[发明专利]用于谱仪的平面离子源

说明书

一种用于分离和分析离子的设备，包括：检测器；平面离子漂移管，所述平面离子漂移管耦接到所述检测器并且具有一定宽度；以及平面离子源。所述平面离子源在所述离子漂移管的与所述检测器相对的一端上耦接到所述离子漂移管，并且跨度大于或等于所述离子漂移管的所述宽度，以电离分析物气体并且使分析物气体离子碎裂，随后使其进入所述离子漂移管。还描述了化学检测器和化学检测方法。

联邦研究声明

本发明是在来自美国空军的政府支持下根据合同号FA8650-17-C09101进行的。政府拥有本发明的某些权利。

发明背景

1. 发明领域

本公开涉及能谱测定，并且更具体地说，涉及用于化学检测装置和方法的平面离子源和离子迁移谱仪。

2. 相关技术说明

化学检测可以通过各种检测仪器执行，例如气相层析仪、离子迁移谱仪、质谱仪和/或差分迁移谱仪。许多这些化学检测器要求化学气体样品(“样气”)在到达检测部件之前在离子源中电离。离子迁移谱仪提供优于其它检测仪器的某些优点，例如相对低的功率要求和小的大小。

常规离子迁移谱仪的一个挑战是大小减小(例如小型化)通常会降低离子迁移谱仪的电离效率。降低电离效率通常意味着在分析样气时可用于驱动到检测器中的离子更少。由于在检测器部件输出信号中存在一定程度的噪声，因此较少的离子意味着离子迁移谱仪的信噪比降低，从而不利地影响检测能力。此效应可能阻止常规离子迁移谱仪小型化到足以使装置可手持的大小，或在一些离子迁移谱仪中，使装置为便携式的，这在某些化学检测用途中可能是需要的。

通常认为此类常规方法和系统满足其预期目的。然而，本领域仍需要用于离子迁移谱仪的改进的离子源、离子迁移谱仪和在离子迁移谱仪中电离气体样品的方法。本公开提供了对于此需要的解决方案。

发明内容

一种用于分离和分析离子的设备包括：检测器；离子漂移管，所述离子漂移管耦接到所述检测器并且具有一定宽度；以及平面离子源。所述平面离子源在所述离子漂移管的与所述检测器相对的一端上耦接到所述离子漂移管，并且跨度大于或等于所述离子漂移管的所述宽度，以电离分析物气体并且使分析物气体离子碎裂，随后使其进入所述离子漂移管。

在某些实施方案中，所述平面离子源可以具有盘状主体。所述盘状主体可以相对于在所述平面离子源与所述检测器之间延伸穿过所述离子漂移管的离子漂移管轴线正交地布置。所述平面离子源可以由镍形成。放射性镍涂层可以设置在所述平面离子源的面向所述检测器的表面上。所述平面离子源的宽度可以为约1.5厘米(约0.6英寸)。所述离子漂移管的长度为约3.5厘米(约1.4英寸)。所述离子漂移管可以是单个漂移管。所述离子漂移管可以是第一离子漂移管，并且第二离子漂移管可以布置在所述第一离子漂移管与所述检测器之间。

根据某些实施方案，所述漂移管可以对环境压力开放。所述平面离子源可以具有位于中心的分析物气体口，用于在所述平面离子源的中心处将分析物气流引入到所述设备中。挡板可以布置在所述平面离子源与所述离子漂移管之间，以相对于在所述平面离子源与所述检测器之间延伸穿过所述漂移管的轴线径向向外引导分析物气体。缓冲气体口可以与所述平面离子源相对，以将缓冲气流引入到所述设备中。根据另外的实施方案，所述平面离子源可以具有位于所述平面离子源的外围上的分析物口，以在所述平面离子源的所述外围处引入分析物气流。

可以设想，根据某些实施方案，闸板可以设置在所述平面离子源与所述漂移管之间。分析物气体的电离和分析物气体离子的碎裂可以发生在限定在所述闸板与所述平面离子源之间、在所述平面离子源附近的公共腔室中，并且随后使分析物离子和碎片离子进入所述漂移管中。所述分析物气流和/或所述缓冲气流的流动可以相对于在所述检测器与所述平面离子源之间延伸的漂移单元轴线径向向外。引入到所述设备中的分析物气体在所述平面离子源附近的停留时间可以在约2毫秒与约500毫秒之间。引入到所述设备中的分析物气体在所述平面离子源附近的停留时间可以在约500毫秒与约2毫秒之间。