[发明专利]一种离子迁移发生装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子迁移发生装置及其控制方法，在与电路控制系统相互配合下，将样品气体电离成离子形式后进入电场中运动，由于不同离子在电场中的运动速度不同(飞行时间不同)，所以将此信息采集后形成谱图，就可以分析出待检测物质。本发明可以作为物质检测仪器应用于精密分析领域中。

背景技术

微量低浓度挥发性有机化合物，如爆炸物、毒品、化学战试剂及其它相关公共安全领域的现场快速检测，越来越重要。离子检测是实现上述物质检测的良好手段，目前具备离子检测性能的仪器，一般都采用质谱仪，需要配备庞大的装置，现场快速检测十分不便。因此，提供一种体积小、灵敏度高、效率高，并可以现场快速检测低浓度挥发性有机化合物的离子迁移发生装置，势在必行。

发明内容

离子检测一般需要以下三个过程：首先，需要离子发生和引出过程，就是要将待检测的物质转化成离子形式；其次，就是转化后的离子流要在一恒定的电场里运动，因为不同物质的离子在电场中运动的速度不同；如果电场的长度一定，那么就可以得到离子流在电场中的运动时间；最后，由微处理器采集离子运动时间后绘制成谱图，就可以得知待检测的物质。

能够转移一个电子和电离一个化合物的能量叫电离能，用电子伏特作为计量单位，电离能越高则气体结合能越高。假设被测组分为AB，那么它吸收光子(hv)后直接电离成正离子，放出电子，即AB+hv—AB⁺+e。在电场作用下，电子e和正离子AB⁺分别向正、负极流动，形成微电流。样品气体电离有很多种方式，本发明采用光离子化检测器(PID灯)，如10.6eV的真空紫外灯(UV)，在高压电场的作用下产生紫外光，紫外光发出一定波长的光子流，经窗口射入电离室，当气体分子的电离电位高于光能量，它不被电离。当电离电位等于或小于光能量的组分(AB)进入电离室，发生光电离。并且将其电离击碎成带正电的离子和带负电的电子，从而形成可被检测到微弱的离子电流。

电荷受到了电场力的作用后可以在电场中运动，电场力的大小可以由库仑定律计算得出。离子运动遵循库仑定律，离子(电荷)迁移(运动)是基于气相中不同的气相离子在电场中迁移速度的差异来对化学离子物质进行表征的一项分析技术。离子流进入电位梯度场(即电场强度E，单位V/cm)中，就可以获得一恒定的速度(称之为迁移速度(或迁移速率)V_d,单位，cm/s)。离子的迁移速度V_d和电场强度E成正比，即V_d＝KE(离子迁移率系数K，单位cm²/V·S)。离子的迁移速度V_d＝KE说明离子的迁移速度和电场强度有关。若要获得恒定的离子迁移速度就应该有恒定的电场即匀强电场，而匀强电场E＝△U/d，△U为电荷两点间电位差，d为电荷沿两点间电力线距离。因为速度*时间＝距离，而离子流在电场中的运动时间可以测定，因此就可以得到离子流在电场中的运动谱图。

离子信息采集采用依据法拉第电磁感应原理制作的检测器，它可以收集弱电流信号。通过对弱电流信号的分析后形成谱图，可以得出待检测物质。

本发明所述离子发生引出单元包括离子发生模块、气路模块、离子引出模块、离子控制门模块；其中，离子发生模块含有一光离子化检测器(PID灯)，上面包覆有两片PID灯电极，高压电场由此引入；下部为PID灯窗口，在工作时发出一定波长的光子流。在离子发生模块的下部PID灯窗口处有一上电位网栅片，与PID灯窗口处硅胶密封圈紧密配合，并且与下部的气路模块(此处为上气路模块)连接，上气路模块中间与侧壁之间有一圆环空腔，气体由此进入，上气路模块中间为一通孔内腔，上电位网栅片在圆环空腔和通孔内腔上部与离子发生模块的下部紧密结合，上电位网栅片与圆环空腔之间为有网筋连接的圆环孔，进入气体由此进入并吹向PID灯窗口，然后由上电位网栅片中间吹出进入通孔内腔，上电位网栅片和上气路模块中间通孔内腔构成电离室，PID灯发出一定波长的光子流与通过上气路模块进入的气体在此处电离，此种电离室结构，可以使样品气体均匀到达PID灯窗口并且垂直于PID灯发出一定波长的光子流形成离子流，使样品气体检测充分；由上电位网栅片在PID灯窗口下部间隙配合，而且与电路控制系统中高电位连接，可以使离子流中的电子为零；因此不但防止了样品气体在PID灯窗口的表面积累，也可以使PID灯快速回零，就可以实现在多个样品之间快速多次检测。