[发明专利]一种基于电晕放电的离子迁移谱装置

说明书

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种基于电晕放电的离子迁移谱装置。

背景技术

离子迁移谱仪(IMS)是一种痕量气态化学物质检测装置，广泛应用于军事、医疗、生物、环境等领域。它主要通过电离气态物质，使具有不同迁移率的离子在电场中分离，进而得到样品气体电离产物的离子迁移谱。离子迁移谱仪的主体部分为迁移管。其中电离源是迁移管的主要组成部分之一，其主要作用是把通入到迁移管中的样品气体电离。目前所使用的离子迁移谱仪大多使用的Ni⁶³放射性离子源。Ni⁶³作为一种放射性离子源，具有稳定而且无能耗的优点。但由于其放射性，在运输、加工、安装上都有严格的要求和限制；同时放射性离子源在离子流的产生上是不可控的，而离子流的流量大小直接影响着离子迁移谱仪的分辨率。如果想进一步提高离子迁移谱仪的分辨率，传统的Ni⁶³无法进一步实现。

一个可行的方法是利用电晕放电离子源。相比于Ni⁶³放射源，电晕放电离子源更加绿色环保，而且电晕放电产生的离子流密度也可远远多于Ni⁶³产生的离子流。从迄今已公开的专利和文献看，电晕离子源一般采用的针-板、针-针、针-网(环)或针-筒的放电结构。但以针尖为高压端的电晕放电结构也存在一些问题。一方面为了使放电较容易发生，要求针尖尽可能细小；同时为使离子源稳定，要求工作一段时间后或更换放电针时，应保持保证针尖的曲率半径不变。但实际上，电晕针尖部分比较容易氧化，而需要更换时，由于加工工艺和成本的限制，很难保证每次使用的针尖曲率完全相同。另一方面，针尖电晕的电流很小，虽然可以利用多针提高电流，但又涉及到它们的一致性问题。此外，传统的针电极电晕离子源具有较大的电磁干扰，采用接地金属网屏蔽结构又使很多带电离子被金属网吸收，也导致离子流损耗很大。

为了解决上述，需要开发新结构的离子迁移谱仪。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于电晕放电的离子迁移谱装置，能够提高离子迁移谱仪的灵敏度。

实现本发明的具体实施方案如下：

一种基于电晕放电的离子迁移谱装置，该装置包括电晕放电离子源、离子迁移单元和电信号处理单元；电晕放电离子源、离子迁移单元与电信号处理单元依次固定连接；所述电晕放电离子源用于产生稳定离子，并电离样品气体；所述离子迁移单元用于使带电离子沿电场向电信号处理单元定向迁移，形成离子流；所述电信号处理单元用于收集离子流信号、屏蔽干扰信号、数据处理和显示；

电晕放电离子源包括放电金属丝、接地电极、屏蔽层、气体和进样入口I、气体出口I和金属丝支架；屏蔽层是一圆桶结构，气体和进样入口I及气体出口I分别布置在屏蔽层的两侧；两个接地电极均布置在屏蔽层的末端面上；放电金属丝布置在两个接地电极的中间部位，并与金属丝支架连接；金属丝支架是一个绝缘支架，其放置在屏蔽层内并固定。

进一步地，所述离子迁移单元包括离子迁移构件、离子门、脉冲电源、环状金属电极、定值电阻、直流电源、气体出口II和气体入口II；离子迁移构件是一个空心圆柱形结构，其外径与屏蔽层的直径相等，其顶端与两个接地电极连接；所述离子门紧临两个接地电极布置在离子迁移构件上，离子门的直径大于或等于离子迁移构件的直径；多个环状金属电极均匀对称布置在离子迁移构件的外壁上，气体出口II布置在离子迁移构件的首端外壁面上；多个定值电阻分别连接在离子迁移构件的外壁上的多个相邻环状金属电极之间；直流电源与末端的一个定值电阻连接；气体入口II布置在离子迁移构件的末端外壁面上，并与气体出口II呈对角位置关系。

进一步地，所述离子门是由两片平行放置的金属网构成，两片金属网之间设有电势差。

进一步地，所述电信号处理单元包括法拉第盘、屏蔽金属板及法拉第盘上离子流的测量装置，离子流测量装置包括数据处理器和显示装置；法拉第盘布置在离子迁移构件内层的末端面上，其直径大于离子迁移构件的内直径，用于收集离子流信号；屏蔽金属板布置在离子迁移构件外层的末端面上，其中法拉第盘和屏蔽金属板之间有一定的间隙，且屏蔽金属板的直径大于或等于离子迁移构件的外直径，屏蔽金属板用于屏蔽干扰信号；离子流测量装置与法拉第盘连接，收集到的信号经过数据处理器处理后，最后通过显示装置显示离子迁移谱。

进一步地，所述放电金属丝为金属钨，直径为0.1mm。

进一步地，所述接地电极为两块厚度2mm的金属铜板；钨丝放置于两金属铜板之间，电极间距为5mm。