣體凈化系統(tǒng)還包括三個氣動阻力裝置，這三個氣動阻力裝置安裝在過濾器之后并且位于用于將氣體排放到大氣的出口上。
【文檔編號】H01J49/40GK104054156SQ201380004790
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月22日
【發(fā)明者】M·N·萊溫, A·S·塔拉索夫, V·Y·塔婭金, A·M·萊溫娜, A·V·塔塔林采夫, V·A·馬卡連科 申請人:先鋒創(chuàng)新中心封閉式股份公司