微波誘導等離子體離子遷移譜儀制造技術

本發明專利技術公開一種微波誘導等離子體離子遷移譜儀，包括離子源、進樣管、漂移管、氣路系統、信號放大采集與數據處理系統，離子源為微波誘導等離子體離子源，微波誘導等離子體離子源包括微波功率發生器、微波耦合腔和放電管，微波功率發生器連接微波耦合腔，微波耦合腔連接放電管，放電管前方設有加速電極，進樣管連接漂移管，放電管連接漂移管，氣路系統、信號放大采集與數據處理系統均連接漂移管。本發明專利技術能夠提高離子遷移譜儀的靈敏度，拓寬離子遷移譜的應用范圍，提高離子遷移譜的穩定性及使用壽命，有效地避免樣品離子碎片的生成。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及分析儀器
，具體涉及一種微波誘導等離子體離子遷移譜儀。
技術介紹
離子遷移譜(ionmobilityspectrometry，IMS)是20世紀70年代發展起來的一種常壓分析技術。其工作原理：在弱電場下(小于1000V/cm)，氣態離子遷移速率(V)與電場強度之間(E)的關系為V＝KE，常數K是離子的遷移率，一般情況下不同的離子在弱電場下具有不同的遷移率，根據漂移管長度(L)和測定離子遷移時間(t)得到遷移速率以獲得待測離子的遷移速率(V)，根據漂移管長度(L)和加在漂移管兩端的電壓(U)得到電場強度(E)，從而獲得未知物的遷移率(K)，從而對待測物進行定性檢測。同時可以根據峰面積對待測物的濃度進行定量計算。離子遷移譜儀有很多特點如：探測靈敏度高，制造成本低廉，響應速度快，儀器體積小等。目前被廣泛應用于爆炸物，化學毒劑，毒品和大氣環境中易揮發性有機污染物的檢測。一般，IMS由離子源、漂移管、進樣系統、氣路系統、信號放大采集及處理系統組成。離子源是一個關鍵性的部件，它決定了離子遷移譜的性能。目前用于離子遷移譜的離子源有放射性Ni63源、電暈放電電離源、激光電離源、真空紫外燈離子源、電噴霧離子源等。其中放射性Ni63離子源有很多優勢如：非常高的穩定性、長壽命、低成本以及不需要任何外加電源，但是Ni63的使用受到法律的限制從而限制了它的應用范圍；電暈放電受到電極腐蝕的威脅，從而造成儀器不穩定；激光電離源的成本高；真空紫外燈離子遷移譜的檢測限低(一般為ppm到ppb)；電噴霧適用于液體分析且樣品前處理復雜。
技術實現思路
本專利技術旨在提供一種微波誘導等離子體離子遷移譜儀，能夠提高離子遷移譜儀的靈敏度，拓寬離子遷移譜的應用范圍，提高離子遷移譜的穩定性及使用壽命，有效地避免樣品離子碎片的生成。為達到上述目的，本專利技術是采用以下技術方案實現的：本專利技術公開的微波誘導等離子體離子遷移譜儀，包括離子源、進樣管、漂移管、氣路系統、信號放大采集與數據處理系統，所述離子源為微波誘導等離子體離子源，所述微波誘導等離子體離子源包括微波功率發生器、微波耦合腔和放電管，所述微波功率發生器連接微波耦合腔，所述微波耦合腔連接放電管，所述放電管前方設有加速電極，所述進樣管連接漂移管，所述放電管連接漂移管，所述氣路系統、信號放大采集與數據處理系統均連接漂移管。優選的，所述微波耦合腔為圓柱形，微波耦合腔設有N型接頭，所述微波功率發生器通過同軸電纜連接微波耦合腔，所述放電管與微波耦合腔同軸。優選的，所述漂移管包括離子源區、離子門和漂移區，所述離子源區、離子門和漂移區依次同軸排列并連通，所述漂移管的側壁纏繞導電環，相鄰的導電環之間為絕緣環，所述放電管、進樣管均連通離子源區，放電管的軸線與漂移管的軸線垂直且位于同一平面。優選的，所述離子源區的徑向尺寸小于漂移區的徑向尺寸；所述加速電極為圓形，加速電極安裝在離子源區遠離離子門的一端。優選的，所述放電管為石英管或陶瓷管，放電管為中空管，放電管的外徑為6mm、內徑為1～4mm。優選的，所述放電管的頂部與離子源區內壁的距離不大于2mm。進一步的，所述漂移區內設置法拉第盤，所述法拉第盤與漂移管同軸，法拉第盤與信號放大采集與數據處理系統電連接。作為一種優選，所述漂移區遠離離子門的端部開設漂移氣入口，所述漂移氣入口連通氣路系統，加速電極的中心位置開設排氣口A，所述進樣管為進樣管A,所述進樣管A穿過離子源區的側壁，進樣管A設置在離子門和放電管之間，進樣管A的軸線與漂移管的軸線垂直。作為另一種優選，所述漂移區遠離離子門的端部開設漂移氣入口，所述漂移氣入口連通氣路系統，所述離子源區在離子門和放電管之間的側壁上開設排氣口B，所述進樣管為進樣管B，所述進樣管B穿過加速電極的中心位置。優選的，所述放電管的工作氣為氬氣或氦氣。本專利技術具有以下技術效果：1、微波誘導等離子體離子源可以產生大量的化學活性物質，而且水對微波有較強的吸收，因此能夠產生大量的水合試劑離子，從而提高離子遷移譜儀的靈敏度。2、微波誘導等離子體離子源是無放射性的離子源，可以拓寬離子遷移譜的應用范圍。3、微波誘導等離子體離子源無需內置放電電極，無高壓電危險以及電極腐蝕污染的影響，因而能夠有效的提高離子遷移譜的穩定性及使用壽命。4、微波誘導等離子體火焰不直接接觸樣品，能夠有效地避免樣品離子碎片的生成。5、本專利技術可以在一個漂移管的情況下進行正負離子模式快速切換。附圖說明圖1為實施例1的結構示意圖。圖2為實施例2的結構示意圖。圖中：1-漂移管、2-離子源區、3-漂移區、4-加速電極、6-放電管、7-N型接頭、8-微波耦合腔、10-離子門、11-導電環、12-絕緣環、13-法拉第盤、14-信號放大采集及數據處理系統、15-漂移氣入口、51-排氣口A、52-排氣口B、91-進樣管A、92-進樣管B。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本專利技術進行進一步詳細說明。實施例1如圖1所示，本實施例適合工作于單向氣流方式，包括離子源、進樣管、漂移管1、氣路系統、電控系統、信號放大采集及數據處理系統14；漂移管1是由數個金屬導電環11和絕緣環12交替緊密排列組成的中空管，主要包括依次同軸排布并連通的離子源區2、離子門10、漂移區3三大塊；離子源為微波誘導等離子體離子源，包括微波功率發生器、同軸電纜、微波耦合腔8、N型接頭7、放電管6、工作氣。微波發生器通過同軸電纜連接微波耦合腔8的N型接頭7，放電管6與微波耦合腔8同軸連接，放電管6與離子源區2的絕緣環12或者導電環11緊密連接；所用放電管6為石英管或陶瓷管，其內徑為1到4mm、外徑6mm，放電管6垂直于漂移管的軸向安裝。放電管6一端通入工作氣，工作氣為氬氣或者氦氣，另一端面與離子源區2內壁之間緊密相接，其距離保持在±2mm之間，工作氣吸收微波能量產生穩定的等離子體，等離子體中的活性物質與工作氣中的少量氮氣、氧氣、水蒸氣作用生成反應離子；這些離子以及一些未被反應完的亞穩態的氬原子和氬離子被氣流吹掃入離子源區；此時漂移氣由漂移氣入口15進入漂移管，在離子源區漂移氣與吹掃出來的化學活性物質作用產生最終的試劑離子，廢氣由排氣口A51排出，排氣口A51開設在加速電極的中心位置；放電管6前端安裝有加速電極4，試劑離子在加速電極4的作用下向著離子門10方向運動；此時樣品分子由進樣管A91進入到離子源區2與試劑離子碰撞反應生成產物離子。進樣管A91安裝在放電管與離子門之間，進樣管A91與放電管之間保持5mm及以上的距離，以便試劑離子與樣品分子充分接觸反應，使得離子化效率達到最佳。樣品離子和未反應完全的試劑離子在電場的作用下通過周期性開啟的離子門進入到漂移區，此時待測物離子一方面受到電場的加速，一方面受到反向漂移氣的減速，一般情況下待測物分子的大小，空間形狀，質量不同，因此在漂移區受到的減速效果不同，最終導致不同的待測物離子在漂移區的運動速率不同，使得待測物離子到達法拉第盤13的時間有差異而得到分離檢測；漂移管1后端與信號放大采集及數據處理系統14緊密連接，電信號經過放大器放大，然后由采集卡采集數據然后進行數據處理得到待測物的遷移率。實施例2如圖2所示，本實施例適合工作于雙向氣流方式，包括離本文檔來自技高網...

【技術保護點】
微波誘導等離子體離子遷移譜儀，包括離子源、進樣管、漂移管、氣路系統、信號放大采集與數據處理系統，其特征在于：所述離子源為微波誘導等離子體離子源，所述微波誘導等離子體離子源包括微波功率發生器、微波耦合腔和放電管，所述微波功率發生器連接微波耦合腔，所述微波耦合腔連接放電管，所述放電管前方設有加速電極，所述進樣管連接漂移管，所述放電管連接漂移管，所述氣路系統、信號放大采集與數據處理系統均連接漂移管。

【技術特征摘要】
1.微波誘導等離子體離子遷移譜儀，包括離子源、進樣管、漂移管、氣路系統、信號放大采集與數據處理系統，其特征在于：所述離子源為微波誘導等離子體離子源，所述微波誘導等離子體離子源包括微波功率發生器、微波耦合腔和放電管，所述微波功率發生器連接微波耦合腔，所述微波耦合腔連接放電管，所述放電管前方設有加速電極，所述進樣管連接漂移管，所述放電管連接漂移管，所述氣路系統、信號放大采集與數據處理系統均連接漂移管。2.根據權利要求1所述的微波誘導等離子體離子遷移譜儀，其特征在于：所述微波耦合腔為圓柱形，微波耦合腔設有N型接頭，所述微波功率發生器通過同軸電纜連接微波耦合腔，所述放電管與微波耦合腔同軸。3.根據權利要求1或2所述的微波誘導等離子體離子遷移譜儀，其特征在于：所述漂移管包括離子源區、離子門和漂移區，所述離子源區、離子門和漂移區依次同軸排列并連通，所述漂移管的側壁纏繞導電環，相鄰的導電環之間為絕緣環，所述放電管、進樣管均連通離子源區，放電管的軸線與漂移管的軸線垂直且位于同一平面。4.根據權利要求3所述的微波誘導等離子體離子遷移譜儀，其特征在于：所述離子源區的徑向尺寸小于漂移區的徑向尺寸；所述加速電極為圓形，加速電極安裝在離子源...

【專利技術屬性】
技術研發人員：段憶翔，代漸雄，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：四川;51