[发明专利]一种电离源及其在气溶胶检测中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及分析仪器中的电离源，具体地说是一种新型的气溶胶电离技术，将这种新的电离源用于平衡粒径扫描仪测定气溶胶粒径分布，不仅能够避免使用放射性电离源，而且扩大气溶胶电离的空间区域，提高检测的灵敏度。

背景技术

气溶胶粒子是悬浮在大气中的多种固体微粒和液体微小颗粒。天空中的尘埃，工业上和运输业上用的锅炉和各种发动机里未燃尽的燃料所形成的烟，采矿、采石场磨材和粮食加工时所形成的固体粉尘，人造的掩蔽烟幕和毒烟等都是气溶胶的具体实例。当气溶胶的浓度达到足够高时，将对人类健康，尤其是对哮喘病人及其他有呼吸进疾病的人群造成威胁。空气中的气溶胶还能传播真菌和病毒，这可能会导致一些地区疾病的流行和爆发。气溶胶对全球气候变化，包括当今全球瞩目的暖化、东亚季风减弱和极端气候事件的影响，已成为当今国际环境科学界最为关注的前沿课题。

研究气溶胶的粒径和组成变化对于了解气溶胶对气候和人体健康的影响意义重大。气溶胶的高效电离是利用电学方法和质谱学方法来测量气溶胶粒子的前提。目前，商品化的电学粒子计数器(如DMA、DMS等)在气溶胶粒子进入检测仪器之前，先穿过一个由放射性元素，如85Kr，241Am构成的中和器(neturalizer)，使气溶胶带电。它采用扩散电离(diffusiondischarging)原理使其气溶胶粒子电离，同时把高电离的气溶胶粒子中和。射线粒子首先电离空气中的N2，O2，产生N2+，O2+离子；负离子O2-和电子等，它们与气溶胶粒子达到平衡。但这种双极性电离(bipolardischarging)的电离效率一般不到5％。另外，由于其放射性带来的安全检查及特殊的安全措施给它的实际应用带来许多麻烦。

因此近年来人们在积极的寻求非放射性电离源，以期代替传统的放射性⁶³Ni电离源。最近，Alonso等人(Aerosol Science 34(2003)733-745)提出了一种利用针板式电晕放电的，对10nm气溶胶粒子的电离效率可以到达30％。这种设计的优越性是利用了针电极的高曲率半径，把某种极性的离子束缚在针电极附近，控制进入气溶胶离化区的只有一种极性的离子(正离子或负离子)，从而避免了正负离子之间的复合过程，提高电离效率。但是受针电极尺寸限制，电离的空间区域很小。

发明内容

本发明涉及分析仪器中的电离源，具体地说是一种新型的单极性气溶胶电离技术，将这种新的电离源用于平衡粒径扫描仪测定气溶胶粒径分布，不仅能够避免使用放射性电离源，而且扩大气溶胶电离的空间区域，提高检测的灵敏度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种电离源，包括直流高压电源、高压电极、地电极、电极支架；高压电极为金属丝，其作为线电极，地电极为金属板，其作为板电极；直流高压电源的高压输出端与高压电极相连、直流高压电源的接地端与地电极相连；高压电极与地电极分别平行地固定于电极支架上；含有气溶胶的空气通入两放电电极间，利用线板式电晕放电作为电离源。

直流高压电源与高压电极间和/或直流高压电源与地电极间的连接电路串联有限流电阻；限流电阻和正、负放电电极通过导线与直流电源的正、负电极串联，组成一串联电路；

高压电极和地电极为放电电极、分别为一细金属丝和一表面光洁的金属板；二者分别通过绝缘的固定螺栓固定在绝缘材料的电极支架上；

所述电极支架由二块平行的支架板构成，高压电极和地电极分别固定于二块平行的支架板，二块平行的支架板之间设有用于调整二块支架板间距的绝缘柱；

所述金属丝为钨丝、不锈钢丝或金丝，线径为2um到2mm之间；

直流高压电源的电压范围为500V到30kV的直流电源。

所述电离源在气溶胶检测中作为单极性气溶胶电离源的应用。

该电离源通过在线电极和平板电极之间施加高压直流电源来实现，由于在线电极附近的电场强度很大，线电极附近的空气很容易被击穿，形成初级电子和离子；在电场作用下，电子和离子会与空气中的分子、原子以及电极表面碰撞，产生更多的电子和离子，而形成的电子和离子会与表面等作用发生复合反应。最后电子和离子的产生和消耗达到一个稳态的平衡，这时放电将保持连续、稳定。

放电电流的大小通过改变直流电压以及电路的限流电阻来实现。限流电阻的作用防止线线电极和板电极短路时回路中的电流不会超过电源的额定电流，主要目的是为了保护直流电源。放电电流在1.0毫安-500毫安，外电路的限流电阻的阻值根据放电电流而变，一般在1kΩ-5mΩ；正、负放电电极间的距离为0.5mm到3cm。