專利名稱：離子遷移譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于痕量檢測的離子遷移譜儀，特別是，涉及一種能夠提高離子遷移譜儀檢測的靈敏度的離子遷移譜儀。
背景技術(shù)：
離子遷移方法(簡稱IMS)是目前國際上主流痕量檢測方法之一，離子遷移譜儀是 一種依據(jù)離子遷移方法原理檢測鑒別物質(zhì)的儀器，可以在線快速檢測毒品、爆炸物、毒氣和 生化氣體等，被廣泛應(yīng)用于軍事(防化、監(jiān)測)、民事(反恐、緝毒等)等眾多領(lǐng)域，在維護(hù)國 家安全、維持社會穩(wěn)定、加強(qiáng)國防力量、維系國計(jì)民生等方面發(fā)揮著重要作用。離子遷移譜的氣體回路結(jié)構(gòu)如圖1。以半透膜為界，將離子遷移譜儀的氣體回路 分成兩個相對獨(dú)立的部分采樣系統(tǒng)和進(jìn)樣系統(tǒng)。采樣系統(tǒng)包括采樣頭、采樣加熱裝置(采 樣頭內(nèi))和采樣抽氣氣泵，主要功能是通過采樣抽氣泵將待檢測的物質(zhì)分子吸到半透膜附 近。通過滲透、擴(kuò)散等作用，待檢測的物質(zhì)的分子能夠穿過半透膜，進(jìn)入進(jìn)樣系統(tǒng)。采樣系 統(tǒng)的氣流流量通常比較大，通?？梢赃_(dá)到升/每分鐘，使得即使是非常微量的疑似物分子 也有可能被吸入離子遷移譜儀進(jìn)行檢測。半透膜能夠阻隔灰塵等對離子遷移譜儀漂移管腔 體的污染，但是半透膜的存在會降低儀器的檢測靈敏度。進(jìn)樣系統(tǒng)包括氣泵、干燥劑腔體、 攙雜劑腔體、進(jìn)樣頭等。穿過半透膜的樣品分子在載氣的攜帶作用下進(jìn)入電離區(qū)電離，形成 樣品離子。樣品離子在漂移管內(nèi)電場和漂移氣體作用下，不同質(zhì)量、碰撞截面的樣品離子在 漂移管腔體內(nèi)分離。弱電場條件下，離子遷移的速度v = k(T)*E，其中k(T)是離子的遷移 率，和離子的質(zhì)量、碰撞截面等因素有關(guān)，E是電場強(qiáng)度。不同速度的離子打到收集電極上 形成包含不同時(shí)間信息的電荷信號，依據(jù)這些信息就能將不同的樣品離子(分子)區(qū)分開 來。進(jìn)樣系統(tǒng)是傳統(tǒng)離子遷移譜儀的必備部分，采樣系統(tǒng)通常是可以拆卸的部分，在離子遷 移譜儀直接測量氣體或者固體粉末時(shí)可以安裝上采樣系統(tǒng)。離子遷移譜儀檢測樣品的方法分擦拭采樣方式和直接采樣方式。傳統(tǒng)離子遷移 譜儀擦拭采樣，如圖2，通常采用有一定柔韌度的多褶皺采樣紙擦拭待檢測物，然后將采樣 試紙放入進(jìn)樣頭采樣試紙卡槽內(nèi)，如圖1，進(jìn)樣口加熱片加熱解析采樣試紙上附著的物質(zhì)顆 粒，同時(shí)有一沿采樣紙一一電離區(qū)方向的載氣氣流穿透采樣紙，攜帶解析出的樣品分子進(jìn) 入電離區(qū)電離。這種進(jìn)樣體系的優(yōu)點(diǎn)是(1)加工簡便；(2)相關(guān)電子學(xué)控制要求低，易于實(shí) 現(xiàn)。但是進(jìn)樣效率低載氣穿透采樣紙才能將采樣紙上附著的、熱解析出的待檢測顆粒帶入 電離區(qū)區(qū)域，過大的載氣氣流容易對電離區(qū)內(nèi)氣體平衡造成影響，而小氣流的載氣穿透力 差，僅僅能攜帶部分樣品分子進(jìn)入電離區(qū)域，造成離子遷移譜的靈敏度檢測性能降低。傳統(tǒng)離子遷移譜儀測量氣體或者直接采樣方式，通常采用氣泵直接抽取樣品分子 的氣路結(jié)構(gòu)，如圖3。這種直接進(jìn)樣的優(yōu)點(diǎn)是(1)原理簡單；(2)工藝加工方便；(3)采樣 頭更換和清洗方便；(4)不需要采樣試紙。但是突出缺點(diǎn)是采樣效率低，這樣就直接影響氣 體測量時(shí)的檢測靈敏度，對于離子遷移這種高靈敏度的檢測儀器來這種缺陷影響是很致命 的。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種離子遷移譜儀，其采樣和進(jìn)樣系統(tǒng)能夠提高譜儀檢測的靈敏度。高靈敏度性能的譜儀對于擴(kuò)大離子遷移譜儀檢測應(yīng)用范圍有重要意義。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種離子遷移譜儀，包括具有進(jìn)樣系統(tǒng)和電離區(qū)的漂移管，所述進(jìn)樣系統(tǒng)位于所 述電離區(qū)的前方，樣品分子通過進(jìn)樣系統(tǒng)在載氣的攜帶作用下進(jìn)入漂移管的電離區(qū)電離形 成樣品離子，所述進(jìn)樣系統(tǒng)是以采樣試紙所在的平面為對稱軸的雙曲拋物面結(jié)構(gòu)，載氣在 采樣試紙攜帶樣品分子的一側(cè)，沿靠近電離區(qū)的兩端流入，分別形成雙拋物面一個單葉形 狀的氣流，將采樣試紙上的樣品分子吹掃并攜帶到電離區(qū)。該離子遷移譜儀還包括一個采樣系統(tǒng)，位于采樣試紙不帶有樣品分子一側(cè)，所述 采樣系統(tǒng)包括內(nèi)襯筒，外襯筒，在內(nèi)襯筒和外襯筒之間具有使氣流形成回旋的龍卷風(fēng)氣旋 的螺旋狀的不銹鋼氣體隔板。 所述采樣系統(tǒng)為圓臺狀結(jié)構(gòu)。所述采樣系統(tǒng)的圓臺狀結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)有紅外加熱裝置。本實(shí)用新型的雙曲拋物面進(jìn)樣系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)⑴克服了大載氣流量可能對電 離區(qū)氣體平衡的影響，減少了因電離區(qū)內(nèi)氣流不穩(wěn)造成譜峰漂移；(2)能高效攜帶采樣試 紙上的樣品進(jìn)入電離區(qū)域，有效提高離子檢測的靈敏度；(3)同時(shí)對進(jìn)入電離區(qū)域的樣品 分子進(jìn)行空間壓縮，使它們集中在電離區(qū)中間區(qū)域，從而能提高離子遷移譜的分辨率。采用圓臺狀龍卷風(fēng)的采樣系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是(1)龍卷風(fēng)氣旋結(jié)構(gòu)的進(jìn)樣，對顆粒抽 取效率比傳統(tǒng)直接進(jìn)樣高；(2)龍卷風(fēng)進(jìn)樣系統(tǒng)的氣流對漂移管內(nèi)部氣流影響很?。?3) 采樣頭內(nèi)表面由于有氣旋，不易被測量物沾染；(4)原理較復(fù)雜，但是工藝上比較容易加工 實(shí)現(xiàn)；(5)內(nèi)置紅外加熱裝置，能更有效的將難揮發(fā)物質(zhì)汽化，能降低難揮發(fā)物質(zhì)的檢測極 限。

圖1是離子遷移譜儀氣體回路原理圖；圖2是傳統(tǒng)離子遷移譜擦拭采樣檢測檢測原理圖；圖3是傳統(tǒng)離子遷移譜檢測直接進(jìn)樣原理圖；圖4是本實(shí)用新型的離子遷移譜儀雙拋物面進(jìn)樣口結(jié)構(gòu)圖；圖5是離子遷移譜雙曲拋物面結(jié)構(gòu)原理效果圖；圖6是離子遷移譜雙拋物面結(jié)構(gòu)龍卷風(fēng)進(jìn)樣原理效果圖；圖7是龍卷風(fēng)進(jìn)樣系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，其中，(a)內(nèi)襯筒和圓柱螺旋面組裝結(jié)構(gòu)；(b) 龍卷風(fēng)整體組裝結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)圖4至圖7，給出本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述，使能更好 地理解本實(shí)用新型的功能、特點(diǎn)。如圖4所示，本實(shí)用新型的一個實(shí)施例為試紙擦拭進(jìn)樣方式進(jìn)行物質(zhì)檢測，一種 離子遷移譜儀的漂移管中具有進(jìn)樣系統(tǒng)1和電離區(qū)，進(jìn)樣系統(tǒng)1采用雙曲拋物面結(jié)構(gòu)，以采樣試紙2所在的平面為對稱軸，載氣3沿雙曲拋物面氣路結(jié)構(gòu)靠近電離區(qū)4的一個單葉的 兩端，即在采樣試紙2攜帶采樣顆粒的同側(cè)吹過采樣試紙2后攜帶采樣試紙上附著的、解析 出的樣品分子5進(jìn)入電離區(qū)，雙曲拋物面進(jìn)樣系統(tǒng)的載氣3無需穿透采樣試紙2。載氣3 在雙曲拋物面結(jié)構(gòu)中流動，形成雙拋物面一個單葉形狀的氣流效果，能夠有效的將采樣紙2 上的樣品分子5吹掃并攜帶到電離區(qū)內(nèi)。雙拋物面結(jié)構(gòu)的進(jìn)樣系統(tǒng)1與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于不同的結(jié)構(gòu)形成的載氣氣流進(jìn) 氣位置不同、載氣氣流形狀不同，從而造成載氣氣流的攜帶作用效果差異很大。雙拋物面結(jié) 構(gòu)進(jìn)樣系統(tǒng)形成的氣流效果如圖5所示，載氣氣流3和 采樣紙2上樣品分子5在采樣紙的 同一側(cè)，而現(xiàn)有技術(shù)的載氣氣流，如圖2所示，和采樣紙2上樣品分子5在采樣試紙的兩側(cè)， 載氣氣流3必須穿透采樣試紙2才能有效的將樣品分子攜帶進(jìn)入電離區(qū)。該雙曲拋物面進(jìn) 樣系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)(1)克服了大載氣流量可能對電離區(qū)氣體平衡的影響，減少了因電離 區(qū)內(nèi)氣流不穩(wěn)造成譜峰漂移；(2)能高效攜帶采樣試紙上的樣品進(jìn)入電離區(qū)域，有效提高 離子檢測的靈敏度；(3)同時(shí)對進(jìn)入電離區(qū)域的樣品分子進(jìn)行空間壓縮，使它們集中在電 離區(qū)中間區(qū)域，從而能提高離子遷移譜的分辨率。本實(shí)用新型的另一個實(shí)施例為采用直接進(jìn)樣的測量方式，所述離子遷移譜儀還具 有一采樣系統(tǒng)6，如圖7所示，采樣系統(tǒng)6的包括三個部分內(nèi)襯筒8，螺旋狀的不銹鋼氣體 隔板9，外襯筒10。螺旋狀的不銹鋼氣體隔板9位于內(nèi)外襯筒之間，進(jìn)樣風(fēng)機(jī)吹出的氣流在 這三個部分形成一個螺旋的空間中流動，通過圓臺內(nèi)部的氣體隔板9調(diào)節(jié)，形成回旋龍卷 風(fēng)氣流。本實(shí)用新型的“龍卷風(fēng)”采樣系統(tǒng)，采用圓臺狀外部結(jié)構(gòu)，在靠近漂移管的一端有 一個氣泵(未示出)向圓臺7中送入一定流量的氣體，氣體在圓臺7內(nèi)部的氣槽中流動形 成回旋的龍卷風(fēng)氣旋，氣旋中央的弱負(fù)氣壓有較強(qiáng)的吸力，能夠有效地將顆粒高效的抽入 電離區(qū)。采用圓臺狀結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn)1、采樣系統(tǒng)前端有更大的接觸面積，在采集樣品時(shí)， 能更有效的采集到樣品；2、采用圓臺結(jié)構(gòu)，能給整個采樣系統(tǒng)提供更大的空間，便于在里邊 安裝加熱裝置；3、實(shí)際應(yīng)用效果，圓臺結(jié)構(gòu)采樣系統(tǒng)效率遠(yuǎn)高于同樣內(nèi)徑的圓柱結(jié)構(gòu)。圓臺狀的采樣結(jié)構(gòu)內(nèi)部還具有紅外加熱裝置11，在低溫檢測或者被檢測物的汽化 溫度比較高時(shí)可以進(jìn)行加溫，使更多的物質(zhì)能被“龍卷風(fēng)”吸入離子遷移譜儀中進(jìn)行檢測。 紅外加熱裝置是的作用是在直接進(jìn)樣時(shí)候?yàn)榱四軌驘峤馕龈嗟臉悠贩肿樱缓蟊晃?半透膜附近，從而提高儀器的靈敏度而增加的。龍卷風(fēng)采樣系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1)原理較復(fù)雜，但是工藝上比較容易加工實(shí)現(xiàn)；(2)氣 旋結(jié)構(gòu)的進(jìn)樣，對顆粒抽取效率比傳統(tǒng)直接進(jìn)樣高；(3)采樣頭內(nèi)表面由于有氣旋，不易被 測量物沾染；(4)龍卷風(fēng)進(jìn)樣系統(tǒng)的氣流對漂移管內(nèi)部氣流影響很小；(5)內(nèi)置紅外加熱裝 置，能更有效的將難揮發(fā)物質(zhì)汽化，能降低難揮發(fā)物質(zhì)的檢測極限。采用試紙擦拭方式進(jìn)行物質(zhì)檢測的時(shí)候可以不安裝龍卷風(fēng)采樣系統(tǒng)。而直接進(jìn)樣 的測量方式需要龍卷風(fēng)采樣系統(tǒng)和雙拋物面進(jìn)樣結(jié)構(gòu)配合在一起使用。本實(shí)用新型的離子遷移譜儀采用“雙曲拋物面進(jìn)樣系統(tǒng)及龍卷風(fēng)采樣系統(tǒng)”的離 子遷移譜儀靈敏度檢測指標(biāo)與國外同類儀器相比有很大提高，能靈敏檢測出0. 1皮克的搖 頭丸等毒品。前面提供了較詳細(xì)的實(shí)施例的描述，以使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員理解本實(shí)用新型。對該實(shí)施例,本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型原理的基礎(chǔ)上，可以作出各種修改或者變換。即凡是依據(jù)本實(shí)用新型申請的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變 化與修飾，皆落入本實(shí)用新型專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種離子遷移譜儀，包括具有進(jìn)樣系統(tǒng)和電離區(qū)的漂移管，所述進(jìn)樣系統(tǒng)位于所述電離區(qū)的前方，樣品分子通過進(jìn)樣系統(tǒng)在載氣的攜帶作用下進(jìn)入漂移管的電離區(qū)電離形成樣品離子，其特征在于，所述進(jìn)樣系統(tǒng)是以采樣試紙所在的平面為對稱軸的雙曲拋物面結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子遷移譜儀，其特征在于，還包括一個采樣系統(tǒng)，位于采樣 試紙不帶有樣品分子一側(cè)，所述采樣系統(tǒng)包括內(nèi)襯筒，外襯筒，在內(nèi)襯筒和外襯筒之間具有 使氣流形成回旋的龍卷風(fēng)氣旋的螺旋狀的不銹鋼氣體隔板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離子遷移譜儀，其特征在于，所述采樣系統(tǒng)為圓臺狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離子遷移譜儀，其特征在于，所述采樣系統(tǒng)的圓臺狀結(jié)構(gòu)內(nèi) 側(cè)有紅外加熱裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種離子遷移譜儀，包括進(jìn)樣系統(tǒng)及電離區(qū)，樣品分子通過進(jìn)樣系統(tǒng)在載氣的攜帶作用下進(jìn)入漂移管的電離區(qū)電離形成樣品離子，其特征在于，所述進(jìn)樣系統(tǒng)是以采樣試紙所在的平面為對稱軸的雙曲拋物面結(jié)構(gòu)，載氣在采樣試紙攜帶樣品分子的一側(cè)，沿靠近電離區(qū)的兩端流入，分別形成雙拋物面一個單葉形狀的氣流，將采樣試紙上的樣品分子吹掃并攜帶到電離區(qū)。所述離子遷移譜儀還包括一個采樣系統(tǒng)，位于采樣試紙不帶有樣品分子一側(cè)，所述采樣系統(tǒng)為圓臺狀，其內(nèi)部具有使氣流形成回旋的龍卷風(fēng)氣旋的氣體隔板。本實(shí)用新型的離子遷移譜的進(jìn)樣及采樣系統(tǒng)能夠大大提高離子遷移譜儀檢測的靈敏度。
文檔編號G01N1/14GK201561956SQ20092007344
公開日2010年8月25日 申請日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者蔣大真, 魏永波 申請人:中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所