移动式气体检测质谱仪装置的制作方法

本发明有关于一种检测环境气体功能的质谱仪，特别是有关于一种具移动检测环境气体功能的质谱仪。

背景技术：

目前在市面上检测气体的机台以质谱仪为大宗，通过质谱分析技术，人们可获知一样品中待测物的分子量，继而配合进一步比对而确认该待测物的真实身分，因此自20世纪初期发展以来，用以实施质谱分析技术的质谱仪，具有操作简便且可快速获得侦测结果的优势，已然成为一广为各领域使用的鉴定工具。

现有的质谱仪有不同的种类：(1)利用扩散式的泵进行抽气维持负压状态，此种类若在外界有振动状态下，其内部油易于渗入真空系统中，影响质谱仪运作及判读；(2)利用涡轮高速转动下以维持负压态，若外界有振动状态下，其涡轮的轴承易于损坏。故目前市面常见质谱仪皆无法有效避震，一般于灾区检测(ex:高雄气爆现场)时极为麻烦且不具时效性不易使用，造成操作者于使用上困扰。

技术实现要素：

本发明提供一种移动式气体检测质谱仪装置，其可使质谱仪于移动态下有效检测环境气体，便利使用者于不同定点取样检测功能，即可达到即时检测环境气体浓度功能，借以节省检测时效维持时间成本，于紧急状况下更可达成保全人命及降低财力伤亡等功效。

本发明提供一种移动式气体检测质谱仪装置，包括：一进气单元，可以收集一样品气体；一游离单元，与该进气单元相配合，该样品气体被传送到该游离单元后被电子轰击成为游离离子态存在，该游离离子经由一加速区再透过电场加速；一分析单元，与该游离单元相配合，游离离子移动至该分析单元侦检离子数量并分析游离离子态的质荷比，产生一质谱图；一数据处理 单元，预建立有图谱库和资料分析功能，可以将该质谱图与该图谱库进行搜索对比，将该样品气体的成分和浓度以图形或表格形式输出一连接单元；以及一移动单元，通过该连接单元连结该进气单元、该游离单元以及该分析单元。

根据本发明的一实施方式，其中该进气单元还包括一进气口系统，该样品气体通过该进气口系统传送到该游离单元。

根据本发明的另一实施方式，其中该样品气体包含一第一类分子和一第二类分子，该进气口系统让该第一类分子较该第二类分子容易通过。

根据本发明的另一实施方式，该游离离子往同一轴向移动集中至该分析单元，使分析所需游离气态离子最小量。

根据本发明的另一实施方式，该游离单元内为一真空环境，该真空环境系使用永久密封的真空装置所建立。

根据本发明的另一实施方式，其中该真空装置包含一台离子泵和一台非蒸散型吸气剂泵。

根据本发明的另一实施方式，其中该真空环境维持负压真空系统至10^-8mba。

根据本发明的另一实施方式，该进气口系统为一聚二甲基硅氧烷半渗透膜。

根据本发明的另一实施方式，其中该连接单元为一具吸震功能载具。

根据本发明的另一实施方式，还包含一控制单元，其中该控制单元为即时卫星定位结合无线通讯功能。

通过本发明所提供具移动检测功能的质谱仪装置，可令使用者于进行环境检测时更为便利使用，并达成节省使用者检测时间及有效保护生命财产安全的效果。

附图说明

图1为本发明具移动式气体检测质谱仪装置的示意图。

图2为本发明具移动式气体检测质谱仪装置具有两个进气口系统的示意图。

图3为本发明具移动式气体检测质谱仪装置移动单元的示意图。

图4为本发明具移动式气体检测质谱仪装置移动单元的上视图。

图5为本发明具移动式气体检测质谱仪装置移动单元的侧视图。

图6为本发明具移动式气体检测质谱仪装置移动单元的前视图。

图7为本发明具移动式气体检测质谱仪装置利用控制单元控制移动的示意图。

其中，附图标记说明如下：

移动式气体检测质谱仪装置 1

进气单元 10

第一类分子 101

第二类分子 103

进气口系统 11

游离单元 20

分析单元 30

连接单元 40

电池 401

一摆臂驱动器 403

摆臂传动单元 4031

摆臂齿轮组 4033

左驱动器 405

左传动单元 4051

左齿轮组 4053

右驱动器 407

右传动单元 4071

右齿轮组 4073

移动单元 50

第一左摆臂轮 501

第二左摆臂轮 502

第一右摆臂轮 503

第二右摆臂轮 504

左传动轮 505

右传动轮 507

左辅助轮 509

右辅助轮 511

左传动杆 513

右传动杆 515

履带组 60

左主履带 601

右主履带 603

左摆臂辅助履带 605

右摆臂辅助履带 607

控制单元 70

距离 D

加速区 A

具体实施方式

本发明主要揭露一种具移动检测功能的质谱仪装置，使用电子轰击使样品气体离子化，利用离子飞行时间测得质谱图谱，再分析比对图谱资料库鉴别出具样品气体。本发明质谱仪装置有很高的灵敏度，可以即时的分析在空气中的挥发性有机化合物(VOC)，鉴别和测量气体的浓度范围可以从十亿分率(parts per billion,p.p.b)到高达百分水率(％)的水准。利用本发明移动检测功能的质谱仪装置的分析结果可即时提供参考，相比于通常使用的吸附管，本发明具移动检测功能的质谱仪装置提供了额外的灵活性节省了时间和金钱，也提供了可能紧急筛选和化学品事故或灾害快速响应。以下文中所对照的附图，表达与本发明特征有关的结构示意，亦不需要依据实际尺寸完整绘制，合先叙明。

首先，请参照图1，为本发明移动式气体检测质谱仪装置1，包括：进气单元10、游离单元20、分析单元30、连接单元40以及移动单元50。进气单元10可以收集被分析的样品气体，再传送到游离单元20；传送到游离单元20的样品气体被电子轰击成为游离离子；游离离子移动至分析单元30侦检离子数量并分析游离离子态的质荷比(m/e)，产生质谱图；进气单元10、 游离单元20和分析单元30固定于连接单元40上，移动单元50可旋转地的固定在连接单元40上，移动式气体检测质谱仪装置1可以于不同定点取样检测功能，即可达到即时检测环境气体浓度功能。

进气单元10可以收集被分析的样品气体，将外界气体吸入以进行分析。进气单元10可以控制样品气体流入的流率，控制气体流入的速率可以透过结构流道设计，不同的流率可以对应不同的流道结构，可以依需求设计，故不在此多叙述。进气单元10另外具有一进气口系统11，所述的进气口系统11可以是针孔、毛细管柱或半渗透膜。进气口系统11作为进气单元10和游离单元20之间的介面，进气口系统11用于限制样品气体进入游离单元20的量，另一方面进气口系统11还具有过滤化学品的能力，可以让第一类分子101的通过率大于第二类分子103的通过率。在本实施例中，进气口系统11为一聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)半渗透膜，第一类分子101为具挥发性的有机化合物(VOC)，第二类分子103为水和氮气，PDMS半渗透膜可以让具挥发性的有机化合物(VOC)等更容易通过，但会阻挡大部分的水和氮气。因为该PDMS半透膜对于具挥发性的有机化合物(VOC)有筛选性，能隔绝空气，所以能很好地分离待测物和背景气体，待测物的单位浓度提升，确保仪器对多种物质的检测下限能达到ppb量级。PDMS半渗透膜具有使用寿命长、维护费用低、质地坚固的特性。

本实施例中，进气口系统11为PDMS半渗透膜，但只要具有可以过滤特定待测气体功能的装置，都不脱离本发明的精神。该装置可能为利用不同的半渗透膜材料或是利用温度、压力等去控制分离待测气体和空气。在另一实施例中，进气单元10也可以不只具有一个进气口系统11，如图2所示，具有两个进气口系统11，隔出不同的区间，不同区间具有不同的压力，压力可以从10¹³mbar递减至10^-7mbar，第一类分子101和第二类分子103经过两次的过滤会得到更高浓度的第一类分子101。不同区间可以建立不同的真度环境，愈内侧的区间具有较高的真空度。

如图2所示，游离单元20，可以将样品气体使用电子轰击成为游离离子，透过给予一高电压(3KV)使进入的样品气体得以形成游离离子态存在，游离离子在游离单元20内会往分析单元30移动，在加速区A内会被电场加速，测量该游离离子通过已知距离D的时间，离子的质量可以透过下列公式得 到：

V＝[(2*能量)/质量]^1/2

重的游离离子会花较长的时间，较轻的游离离子会花较短的时间。样品气体通过电子轰击他们，当样品气体分子被击中，可能会将其电子脱离电子轨道，因此将样品气体分子带正电而成为离子，再透过加速区A对离子加速。分析单元30，与前述游离单元20相配合，游离离子移动至分析单元30侦检离子数量并分析游离离子态的质荷比(m/e)，产生质谱图供分析游离离子种类，本发明移动式气体检测质谱仪装置1通过结构设计使游离离子得以往同一轴向移动集中至分析单元30，本发明使分析所需游离气态离子最小量，使得整体体积缩小至可携带式，以供使用者得以便利操作使用。

要得到高灵敏度的质谱分析，游离单元20必须维持负压真空系统至10^-8mbar高真空，游离离子往分析单元30移动时才不会被其它的离子所阻挡，游离单元20建立真空环境，游离单元20内的真空度较进气单元10的真空度高，在实际操作时，可以先对游离单元20进行高真空环境的建立，才不会使残留在游离单元20内的气体和要量测的样品气体混合，以影响到量测的灵敏度。上述的真空环境是使用永久密封的真空装置，在测定前无需进行抽真空，可真正满足现场分析的快速反应需求，内置真空装置由两部分组成：一台离子泵和一台可处理所有气体的非蒸散型吸气剂泵，离子泵可以靠可携式的电池维持运转，当长时间使用时，若电池耗尽时，非蒸散型吸气剂泵可以维持游离单元20的真空环境，直到电池再次被充电。10^-8mbar真空度优于所有实验室级的真空度，超高的真空度代表更长的平均自由飞行路径，能达成优异的感度及稳定性。

请参阅图1和图2所示，为本发明的移动式气体检测质谱仪装置1更具有一连接单元40以及移动单元50。进气单元10、游离单元20以及分析单元30所组成质谱仪以锁固方式固定在连接单元40上，移动单元50可旋转的固定在连接单元40的侧壁。本发明的移动式气体检测质谱仪装置1为永久密封的真空装置，以及利用离子的分行时间测得质谱图谱，所以适合避震功能。

连接单元40为一具吸震功能乘载具，内部包含弹簧元件及塑胶材质等供吸收震波，并以锁固方式使该连接单元40与质谱仪锁固连接。连接单元 40和移动单元50可旋转地相连接，具有移动功能，一般而言，移动单元50为轮体，轮子的数量依据底盘所能乘载的重量而定，并无一定的限制，本领域技术人员可以根据需要选择可以搭配底盘的轮体数量或是其它的机器脚等。除了轮体之外，移动单元50亦可为履带组60带动，如图3所示，通过履带组60和移动单元50的组合以有效带动于地面上顺利前进，本发明的特征在于移动式气体检测质谱仪装置1通过移动单元50可有效达成避震效果，故可移动侦测所在地气体现状。

如图4所示，连接单元40内部包括一电池401、一摆臂驱动器403、摆臂传动单元4031、摆臂齿轮组4033、左驱动器405、左传动单元4051、左齿轮组4053、右驱动器407、右传动单元4071、右齿轮组4073。电池401可以提供电能给摆臂驱动器403、左驱动器405以及右驱动器407转换成动能。摆臂驱动器403透过摆臂传动单元4031使摆臂齿轮组4033旋转；左驱动器405透过左传动单元4051使左齿轮组4053旋转；右驱动器407透过右传动单元4071使右齿轮组4073旋转。

另参考图3所示，移动单元50包括一第一左摆臂轮501、一第二左摆臂轮502、一第一右摆臂轮503、一第二右摆臂轮504、一左传动轮505、一右传动轮507、一左辅助轮509以及一右辅助轮511。第一左摆臂轮501和第一右摆臂轮503分别和摆臂齿轮组4033两端可旋转地连接，第二左摆臂轮502和第一左摆臂轮501相连动，第二右摆臂轮504和第一右摆臂轮503相连动，第二左摆臂轮502和左辅助轮509以一左传动杆513固定连结，第二右摆臂轮503和右辅助轮511以一右传动杆515固定连结；左传动轮505和左齿轮组4053可旋转地连接、右传动轮507和右齿轮组4073可旋转地连接。

如图4至图6所示，履带组60包括一左主履带601、一右主履带603、一左摆臂辅助履带605以及一右摆臂辅助履带607。左主履带601和左摆臂轮501以及左传动轮505相连动；右主履带603和右摆臂轮503和右传动轮507相连动；左摆臂辅助履带605和第二左摆臂轮502以及左辅助轮509相连动，右摆臂辅助履带607和第二右摆臂轮504以及右辅助轮511相连动。

请参阅图7所示，为本发明的移动式气体检测质谱仪装置1具有一由控制单元70可有效控制移动式气体检测质谱仪装置1位置，控制单元70可能为即时卫星定位(GPS)结合无线通讯智慧控制，本实施例特征在于移动式气 体检测质谱仪装置1可通过控制单元70采远距控制操作定位。另外本发明具有一数据处理单元，建立有图谱库和资料分析功能，可以将所得到图谱与资料库进行搜索对比，自动分析结果，将气体的成分和浓度以图形或表格形式输出。无线传输例如但不限制为3G，包括固定IP、浮动IP或是虚拟IP，本发明可以将信号透过固定IP传送，若是透过浮动IP以及虚拟IP则可以透过动态转址的方式传输至一伺服端电脑，伺服端电脑具有一个固定IP伺服端来协助资料交换。

由此本发明提供一种具移动式气体检测质谱仪装置1供克服目前检测技术无法有效避震故无法移动检测问题，通过本发明可达成及时有效进行灾区检测(ex:高雄气爆现场)，且可有效节省人力物力，并预期能达成减少人命损伤等功效，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的申请专利权利；同时以上的描述，对于本领域技术人员应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求范围中。