一种带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管，包括一端设置为开口式，另一端设置为闭合式的绝缘管，还包括绝缘管内腔中沿开口端至闭合端，依次设置的隔膜、离化源、单栅离子门、迁移环、屏蔽栅和法拉第盘；所述隔膜与离化源之间的绝缘管的侧壁上设置有载气入口；所述离化源与单栅离子门之间的绝缘管的侧壁上设置有尾气出口；所述屏蔽栅与法拉第盘之间的绝缘管的侧壁上设置有迁移气入口。本发明通过在离子阱施加不同属性的激发电场，即能实现正负离子的协同检测，采用载气和迁移气独立供气的方式，克服了因样品分子浓度过高引起的特征离子峰飘移现象，同时解决了传统迁移管产物离子损失率高、图谱稳定性差和分析时间长等技术问题。
【专利说明】一种带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种离子迁移管，尤其涉及一种带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移 管。
【背景技术】
[0002] 离子迁移谱仪是一种高效、灵敏的痕量检测设备，可用于毒品，爆炸品的快速检 测。其中迁移管是离子迁移谱仪核心组成部件，传统的迁移管有两种，一是单气路离子阱迁 移管（参阅美国专利5200614)，产物离子的形成和存储都在离子阱内完成，具备产物离子 形成效率高、损失率低，可快速切换检测模式等优点，但检测样品分子浓度较高时，受离子 阱离化能力的限制，大量未被离化的样品分子随载气进入迁移区，造成特征离子峰飘移，影 响测量精准度；二是带载气和迁移气的双栅离子门迁移管（参阅美国专利5109157)，迁移 管采用前端供载气，末端供迁移气的独立供气方式，纯净稳定的迁移气流过迁移区，杂质分 子和混合尾气从中间的尾气出口排出，以此来获得稳定的离子图谱，较高的测量精准度和 洁净的迁移区，但这种迁移管的样品离子损失率高、检测模式切换时间长，因此不能较好满 足现今的应用需求；为解决两种传统迁移管技术的不足，本发明提供一种带载气和迁移气 的脉冲离子阱迁移管。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管，以同时解决上 述传统离子迁移管存在的检测精准度低、样品离子损失率高和不能快速切换检测模式的技 术问题。
[0004] 本发明所设计的技术方案如下：
[0005] -种带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管，其中，包括一端设置为开口式，另一端 设置为闭合式的绝缘管，还包括绝缘管内腔中沿开口端至闭合端，依次设置的隔膜、离化 源、单栅离子门、迁移环、屏蔽栅和法拉第盘，所述隔膜设置在绝缘管的开口端的内侧边缘； 所述法拉第盘固定嵌入绝缘管的闭合端的管壁上；所述隔膜与离化源之间的绝缘管的侧壁 上设置有载气入口；所述离化源与单栅离子门之间的绝缘管的侧壁上设置有尾气出口；所 述屏蔽栅与法拉第盘之间的绝缘管的侧壁上设置有迁移气入口。
[0006] 所述的带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管，其中，所述离化源设置为杯状离化 桶，并与单栅离子门围合成离子阱。
[0007] 所述的带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管，其中，所述迁移环至少均匀设置为 五个，并与单栅离子门和屏蔽栅组成迁移区。
[0008] 所述的带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管，其中，所述载气入口与迁移气入口 的流量比范围设置为：〇. 25 - 0. 5。
[0009] 所述的带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管，其中，所述离化源与单栅离子门上 施加有周期性同步正负工作电压，当离子阱注射离子时，所述离化源上的工作电压绝对值 高于单栅离子门上的工作电压；当离子阱存储离子时，所述离化源与单栅离子门上施加相 同电压。
[0010] 本发明通过在离子阱施加不同属性的激发电场，即能实现正负离子的协同检测， 采用载气和迁移气独立供气的方式，克服了因样品分子浓度过高引起的特征离子峰飘移现 象，简化了系统结构并提高了系统灵敏度，同时也解决了传统迁移管产物离子损失率高、图 谱稳定性差、分析时间长和响应恢复特性慢等技术问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本发明中迁移管的截面示意图。
[0012] 图2是本发明中迁移管的协同检测电压示意图。
【具体实施方式】
[0013] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对 本发明作进一步说明。
[0014] 如图1所示，本发明提供的一种带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管包括：绝缘 管1、隔膜2、离化源3、单栅离子门4、迁移环5、屏蔽栅6和法拉第盘7。
[0015] 绝缘管1构成本发明中迁移管的外壁，绝缘管1的一端设置为开口式，另一端设 置为闭合式。在绝缘管1的内腔中，从开口端至闭合端方向，依次设置有隔膜2、离化源3、 单栅离子门4、迁移环5、屏蔽栅6和法拉第盘7,其中隔膜2设置在绝缘管1的开口端的内 侧边缘，待检测的样品分子经隔膜2扩散进入迁移管；法拉第盘7固定嵌入绝缘管1的闭合 端的管壁上。在隔膜2与离化源3之间的绝缘管1的侧壁上设置有载气入口 8 ;离化源3与 单栅离子门4之间的绝缘管1的侧壁上设置有尾气出口 9 ;屏蔽栅6与法拉第盘7之间的 绝缘管1的侧壁上设置有迁移气入口 10。
[0016] 在本发明中，离化源3设置为杯状离化桶结构，并与单栅离子门4围合成离子阱 (图中未示出）；迁移环5的数量均匀设置有5个，与单栅离子门4和屏蔽栅6构成迁移区 (图中未示出）。
[0017] 在本发明中，当高浓度的样品分子经隔膜2扩散进入迁移管，并随载气一起到达 离子阱内，由于受离子阱单位时间离化能力的限制，未被离化的样品分子会随载气流进迁 移区，影响迁移区洁净的环境，杂质分子与被测样品特征离子络合导致特征离子迁移率发 生改变；同时杂质分子充满迁移区内，短时间内难以清除，降低了仪器的快速恢复响应特性 和离子图谱的稳定性，为克服这一缺点，本方案从迁移管末端引入迁移气，洁净稳定的迁移 气流经屏蔽栅6和均匀分布的迁移环5到达离子阱，及时将阱内未被离化的分子和载气一 同从尾气出口 9排出，从而保证迁移区的清洁干净；另外样品离子受离子阱电场的约束作 用，稳定地存储在离子阱内，不会随载气和迁移气排出，确保产物离子的高浓度存储；同时， 产物离子的带电属性是由离子阱的电位属性决定的，因此想改变产物离子的带电属性，实 现检测模式的快速切换，只需改变离子阱的电位属性即可。
[0018] 本发明中，载气入口 8和迁移气入口 10处还分别设置有流量控制阀，以控制载气 与迁移气的流量比例；为保证迁移区内干燥、清洁的环境，生成稳定的离子迁移率谱，本发 明中载气与迁移气的流量比范围设置为：〇. 25 - 0. 5。
[0019] 如图2所示，图中11为正离子检测的一个周期的工作电压，12为负离子检测的一 个周期的工作电压，两组工作电压相互交替切换实现正负离子的协同检测，有效克服传统 双栅离子门迁移管因离子带电属性改变慢，只能分步进行正负离子协同检测的缺点，从而 避免漏检情况的发生。
[0020] 每个周期的工作电压11、12由两个电压部分构成，一是脉冲电压 二是电压-、或^。。离子阱的离化源3施加工作电压11、12,单栅离子门4施加稳定的电 平电压+%或A，此时离化源与单栅离子门间存在脉冲电压差+%或-Vi，离子阱内靠近单 栅离子门4的产物离子受激发电场的作用，相应带电属性的离子被注入迁移区；当离化源 3与单栅离子门4施加的电压相同时，离子阱内部为匀强电场，与离子阱电位属性相同的产 物离子在高能粒子β电子活化作用下处于高浓度平衡状态，为下一周期的离子激发注入 迁移区做准备。
[0021] 本发明通过在离子阱施加不同属性的激发电场，即能实现正负离子的协同检测， 采用载气和迁移气独立供气的方式，克服了因样品分子浓度过高引起的特征离子峰飘移现 象，简化了系统结构并提高了系统灵敏度，同时也解决了传统迁移管产物离子损失率高、图 谱稳定性差、分析时间长和响应恢复特性慢等技术问题。
[0022] 应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可 以根据上述说明加以改进或变换，例如，对本发明中的各部分的连接方式的替换等，所有这 些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1. 一种带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管，其特征在于，包括一端设置为开口式， 另一端设置为闭合式的绝缘管，还包括绝缘管内腔中沿开口端至闭合端，依次设置的隔膜、 离化源、单栅离子门、迁移环、屏蔽栅和法拉第盘，所述隔膜设置在绝缘管的开口端的内侧 边缘；所述法拉第盘固定嵌入绝缘管的闭合端的管壁上；所述隔膜与离化源之间的绝缘管 的侧壁上设置有载气入口；所述离化源与单栅离子门之间的绝缘管的侧壁上设置有尾气出 口；所述屏蔽栅与法拉第盘之间的绝缘管的侧壁上设置有迁移气入口。
2. 根据权利要求1所述的一种带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管，其特征在于，所 述离化源设置为杯状离化桶，并与单栅离子门围合成离子阱。
3. 根据权利要求1所述的一种带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管，其特征在于，所 述迁移环至少均匀设置为五个，并与单栅离子门和屏蔽栅组成迁移区。
4. 根据权利要求1所述的一种带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管，其特征在于，所 述载气入口与迁移气入口的流量比范围设置为：〇. 25 - 0. 5。
5. 根据权利要求1所述的一种带载气和迁移气的脉冲离子阱迁移管，其特征在于，所 述离化源与单栅离子门上施加有周期性同步正负工作电压，当离子阱注射离子时，所述离 化源上的工作电压绝对值高于单栅离子门上的工作电压；当离子阱存储离子时，所述离化 源与单栅离子门上施加相同电压。
【文档编号】H01J49/04GK104091750SQ201410317067
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】郭会勇, 周虎 申请人:广东南海启明光大科技有限公司