[发明专利]用于测量离子迁移率的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量离子迁移率的方法，其中介质中的离子借助于电场被传送并测量离子迁移率。本发明同时涉及一种用于测量离子迁移率的装置，该装置包括用于传送介质中的离子的电场以及测量离子迁移率的离子计。

背景技术

在此，离子迁移率的测量装置指的是用于测量介质中的离子迁移率以及在电场中的迁移率分布的装置。通常，例如通过利用辐射源、电晕放电或紫外光使由上述装置测量的介质(实际上是气体)在实际测量之前被电离。

一种实现该装置的典型方法包括漂移管，该漂移管检测在给定电场作用下气体中离子移动一给定距离所用的时间。具有不同迁移率的离子行进该距离花费不同的时间，利用上述方法可获得迁移率谱。其中，专利US4777363和WO8909934描述了该漂移管的基本技术。另外，还有对这种技术进行各种改进的多个专利。通常，该技术使用封闭的循环，其中，仅有被检测的气体的一部分能影响实际的测量。

另一种检测气体中离子迁移率的方法是采用吸入冷凝器的解决方案，其中离子被与气体的流动方向垂直的电场偏转。电场中的离子迁移率决定了在与壁或置于壁上的集电极碰撞之前离子漂移的距离。与集电极碰撞的离子生成一可测量的流动，根据该可测量的流动，能够以给定精度推算出被测量气体的离子迁移率分布。通常，使以这种技术检测的被电离的气体行进以穿过测量装置。其中，专利FI75055描述了该技术。专利WO03 081224描述了一种与实施这种单元结构略微不同的方法；除此以外，还有一种借助于基准电极和交变场电压来测量该迁移率分布的更精确方法。其中，这些技术提出的一个亟待解决的问题是使穿过该单元的气体流动均衡。而且，由于该单元的开放结构，环境温度以及被测量的气体温度的任何变动都对所测量的信号有着直接的影响。在某些情况下，流体的层流性以及用于泵出气体的泵的运行寿命也提出了问题。同时，这种泵的典型噪音水平也十分高。

发明内容

本发明的目的在于解决上述有关吸入冷凝器型离子迁移率测量方法存在的问题。本发明使得当借助于电场传送介质中的离子并且测量离子迁移率时，该介质被保持在剪切流动中，当两个基本上平行的表面相对彼此沿自身的方向移动时，在两个基本上平行的表面之间形成该剪切流动。所述表面优选以相对彼此平行的关系移动。这也被称为库埃特(Couette)流动，即，当两个平行表面以相对彼此基本上平行的关系移动时，在这两个平行表面之间形成的流体流动。该剪切流动优选被保持为层状，换句话说，介质的每一粒子基本沿其自身的流动线路移动。

电场与剪切流动可被保持为成锐角、钝角或相互垂直。后者的实施例是最有用的。通常，在被传送的介质中存在不同类型的离子，由此，离子的数量、迁移率和/或迁移率分布被测量。该方法也可被实施成使其与其它分析方法相关联或者该方法是更广泛的分析系统的一部分。

通常，借助于测量电极来测量离子迁移率。介质可以初始包含被分析的离子，或者通过在测量之前将要被分析的样本保持在电离环境中而产生离子。在这种情况下，样本的未被电离部分通常被用作介质。该样本优选为气体和/或蒸气。

因此，通过将样本和/或介质保持在两个表面之间的剪切流动中来生成根据本发明的剪切流动，这两个表面相对彼此沿其自身的平面移动并基本上平行。根据本发明的一个实施例，这两个表面通常包含两块板或带的相对平坦的表面。根据本发明的另一个实施例，所述的表面由两个圆柱的外表面和内表面构成，这两个圆柱相对彼此旋转，并且具有不同的大小并基本上同轴。尤其是，这种系统提供了属于库埃特流动的库埃特-泰勒(Couette-Tailor)流动，其指的是当一个或两个圆柱围绕其轴线以不同的速度相对另一个/彼此旋转时，在两个基本上同轴的圆柱之间形成剪切流动。尤其是，该流动被用于测量粘度。

该方法使得更容易将测量电极和电离源设置在被保持静止的圆柱表面上。另外，当需要时，被分析的样本和/介质可以被保持在库埃特-泰勒流中，并且只有当需要时才吸入要被分析的新的数量的样本和/或介质。同时，该样本和/介质可以被加热到恒定温度，并可以多次用于该分析。典型地，该方法产生的噪音也比在吸入冷凝器单元中采用的空气泵产生的噪音更小。