[发明专利]离子分离、富集与检测装置

权利要求书

1.一种离子分离、富集和检测装置，包含：

气流管道，该气流管道内具有均匀流速的气流；

离子源，其产生的至少一种离子随气流进入该气流管道；

多个电极，设置在该气流管道中，所述多个电极上分别施加电压，以使在 所述气流管道中产生沿管道轴向的至少一电场区域，其中离子流经所述电场区 域时受到的轴向电场力与气流反向，以使具有特定电迁移率的离子因轴向电迁 移速度与气流速度平衡而形成富集；

离子探测器，设于该气流管道侧面；以及

离子引出通道，其中该离子引出通道在特定离子形成富集后将其从该气流 管道侧面引出至该离子探测器检测。

2.根据权利要求1所述的离子分离、富集和检测装置，其特征在于，在 所述气流管道产生一电场区域，所述电场区域中的场强沿轴向均匀。

3.根据权利要求2所述的离子分离、富集和检测装置，其特征在于，所 述多个电极上施加的电压随时间改变，以使在气流管道中的所述电场区域的轴 向电场随时间改变，其中不同电迁移率的离子在不同的时刻于该段区间内形成 富集。

4.根据权利要求1所述的离子分离、富集和检测装置，其特征在于，所 述多个电极上分别施加的电压分段产生多个电场区域，其中每一电场区域内的 场强沿轴向均匀，而各电场区域的场强沿气流方向逐渐增强，使不同电迁移率 的离子在不同的电场区域形成富集。

5.根据权利要求1所述的离子分离、富集和检测装置，其特征在于，所 述多个电极上分别施加的电压产生一电场区域，该电场区域的场强沿气流方向 逐渐增强。

6.根据权利要求1-5任一项所述的离子分离、富集和检测装置，还包括在 离子进入所述电场区域进行富集之前的区域设定一渐变电场区域，该渐变电场 区域与所述电场区域的相邻的一端场强与所述电场区域场强相等，并向气流来 流方向逐渐减弱。

7.根据权利要求1-5任一项所述的离子分离、富集和检测装置，其特征在 于，所述多个电极上所施加电压产生的电场具有一指向管道中轴的径向分量。

8.根据权利要求1-5任一项所述的离子分离、富集和检测装置，其特征在 于，所述多个电极包括横截该气流管道的多个网状电极，其中相邻网状电极之 间形成对应于特定迁移率的离子富集区的电场区域。

9.根据权利要求8所述的离子分离、富集和检测装置，其特征在于，所 述多个网状电极由曲面网状电极构成，所述曲面网状电极的凹面迎着气流方 向。

10.根据权利要求8所述的离子分离、富集和检测装置，其特征在于，至 少部分相邻的电极上加不同相位的射频电压，以产生一个径向会聚电场分量， 该径向会聚电场分量对离子的平均作用力指向管道中轴。

11.根据权利要求10所述的离子分离、富集和检测装置，其特征在于，所 述多个网状电极由曲面网状电极构成，所述曲面网状电极的凸面迎着气流方 向。

12.根据权利要求1-5任一项所述的离子分离、富集和检测装置，其特征在 于，所述多个电极包括环绕所述气流管道的管壁分布的环绕电极阵列，所述环 绕电极阵列中的电极加不同的电压，以形成沿气流方向的电场。

13.根据权利要求1-5任一项所述的离子分离、富集和检测装置，其特征在 于，所述离子引出通道连接位于所述气流管道侧壁上的小孔，富集于气流管道 中的电场区域中的离子由位于和离子富集区轴向相同位置的小孔经由所述离 子引出通道径向移出气流管道。

14.根据权利要求1-5任一项所述的离子分离、富集和检测装置，其特征在 于，所述离子引出通道伸入所述气流管道侧面并具有位于气流管道中央的开 口，富集于气流管道中的电场区域中的离子由所述开口经由所述离子引出通道 径向引出气流管道。

15.根据权利要求1-5任一项所述的离子分离、富集和检测装置，其特征在 于，连接至所述离子引出通道的离子探测器为阵列式法拉第杯探测器。