[发明专利]一种实时、在线、监测离子迁移谱装置与方法在审

专利信息
申请号: 202110300625.X 申请日: 2021-03-22
公开(公告)号: CN113092568A 公开(公告)日: 2021-07-09
发明(设计)人: 汪志;范训礼;段忆翔;王怡东 申请(专利权)人: 西北大学
主分类号: G01N27/622 分类号: G01N27/622
代理公司: 西安利泽明知识产权代理有限公司 61222 代理人: 贾晓玲
地址: 710127 陕西省西安*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 实时 在线 监测 离子 迁移 装置 方法
【说明书】:

发明公开了一种实时、在线、监测离子迁移谱装置与方法,包括控制模块、温度控制模块、气流控制模块、高压电源输出模块、数据处理模块,所述控制模块是包括以STM32F103CET6芯片的微处理器,并加以稳压模块、开关电路、A/D转换电路所构成的PCB控制板。采用模糊PID算法来对离子迁移谱中的温度进行控制,添加了反馈调节机制,使得温度调节更加迅速高效,进而使离子迁移谱反应更加充分。

技术领域

本发明涉及离子迁移谱技术,具体是一种实时、在线、监测离子迁移谱装置与方法。

背景技术

离子迁移谱是一种灵敏度高、分析速度快、结构简单的现代检测仪器。特别适合于挥发性有机化合物的痕量探测。从兴起到不断发展至今,已经广泛的应用在机场安检和战地勘察,同时在大气环境、室内空气中有机物实时在线监测,现如今已经逐渐用于现场分析检测。离子迁移谱基本原理是在大气或其他载气中将被测样品电离形成离子,然后在外加均匀电场中漂移,样品中的不同成分由于迁移时间不同而被分离检测。目前,对于离子迁移谱的开发以及性能的改进,主要集中在设计离子迁移谱仪器的一些主要部件上,如针对不同的形态和化学性质的样品采用不同的样品引入装置;开发稳定性好、可靠性高、无放射性污染的离子化源提高离子化效率;设计新型漂移管,简化仪器装置,降低开发成本,使离子迁移谱仪更易于小型化。但是,对于IMS反应环境的参数(温度、电源电压、载气流量等)的控制研究较少。在此背景下,结合实验室项目,对实验室IMS进行优化,在原有的基础上增加了反应参数控制和GPRS控制系统,实现场地有机污染在线监测数据实时分析及无线传输。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种实时、在线、监测离子迁移谱装置与方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:

一种实时、在线、监测离子迁移谱装置,其特征在于,包括控制模块、温度控制模块、气流控制模块、高压电源输出模块、数据处理模块,所述控制模块是包括以STM32F103CET6芯片的微处理器,并加以稳压模块、开关电路、A/D转换电路所构成的PCB控制板。

在本发明的一个实施例中,所述微处理器写入了模糊PID算法,加入了反馈调节机制,进而使得温度控制变得更加方便快捷。

在本发明的一个实施例中,所述温度控制模块包括温度传感器PT100、信号放大电器电路、功率场效应管开关电路、加热电阻丝以及风扇。检测管路温度的温度传感器PT100,基于温度传感器检测的温度来控制离子迁移谱的反应时的温度。加热模块由场效应管开关电路控制加热电阻丝构成,制冷模块则通过风扇完成。

在本发明的一个实施例中,气流控制模块包括驱动电路,微型泵。微型泵采用无刷电机,带有PWM脉冲调制功能,电机转速反馈调节,可以直接通过调节脉冲信号的“占空比”来调节电机转速。

在本发明的一个实施例中,还包括了GPRS通讯模块,所述GPRS通讯模块通过RS232串口线将GPRS模块与离子迁移谱主体进行通讯。通过该模块可以远程设置离子迁移谱仪的工作状态,同时将仪器采集的数据传输到远端服务器。

一种实时、在线、监测离子迁移谱方法,包括以下步骤:

(1)在高压电源输出模块产生6千伏左右的高压施加在紫外灯离子源上面,电离产生带电离子;

(2)温度控制模块进行温度采集,根据上位机输入的目标温度值与实际测得的温度值进行对比,通过包裹于样品引入装置与漂移管外层的加热电阻进行加热,使得位于样品引入装置中的样品生成气相离子;

(3)在气流控制模块输出一定流量的漂移气的作用下进入维持在一定温度的漂移管中与带电离子反应生成产物离子,通过漂移区到达检测器,并与法拉第盘碰撞产生一个微弱的电流信号并传输至电流放大器,离子流信号经电流放大器放大后转换成模拟的电压信号,采集卡将模拟电压信号转换成数字电压信号并以谱图的形式呈现在上位机屏幕上。

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