本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于測量氣態(tài)物質(zhì)的方法和設(shè)備，其中所述方法包括以下步驟：使氣流（１０）中的樣本氣體離子化，在細(xì)長的離子遷移率測量室（１２）所限定的橫截面中將離子化的氣流引導(dǎo)通過所述測量室，在與測量電極（ｅ１，ｅ２，ｅ３）的相距一定距離處從離子化的氣流中濾出（１４）離子，從而使得只有從選定點(diǎn)處的流動橫截面行進(jìn)的離子通過，借助于橫向靜電場和沿測量室的壁排布的至少一對測量電極（ｅ１，ｅ２，ｅ３），對離子遷移率不同的離子（Ｊ１－ｎ）進(jìn)行分離。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種用于測量氣體的方法，該方法包括以下步驟一使氣流中的樣本氣體離子化；一在細(xì)長的離子遷移測量室所限定的流動橫截面使離子化的氣流被引導(dǎo)通過該 離子遷移測量室；一借助于橫向電場和設(shè)置在測量室壁上的至少一對測量電極對離子遷移率不同 的離子進(jìn)行分離。本專利技術(shù)還涉及實(shí)施該方法的離子遷移譜儀(IMS)。
技術(shù)介紹
離子遷移譜測定法(IMS)是用于測量空氣中的氣態(tài)雜質(zhì)的方法(Eiceman & Karpas, 2005) 0離子的遷移率可通過許多方法來進(jìn)行測量。最常見的是飛行時間離子遷移 譜測定法，或者漂移時間離子遷移譜測定法。另一種公知的方法是吸入離子遷移譜測定法。 這可用來測量離子和懸浮顆粒的遷移率。吸入離子遷移譜測定法是基于離子在氣流中移動 并且通常具有垂直于流動方向的電場的事實(shí)。如果電場保持恒定，那么離子將基于其電子 遷移率而行進(jìn)到不同的位置，該遷移率由測量的位置決定。測量也可通過相對于時間改變 電場來進(jìn)行，在這種情況下在不同時間對代表不同遷移率的離子進(jìn)行測量。申請公開文獻(xiàn)US 2007/0023647 Al (Zimmermann)中披露了一種離子遷移譜儀，樣 本氣體在所述離子遷移譜儀中被離子化，并在測量電極之前被引導(dǎo)至輸送氣流的橫截面中 的窄點(diǎn)。這就是所謂的二級吸入離子遷移譜測定法的問題。理想地，當(dāng)所有離子從相對于 連續(xù)電極而言相同的橫向距離處出發(fā)時，將呈窄流的離子化樣本氣體引導(dǎo)至輸送氣體的流 動橫截面的中心和電場。此時對分子的橫向運(yùn)動產(chǎn)生影響的變量是分子的質(zhì)量和電荷。與 來自整個橫截面區(qū)域的離子流相比，通道的分離精度顯著改善。對輸送氣體和待離子化樣 本氣體的控制使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。然而，即使一個分流中的微小干擾也能夠輕易導(dǎo)致較大的 誤差。公開文獻(xiàn)US 2006/0054804 Al (Wexler)中披露了相似的結(jié)構(gòu)。公開文獻(xiàn)WO 2008/008826 A2中披露了幾種不同類型的離子遷移譜儀設(shè)備(IMS 設(shè)備)。該公開文獻(xiàn)中的圖5和圖6示出了使用Bradbury-Nielsen多組分柵極的IMS設(shè) 備，其中使用的是約IMhz等級的頻率，以及掃描DC電壓。這種帶有若干與DC掃描結(jié)合的 相RF源的電極裝置極其復(fù)雜。理論上能夠?qū)颖練怏w引導(dǎo)到中心，但是實(shí)踐實(shí)施上卻有困難，為此公開文獻(xiàn)中 披露了一種模型，其中將樣本氣體引導(dǎo)至輸送氣流的邊緣。就輸送氣流的拋物線速度剖面 而言，這種供給方式不是最佳的，反而會導(dǎo)致不精確。圖1示出了實(shí)施吸入單元的傳統(tǒng)方式。來自流動通道整個區(qū)域的離子Jl-n到達(dá) 分離的測量帶el_e3。雖然大多數(shù)的離子因流動的速度剖面而來自中心，但是來自流動邊緣 的離子會造成相當(dāng)程度的不精確。圖2示出所謂的掃描(SWEEP)單元結(jié)構(gòu)，其中來自流動 通道整個區(qū)域的離子Jln到達(dá)單獨(dú)的測量帶el_e2。在實(shí)施過程中，通過改變測量帶的電場，使離子發(fā)生分離。該方法也如同前一個方法那樣面臨到達(dá)的離子分布廣泛的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)旨在提供一種與現(xiàn)有技術(shù)相比更為簡單的用于測量氣體樣本的方法和設(shè) 備，特別是實(shí)施所謂的二級吸入離子遷移譜測定法。權(quán)利要求1中陳述了根據(jù)本專利技術(shù)的 方法的特有特征，權(quán)利要求6中陳述了相應(yīng)的IMS設(shè)備的特有特征。借助于根據(jù)本專利技術(shù)的 過濾技術(shù)，發(fā)射流可處于流動橫截面的中心，在該處流動的速度剖面最大。該結(jié)構(gòu)比上述 Zimmermarm的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單得多。最簡單的是，發(fā)射流中可以是絕對的0電場，但是在研制 程度更高的實(shí)施例中，也可以使用弱電場和集電極來選擇離子，這使得僅一部分通過發(fā)射 通道的離子得以分離。在離子聚集部分的流動中，即在所謂截斷通道中，電場相對于離子的遷移而言處 于靜態(tài)。根據(jù)選定的實(shí)施例，可以使用緩慢變化(小于100Hz，更普遍地為0Hz-50Hz)的電 場或者絕對靜電場。例如，在一秒的期間內(nèi)，可使用緩慢改變的電場來優(yōu)化遷移率不同的離 子的分離。對于能夠在截斷通道以外聚集的離子和所確保的發(fā)射通道的無干擾操作而言， 預(yù)濾器的電場在流動方向上足夠長。在預(yù)濾器之后，根據(jù)計算的路徑，分離電極沿軸向定位 于測量室中。發(fā)射通道的靜電場要求兩側(cè)的電極等勢。然而，靜電場的每個電極都可位于絕緣 板的相對側(cè)上，并同時為截斷通道的第二電極。與沒有離子過濾的探測器相比，借助于根據(jù)本專利技術(shù)的離子過濾技術(shù)可獲得相當(dāng)高 的測量精度。依靠根據(jù)本專利技術(shù)的過濾技術(shù)，發(fā)射通道可位于流動橫截面的中心、即流動的速 度剖面最大處。其結(jié)構(gòu)比上述Zimmermarm的設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡單得多。例如采用α輻射或β輻射對樣本氣體離子化。只允許來自受限截面的離子進(jìn)入 測量部。在本專利技術(shù)中，從所謂的截斷流動中濾除流動通道的邊緣的離子，并且僅允許所謂發(fā) 射流的離子從流動通道的中心部進(jìn)入遷移率測量。相應(yīng)部分的通道稱作截斷通道和發(fā)射通 道。與允許來自流動通道整個區(qū)域的離子進(jìn)入測量的情況(所謂的一級吸入離子遷移譜測 定法)相比，該方式顯著改善了遷移率的分辨力。發(fā)射流周圍的截斷流使流動的速度剖面 保持在可控制下。在一個實(shí)施例中，通過在流動通道中放置非常薄的金屬板來移除離子，一些金屬 板中存在電壓。允許離子從單個間隙進(jìn)入測量室。在這種情況下，發(fā)射間隙處于通道的中 心部，或者不完全處于側(cè)部。發(fā)射間隙定位于中心通道是有利的，這是因為離子相對于流動 是分散的，并且每單位時間最大離子的密度是在通道的中心。通過將離子設(shè)為等電勢而使 得離子通過最居中的(或另外選擇的)間隙。通過合適的勢壘場收集在別處遠(yuǎn)離的離子。 足夠薄的板不會干擾流動，反而會以下述方式使合適通道的流阻均等，即，以流動經(jīng)過每個 間隙的方式。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，流動引導(dǎo)板可具有相互不同的尺寸，以控制流動分布。根據(jù)本專利技術(shù)的便攜式(尺寸)二級吸入離子遷移譜測定法的特征總結(jié)如下例如 通過放射源在流動通道的整個高度上產(chǎn)生離子。通過分隔流動通道的板結(jié)構(gòu)濾除來自別處 的離子，使得離子從受限區(qū)域，優(yōu)選從流動速度分布的最大處進(jìn)入測量室。這里，通過允許 離子從中心部進(jìn)入遷移率測量室，可充分利用流動通道中心部的較大的離子密度(每單位 時間)。借助發(fā)射板結(jié)構(gòu)之前的電場，例如通過依靠電場來增加通道中心部的離子密度，能夠?qū)﹄x子進(jìn)行引導(dǎo)。發(fā)射板結(jié)構(gòu)還起屏蔽的作用，防止直接離子化的輻射進(jìn)入測量室。該 結(jié)構(gòu)允許進(jìn)行緊湊地測量。該結(jié)構(gòu)能夠充分加以利用以實(shí)施DMS/FAIMS型測量。當(dāng)二級產(chǎn) 生的離子流去掉了遷移率分布的期望部分時，該結(jié)構(gòu)可與所謂掃描型測量結(jié)合。附圖說明下面，借助于示例并參考附圖描述本專利技術(shù)，其中圖1示出實(shí)施傳統(tǒng)吸入單元的方式；圖2示出所謂的掃描單元的結(jié)構(gòu)；圖3a示出另一個二級吸入離子遷移光譜測定單元的示意圖；圖3b示出圖3a的實(shí)施例的變型；圖4示出實(shí)施預(yù)濾器的阻擋板結(jié)構(gòu)的一種替代方案；圖5示出另一個二級吸入離子遷移光譜測定單元的結(jié)構(gòu)；圖6示出預(yù)濾器的示意性結(jié)構(gòu)；圖7示出預(yù)濾器之前的流道的剖視圖；圖8示出先前的、稍作更改的二級方案的示意圖；圖9示出吸入離子遷移光譜測定單元的實(shí)踐實(shí)施方案的軸測圖和截面；圖10示出吸入離子遷移光譜測定單元的第二實(shí)踐實(shí)施方案的軸測圖和截面；以 及圖11示出比先前更為簡單的吸入離子遷移光譜測定單元的第三實(shí)踐實(shí)施方案的 截面。具體實(shí)施例方式圖3a示出位置分離二級吸入離子遷移譜測定法的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于測量氣態(tài)物質(zhì)的方法，所述方法包括以下步驟： －對氣流（１０）中的樣本氣體離子化， －引導(dǎo)離子化的氣流通過細(xì)長的離子遷移率測量室（１２）， －借助于橫向電場和設(shè)置在所述測量室的壁上的至少一對測量電極（ｅ↓［１］，ｅ↓［２］，ｅ↓［３］），在所述測量室（１２）中對離子遷移率不同的離子（Ｊ↓［１－ｎ］）進(jìn)行分離， 其特征在于， －沿流動方向在所述測量電極（ｅ↓［１］，ｅ↓［２］，ｅ↓［３］）之前的選定距離處，將氣流分成至少兩個分流以對離子進(jìn)行預(yù)過濾（１４），其中－所述選定距離處的其中一個分流稱作發(fā)射流（ａ），另一個分流稱作截斷流，以及 －借助與離子（Ｊ↓［１－ｎ］）遷移率相關(guān)的靜電場，從每個截斷流的所述離子化氣體中濾出離子（Ｊ↓［１－ｎ］），以及 －在所述預(yù)過濾（１４）之后，借助于設(shè)置在所述發(fā)射流（ａ）中的零場，允許所述發(fā)射流（ａ）中的至少選定離子進(jìn)入分離（１４）。
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：泰爾希馬蒂拉，奧斯莫安蒂拉尼寧，艾斯科克帕諾拉，海基帕克那，塔羅克托，爾卡紹科，
申請(專利權(quán))人：環(huán)境學(xué)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：FI[芬蘭]
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。