[发明专利]离子捕获迁移率频谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测痕量的关注物质的探测器。

背景技术

在运输设施、政府建筑、银行、餐馆、酒店以及其他具有大量行人或车辆交通流量的地点持续存在恐怖主义危险。因此，几乎所有机场和许多其他建筑现在都包括用于探测痕量爆炸物的设备。

麻醉毒品是非法并且暗中危害的。此外，已知许多恐怖组织通过麻醉毒品的获利出售来资助其恐怖活动。相应地，许多机场和其他公共建筑都认识到检查麻醉毒品的需要。

离子迁移率频谱仪从大约1970年开始商业应用，并被用于检测样品气流中至少选定的成分的存在。离子迁移率频谱仪可被用于探测样品气体中爆炸物的存在。典型的现有技术的离子迁移率频谱仪包括电离区和漂移区。用于分析的空气样品被包含卤化物的载体气流送入电离区。载气被从电离室的放射壁发射的β粒子所电离，以形成正离子和电子。电子被气体捕获，引起一系列导致卤素电离的反应。关注的分子通过与这些气相离子的相互作用而形成离子。在电离区中建立电场。该场的极性可以被设定为将关注的离子指向现有技术探测器的漂移区。离子穿过漂移区并朝着漂移区与电离区相对的末端的收集电极(collector electrode)行进。到收集电极的漂移时间依据离子的尺寸改变比(size-to-change)而变化。根据离子的到达时间而会在不同的时间在收集电极建立电流。该电流被放大并转换成用于信号分析目的的电压。关注的具体物质会具有唯一的漂流时间。探测器可以被校准，从而基于该漂移时间来鉴别关注的物质并为操作者给出报警信号。遗憾的是，传统的离子迁移率频谱仪仅允许离子在短时段进入漂移区。在所有其他时间到达漂移区入口的离子均被放电。结果，在老式离子迁移率频谱仪中多数离子被放电，而老式离子迁移率频谱仪的电离和收集效率小于0.01％。相应地，老式离子迁移率频谱仪不能探测许多可能存在于样品中的关注的物质。

美国专利No.5200614和美国专利No.5491337均公开了一种提供对于探测痕量的关注物质的增强能力的离子捕获迁移率频谱仪(ITMS)。美国专利No.5200614中示出的离子捕获迁移率频谱仪用载气将样品气体载入探测器入口。载气可以由用作电荷转移媒质的低浓度气体来掺杂。关注的样品分子通过入口和扩散器被送入电离室。现有技术的电离室具有杯状金属壁并在室内设置了放射性材料。开口格栅电极位于电离室的下游端且通常与电离室的金属壁电势相同。这样就在电离室中定义了大的无场空间。电子和离子电荷构建了该无场空间并在来自放射性壁的β粒子的轰击下与样品分子相互作用。然而，跨越电离区周期性地建立场以将离子扫入ITMS的漂移区。漂移区中的离子经受由环状电极维持的恒定电场，并沿漂移区被驱向收集电极以基于它们的离子频谱进行分析。跨越格栅电极和电离室的金属杯的场在大约0.2毫秒以后被再次减小到零，并且再次允许在室中构建离子布局以为下一场的施加做准备。现有技术的探测器的场的极性根据该探测器是在负或正离子模式下运行来选择。当探测爆炸物时通常优选负离子模式。美国专利No.5491337公开了一种正模式的具有增强性能的离子捕获迁移率频谱仪用于检测痕量麻醉毒品的存在。美国专利No.6765198公开了一种离子捕获迁移率频谱仪，该离子捕获迁移率频谱仪能在负模式下分析单个样品以检测爆炸物并在正模式下检测麻醉毒品。美国专利No.5200614、美国专利No.5491337和美国专利No.6765198所公开的内容在此引用结合于此。

结合了美国专利No.5200614、美国专利No.5491337和美国专利No.6765198的教导的探测器由GE Security，Inc.上市，并被证明非常有效且在商业上取得了成功。然而，仍然存在对于具有改进的分辨率的探测器的需要。在这点上，已经确定上述探测器探测到的峰的分辨率依赖于引入漂移室的离子脉冲的宽度，以及由于扩散、电子排斥和其他因素所引起的漂移室中离子云所经历的展宽。还确定了电离室靠近格栅电极的外围区域在将离子引入漂移室的过程中造成了较高的电场。这些较高电场区域中的离子会先于定义电离室的周壁向内的电离室的较低电场区域中的离子被引入漂移区。离子引入时间的差别加宽了离子脉冲并降低了探测器的总的峰的分辨率。相应地，本发明的目标是提供一种具有改进的分辨率的探测器。

发明内容