用于离子迁移谱仪的多通道检测板、检测系统及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及离子迀移谱技术领域，尤其涉及一种用于离子迀移谱仪的多通道检测 板、检测系统及检测方法。
【背景技术】
[0002] 离子迀移谱技术（ionmobilityspectrometry,IMS)是在20世纪70年代初出现 的一种新的气相分离和检测技术。其核心思想是以离子迀移时间的差异来对不同的物质进 行区分，采用离子迀移谱技术的仪器检测灵敏度非常高，可检测到纳克级（Ing= 10-9kg) 甚至是皮克级（lpg=l〇_12kg)的物质，采用该技术的仪器可检测化学战剂、毒品、爆炸物 和大气污染物等物质，在机场安检、战地勘查、环境监测、工业生产等方面有着重要应用。
[0003] 在采用离子迀移谱技术的仪器中，内部有重要部件一一离子迀移管。离子迀移管 中分布有电场，其电场大小E通常选为150~1000V/cm之间的某一定值，如300V/cm，离子 可在电场作用下发生迀移。在实际应用中，绝大多数仪器采用单一式离子检测板来检测脉 冲离子电流大小。如附图一，左图（a)为离子迀移管接收部分，60为迀移离子，6为离子接 收板；右图（b)为常用的离子接收板，即单一式离子接收板，61为离子迀移管外径，62为离 子迀移管内径，63为离子接收面。然而，由于离子迀移管难以做到完全对称，且其内部分布 电场并不是匀强电场，采用单一式离子检测板检测到的脉冲离子电流的谱峰是很宽的，而 且脉冲电流幅值也较小，这样会影响这类仪器的灵敏度和分辨率。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种用于离子迀移谱仪的多通道检测板、检测系统及检 测方法，可以提高离子迀移谱仪的灵敏度和分辨率。
[0005] -种用于离子迀移谱仪的多通道检测板，该检测板的基板采用绝缘材料制成，基 板的正面中部设置有多通道检测面，边缘设置正面信号地；
[0006] 所述多通道检测面由一个位于中心的圆形子检测面以及处于圆形子检测面外围 的N个同心圆环形的子检测面构成；两两子检测面之间互相绝缘；所述N至少为1 ;
[0007] 所述检测板的基板反面的边缘设置有与正面信号地电连接的反面信号地；正面的 每一个所述子检测面在基板的反面均对应设置一个与其电连接的信号引出点。
[0008] 较佳的，所述基板采用聚四氟乙烯制成。
[0009] 较佳的，所述正面信号地和反面信号地通过在所述基板表面敷铜后镀金形成。
[0010] 较佳的，正面信号地和反面信号地之间以及子检测面与对应的信号引出点之间的 电连接均通过过孔实现。
[0011] -种基于多通道检测板的检测系统，包括电流电压转换模块、AD转换模块以及附 属模块；
[0012] 所述电流电压转换模块从所述检测板的各个信号引出点接收离子迀移谱仪输出 的各路电流信号，即为脉冲离子电流，并将各路脉冲离子电流采用电容积分的方式转换为 电压信号；
[0013] 所述AD转换模块将从电流电压转换模块接收的各路脉冲离子电流的模拟形式转 换为数字形式；
[0014] 所述附属模块从所述AD转换模块接收各路脉冲离子电流后，得到平均电流；同 时，计算离子迀移谱仪中离子从离子门迀移到各个子检测面上的迀移时间后，得到离子的 平均迀移时间；根据平均电流和平均迀移时间确定输入到离子迀移谱仪的待测物质的浓度 和物质成分。
[0015] 较佳的，所述电流电压转换模块采用N+1个跨阻放大器IVC102 ;所述多通道离子 检测板的N+1个信号引出点输出的脉冲离子电流分别连接至N+1个IVC102的输入引脚3 ; IVC102的引脚3与用户从引脚4、引脚5或引脚6中选择的其中一个引脚短路连接；输出端 连接到AD转换模块；引脚12为复位引脚，接收所述附属模块发送的复位信号；引脚1连接 电源地，引脚14连接+12￥，引脚9接-12￥，引脚2、5、6、7、8、11悬空。
[0016] 较佳的，所述的AD转换模块采用18位8通道同步采样芯片AD7608 ;
[0017] AD7608的引脚49、51、53、55、57、59、61、63为模拟形式的脉冲离子电流信号的输 入端；
[0018] 引脚50、52、54、56、58、60、62、64为信号地，连接到电源地；
[0019] AD7608的引脚6通过电阻R2连接+3. 3V以选择串行输出模式；
[0020] 引脚3、4、5分别通过电阻与数字地连接，以选取无过采样模式；
[0021] 引脚7通过电阻R7连接+3. 3V，使得AD7608工作于正常工作模式而非待机和关断 模式；
[0022] 引脚8通过电阻Rl连接+3. 3V，使得AD7608可采集电压范围为-IOV~+IOV;
[0023] 引脚11通过电容C7连接+3. 3V，同时通过电阻R3接地，以保证上电时电容充电并 由充电时电阻R3端电压提供复位信号；
[0024] 引脚12连接附属模块并由其提供时钟信号，引脚13连接附属模块并由其提供片 选信号，引脚14连接附属模块并向附属模块传输繁忙指示信号；引脚24与引脚25为A通 道和B通道，为AD转换后的数据输出端，连接附属模块；引脚9脚与引脚10相连并由附属 模块提供所述A通道和B通道转换开始信号。
[0025] -种基于多通道检测板的物质浓度检测方法，包括：
[0026] 步骤1、根据N+1个信号引出点输出的脉冲离子电流，以及N+1个子检测面的面积， 对实际检测的脉冲离子电流进行归一化处理：
[0028] 式中，n表示从内到外子检测面的序号，n= 1，2,...N;I'n为第n个子检测面上归 一化后的脉冲离子电流值，S1为中心圆形子检测面的面积，Sn为第n个子检测面的面积，In 为从第n个信号引出点实际检测到的电流。
[0029] 步骤2、对归一化后的各路脉冲离子电流求均值，得到平均脉冲离子电流大小，用 以检测输入到离子迀移谱仪的待测物质的浓度。
[0030] 一种基于多通道检测板的物质成分检测方法，具体步骤如下：
[0031] 步骤1、控制离子迀移谱仪中的离子迀移管处于工作状态，从进气口通入背景试 剂，背景试剂在放射源的作用下，在反应区形成离子，离子在电场作用下发生迀移，直到迀 移到离子迀移管中的离子门，此时，关闭离子门；
[0032] 步骤2、为每一个子检测面设置一个计时器；打开离子门，同时启动各个计时器； 当离子到达子检测面时，停止相应的计时器，得到各个子检测面上离子的迀移时间；以中 心圆形子检测面检测到的离子迀移时间为基准时间，则其它各子检测面对应的修正系数Zn
;其中，tn为第n个子检测面上的离子迀移时间，n= 1，2,...N;ti为中心圆形 子检测面上的离子迀移时间；
[0033] 步骤3、重复1-2步，经过多次平均后得到子检测面上的时间修正系数Z,,;
[0034] 步骤4、通入待检测的化学物质，根据步骤1和2的方法测得各个检测面上的离子 迀移时间，并对离子迀移时间进行归一化处理：
[0036] 其中，tAn为第n子检测面上的离子迀移时间；
[0037] 步骤5、计算各个子检测面上的平均离子迀移时间，由此确定物质的物质成分。
[0038] 较佳的，所述离子门开启时间控制在IOOus~500us之间。
[0039] 本发明具有如下有益效果：
[0040] (1)本发明将单一式离子检测板改进为多通道检测板，并在多通道检测板的基础 上设计了检测系统，可检测不同位置处的离子脉冲电流以及离子迀移时间，最终根据电流 均值和离子迀移时间均值获得待测试剂的浓度和物质成分，提高了检测信号的信噪比、灵 敏度和分辨率；
[0041] (2)本发明的检测方法基于多通道检测面，得到各检测面对应的离子迀移时间，进 而得到迀移时间的修正值，作为修正系数，用该修正系数对待测物质的迀移时间修正后，再 确定物质的成分，可提高检测的正确率。
【附图说明】
[0042] 图1为现有的单一式离子检测板示意图；
[0043] 图2为现有的离子迀移管结构示意图；
[0044] 图3 (a)为离子迀移管内电场强度分布不意图；
[0045] 图3(b)为离子迀移管内检测脉冲电流强度示意图；
[0046] 图4(a)为本发明的多通道离子检测板正面结构示意图；
[0047] 图4(b)为本发明的多通道离子检测板反面结构示意图；
[0048] 图5为电流/电压变换模块和AD转换模块电路连接图；
[0049] 图6为附属模块结构示意图。
[0050] 其中，1-进气口，2-放射源，3-电极片，4-离子门，5-出气口，6-离子检测板， 60-迀移离子，61-离子迀移干外径，62-离子迀移管内径，63-离子接受面，71-安装孔， 72-