基于脉冲采样的离子迁移谱仪装置的制作方法

本公开的实施例涉及离子迁移领域，特别涉及基于脉冲采样的离子迁移谱仪装置。

背景技术：

离子迁移谱仪(ionmobilityspectrometry，ims)具有便携、快速、灵敏及可产业化等优点，广泛应用于军事、国防、工业、环境和临床诊断等领域。但是由于检测环境中其他复杂基质如水汽等的干扰，大大限制了它的识别定性能力以及定量能力。

技术实现要素：

根据本公开的一方面，本公开的实施例提供一种基于脉冲采样的离子迁移谱仪装置，包括：

离子迁移谱仪，配置用于检测样品；

采样装置，配置用以采集样品并输出包含样品的混合气体；以及

循环气路，配置成将所述采样装置与所述离子迁移谱仪流体连通，以便将所述采样装置输出的包含样品的混合气体导入至所述离子迁移谱仪，并且能够将所述离子迁移谱仪排出的气体的至少部分送回至所述离子迁移谱仪和/或所述采样装置。

在一个实施例中，所述循环气路配置成使得允许所述离子迁移谱仪装置能够在采样和进样状态与第一气体内循环状态之间切换，

其中在所述采样和进样状态下，所述采样装置采集样品并且通过气体将样品以包含样品的混合气体送入所述离子迁移谱仪用于检测，并且从所述离子迁移谱仪排出的气体在经过过滤/净化后一部分被重新送回所述采样装置，与样品形成包含样品的混合气体以便运送样品；和

在所述第一气体内循环状态下，所述采样装置与所述离子迁移谱仪之间的流体连通被断开，所述离子迁移谱仪排出的气体在经过过滤/净化后被送回至离子迁移谱仪。

在一个实施例中，离子迁移谱仪装置还包括第一二位三通阀，流体连通在所述循环气路中的采样装置与离子迁移谱仪之间并且配置成：

在所述采样和进样状态下，允许所述采样装置和所述离子迁移谱仪流体连通，气体从第一二位三通阀的第一入口进入第一二位三通阀，从第一二位三通阀的出口离开第一二位三通阀，被送入离子迁移谱仪；并且在所述第一气体内循环状态下，所述采样装置与所述离子迁移谱仪之间的流体连通被断开，而允许离子迁移谱仪排出的气体在经过过滤/净化后经过所述第一二位三通阀的第二入口被送回至离子迁移谱仪。

在一个实施例中，离子迁移谱仪包括所述离子迁移谱仪的第一入口，配置成与所述第一二位三通阀连通使得气体离开第一二位三通阀后从所述离子迁移谱仪的第一入口进入所述离子迁移谱仪。

在一个实施例中，所述循环气路配置成使得允许所述离子迁移谱仪装置能够在采样和进样状态、第一气体内循环状态以及清洁采样装置状态之间切换，

其中，在所述清洁采样装置状态下，从离子迁移谱仪排出的气体在经过过滤/净化后被送至所述采样装置，并经过所述采样装置后沿所述采样装置的反向被排出所述采样装置。

在一个实施例中，所述离子迁移谱仪装置还包括第二二位三通阀(105b)，流体连通在所述循环气路中的所述离子迁移谱仪与所述采样装置之间并且与所述采样装置直接连通，所述第二二位三通阀配置成：

在采样和进样状态下，从离子迁移谱仪排出的气体在经过过滤/净化后经过所述第二二位三通阀被直接送至所述采样装置，气体与样品混合后形成包含样品的混合气体被送入所述离子迁移谱仪，并且从所述离子迁移谱仪排出的气体在经过过滤/净化后一部分被重新通过第二二位三通阀被送回所述采样装置作为载气；

在所述清洁采样装置状态下，从离子迁移谱仪排出的气体在经过过滤/净化后经过所述第二二位三通阀的第一出口被送至所述采样装置而非离子迁移谱仪，并通过采样装置以便清洁所述采样装置；和

在所述第一气体内循环状态下，所述离子迁移谱仪与所述采样装置之间的流体连通被断开，并且所述离子迁移谱仪排出的气体在经过过滤/净化后部分气体通过所述第二二位三通阀的第二出口被送回至离子迁移谱仪，气体不经过所述采样装置。

在一个实施例中，所述循环气路包括第一内循环子气路，所述离子迁移谱仪排出的气体经由第一内循环子气路被送回至所述离子迁移谱仪；第一内循环子气路为：气体从离子迁移谱仪排出后从第二二位三通阀的入口进入，从第二二位三通阀的第二出口排出，被送至第一二位三通阀，随后被送回至离子迁移谱仪。

在一个实施例中，所述循环气路包括具有一定气体容积第一缓冲罐，配置成与所述离子迁移谱仪流体连通以便接收从所述离子迁移谱仪排出的气体，并且允许从第一缓冲罐排出的气体被送入所述离子迁移谱仪。

在一个实施例中，所述循环气路包括过滤器，配置成在所述循环气路中使得从所述离子迁移谱仪排出的气体至少通过所述过滤器，以便过滤/净化气体。

在一个实施例中，所述循环气路包括泵，配置成在所述循环气路中驱动气体离开所述离子迁移谱仪，在所述循环气路中流动。

在一个实施例中，所述循环气路包括具有一定气体容积第二缓冲罐，配置成接收来自第一缓冲罐的气体，并允许从第二缓冲罐排出的气体至少一部分被送入所述离子迁移谱仪。

在一个实施例中，所述第二缓冲罐能够接收来自第一缓冲罐的气体，并且第二缓冲罐排出的气体的一部分被送入所述离子迁移谱仪，另一部分被送入第二二位三通阀的入口。

在一个实施例中，所述离子迁移谱仪还包括第一出口和/第二出口，配置用于排出所述离子迁移谱仪内的气体；和，第一循环入口和/或第二循环入口，配置用于将气体循环导入所述离子迁移谱仪；并且

所述循环气路包括第二内循环子气路，配置成由所述离子迁移谱仪的第一出口和/第二出口排出的气体至少经过所述过滤器，随后气体的一部分通过所述离子迁移谱仪的第一循环入口和/或第二循环入口被送入所述离子迁移谱仪。

附图说明

图1示出本公开的一个实施例的一种离子迁移谱仪装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面参照附图描述根据本公开的多个实施例。

本公开的实施例提供一种基于脉冲采样的离子迁移谱仪装置，包括：离子迁移谱仪101，配置用于检测样品；采样装置106，配置用以采集样品并输出包含样品的混合气体；以及循环气路，配置成将采样装置106与所述离子迁移谱仪101流体连通，以便将采样装置106输出的包含样品的混合气体导入至所述离子迁移谱仪101，并且能够将离子迁移谱仪101排出的至少部分气体送回至所述采样装置106和/或所述离子迁移谱仪101。应该知道，在采样装置106和离子迁移谱仪101之间使用玻璃管、钢管、连接管等各种类似的管形成气密的气路，即为循环气路。循环气路包括多个气体流路，以便实现多种功能。在随后的实施例中，默认为即使不说明存在管路，但是为了实现气体的输送，管路也是存在的。

在一个实施例中，所述循环气路配置成使得允许所述离子迁移谱仪装置能够在采样和进样状态和第一气体内循环状态之间切换。在本实施例中，在所述采样和进样状态下，采样装置106采集样品并且通过泵的抽吸将样品以包含样品的混合气体送入所述离子迁移谱仪101，并且从所述离子迁移谱仪101排出的气体在经过过滤/净化后一部分被重新送回所述采样装置106(例如作为载气)，与样品形成包含样品的混合气体以便运送样品；在所述第一气体内循环状态下，采样装置106与离子迁移谱仪101之间的流体连通被断开，离子迁移谱仪101排出的气体在经过过滤/净化后被送回至离子迁移谱仪101。

在一个实施例中，所述采样和进样状态包括采样装置清洁状态，在采样装置清洁状态下，采集装置106不采集样品，气体被送入所述采样装置106，气体通过采样装置106从而清洁所述采集装置，最后可以从采样装置106被排出离子迁移谱仪装置。例如采样装置106可以包括采样头1060，气体从采样头1060被排出。换句话说，在采样和进样状态下，所述采样装置106处于工作状态，此时被送入采样装置106的气体(此时被作为进样载气)会与采集的样品混合，从而形成包含样品的混合气体；在采样装置清洁状态下，气体仍然被送入采集装置，然而，此时采集装置并未采集样品，气体在采集装置中流动自动清洁了采集装置，而从采样头排出。根据本实施例的离子迁移谱仪装置因而可以实现采集样品的工作状态和采集装置的清洁的切换，操作方便。此外，由于从离子迁移谱仪101排出的气体可以被循环使用(即第一气体内循环状态)，因而无须外接或内置提供气体的气罐，节省了气体材料，简化了整个设备，提高了便携性，降低了检测成本。

采样装置106可以是气体采样装置，也可以是固体采样装置。例如在一个实施例中，采样装置106可以采用具有一定强度的不锈钢管(外径不超过5mm)，采样头1060处设置温控功能，可以使不锈钢管工作在特定的温度，方便对其中残留样品的清洁，采样头1060前端还设置有微孔滤网，以防止采样过程中灰尘或颗粒堵塞采样管道。

离子迁移谱仪101例如可以为正负双模式的离子迁移管，例如可以采用一体化陶瓷双模式迁移管。离子迁移谱仪101也可以为正或负单模式的离子迁移管。

在本公开的一个实施例中，基于脉冲采样的离子迁移谱仪装置包括第一二位三通阀105a，流体连通在所述循环气路中的采样装置106与离子迁移谱仪101之间。此处，可以理解为，沿气体流动方向，第一二位三通阀105a在采样装置106下游，同时在所述离子迁移谱仪101的上游。

第一二位三通阀105a被配置成：在所述采样和进样状态下，允许采样装置106和离子迁移谱仪101流体连通，即气体从第一二位三通阀105a的第一入口105a1进入第一二位三通阀105a，从第一二位三通阀105a的出口105a3离开第一二位三通阀105a，被送入离子迁移谱仪101；并且，在所述第一气体内循环状态下，采样装置106与离子迁移谱仪101之间的流体连通被断开，而允许离子迁移谱仪101排出的气体在经过过滤/净化后通过所述第一二位三通阀105a被送回至离子迁移谱仪101，即气体从第一二位三通阀105a的第二入口105a2进入第一二位三通阀105a，从第一二位三通阀105a的出口105a3离开第一二位三通阀105a，被送入离子迁移谱仪101。设置第一二位三通阀105a大大方便了离子迁移谱仪装置的操作状态的切换，通过一个二位三通阀就可以实现快速的采样、进样和气体循环。通过控制二位三通电磁阀105a，用于采样的气路的快速接通和断开的时间可以缩短，实现级脉冲采样。例如，脉冲进样时间可低至毫秒级，单次脉冲最小采样量可低至微升级(如采样气流1l/min)。通过这种毫秒或数百毫秒的脉冲采样直接进样方式不仅能提高痕量嗅探的灵敏度且能最大限度降低苛刻的外界检测环境对离子迁移检测准确度的影响。

在一个实施例中，离子迁移谱仪101包括离子迁移谱仪第一入口1011，配置成与所述第一二位三通阀105a连通，气体离开第一二位三通阀的出口105a3后从离子迁移谱仪第一入口1011进入所述离子迁移谱仪101。在第一气体内循环状态，离子迁移谱仪101的气体被排出后，经过过滤或清洁，从所述第一二位三通阀105a的第二入口105a2进入第一二位三通阀105a，随后离开第一二位三通阀105a的出口105a3，通过离子迁移谱仪第一入口1011进入所述离子迁移谱仪101。需要注意的是，本实施例的离子迁移谱仪装置还包括其他部件和连接用的管路。

在一个实施例中，所述循环气路配置成使得允许所述离子迁移谱仪装置能够在采样和进样状态、第一气体内循环状态和清洁采样装置状态之间切换。在所述清洁采样装置状态下，从离子迁移谱仪101排出的气体在经过过滤/净化后被送至所述采集装置，并经过采集装置后沿所述采样装置106的反向被排出采样装置106。这里说明的是，采样装置106采样时，样品可以例如沿图中的采样装置106的左侧向右侧流动，而所说的采样装置106的反向指的是从图中采样装置106的右侧向左侧流动。也就是说，从离子迁移谱仪101排出的气体在经过过滤/净化后被送至所述采集装置，随后从采样装置106的右侧流向左侧，从采样装置106的进样的入口(例如采样装置106的采样头的入口)被排出。通过这样的过程，气体在采样装置106中流过，并从采样装置106的采样端直接排出，清洁了采样装置106及采样管道，再次采样时不存在前次采样的样品残留对当前采样检测的影响。

在一个实施例中，离子迁移谱仪装置包括泵103，配置成在所述循环气路中驱动气体离开所述离子迁移谱仪101，在所述循环气路中流动。设置泵103是有利的，由于泵103驱使气体在所述循环气路中流动，因而在所述采样装置106的采样头1060处可以形成负压，样品被负压吸入采样装置106。在离子迁移谱仪装置工作期间，泵103可以保持运行，这样气体保持循环，通过调节第一二位三通阀105a即执行开始采样或者停止采样的操作。

在一个实施例中，离子迁移谱仪装置还包括第二二位三通阀(105b)，流体连通在所述循环气路中的所述离子迁移谱仪101与所述采样装置106之间并且与所述采样装置106直接连通。

所述第二二位三通阀105b还被配置成：在采样和进样状态下，从离子迁移谱仪101排出的气体在经过过滤/净化后经过所述第二二位三通阀105b被直接送至所述采集装置，气体与样品混合后形成包含样品的混合气体被送入所述离子迁移谱仪101进行分析；并且从所述离子迁移谱仪101排出的气体在经过过滤/净化后一部分被重新通过第二二位三通阀105b被送回所述采样装置106作为载气。在本实施例中，来自所述第二二位三通阀105b的气体被送至采样装置106的气体入口1062，采样装置的气体入口1062可以设置在采样装置的任何部位，图1中示出气体入口1062设置在采样装置106的下侧后部，然而，这并不是限定气体入口1062只能设置在采样装置106的该部位。

所述第二二位三通阀105b配置成：在所述清洁采样装置状态下，从离子迁移谱仪101排出的气体在经过过滤/净化后经过所述第二二位三通阀105b被直接送至所述采集装置而非离子迁移谱仪101，并通过采集装置以便清洁所述采集装置，即气体从第二二位三通阀的入口105b2进入第二二位三通阀，从第二二位三通阀第一出口105b1离开第二二位三通阀105b。所述第二二位三通阀105b与所述采样装置106(的气体入口1062)直接连通是有利的，可以降低温度变化、环境压力变化以及微量进样对离子迁移谱仪101的影响。

所述第二二位三通阀105b还被配置成：在所述第一气体内循环状态下，离子迁移谱仪101与采样装置106之间的流体连通被断开，并且离子迁移谱仪101排出的气体在经过过滤/净化后部分气体通过所述第二二位三通阀105b被送回至离子迁移谱仪101，即气体从第二二位三通阀105b的入口105b2进入第二二位三通阀，从第二二位三通阀105b第二出口105b3离开第二二位三通阀105b，气体不被送到所述采集装置106，例如采样装置106的气体入口1062，而是被送入所述离子迁移谱仪101。

在一个实施例中，可以看作，所述循环气路包括第一内循环子气路，所述离子迁移谱仪101排出的气体经由第一内循环子气路被送回至所述离子迁移谱仪101；第一内循环子气路为：气体从离子迁移谱仪10排出后从第二二位三通阀105b的入口105b1进入，从第二二位三通阀105b的第二出口105b3排出，被送至第一二位三通阀105a(即，第一二维三通阀的第二入口105a2)，随后被送回至离子迁移谱仪。

在一个实施例中，所述循环气路包括过滤器104，配置成在所述循环气路中使得从所述离子迁移谱仪101排出的气体至少通过所述过滤器104，以便过滤/净化气体。在一个实施例中，所述循环气路包括具有一定气体容积第一缓冲罐102a，配置成与所述离子迁移谱仪101流体连通以便接收从所述离子迁移谱仪101排出的气体，并且允许从第一缓冲罐102a排出的气体的至少一部分被送入所述离子迁移谱仪101。

例如，在一个实施例中，从第一缓冲罐102a排出的气体可以首先经过过滤器104，被过滤器104过滤/净化后的气体被送入后面的组件，例如被送入离子迁移谱仪101；也可以是再经过其他部件后，被送入离子迁移谱仪101，从而实现气体的循环流动和使用。过滤器104可以是现有技术中任何一种合适的过滤器104，这里不做限定。将过滤器104设置在第一缓冲罐102a的气体流动的下游是有利的，过滤器104的运行振动将不会影响离子迁移谱仪101的检测。

在一个实施例中，设置泵103，例如，泵103与第一缓冲罐102a流体连通，泵103的运行可以驱动气体从第一缓冲罐102a排出，而泵103排出的气体可以通入过滤器104。这样泵103的运行振动不会影响离子迁移谱仪101的检测精确度。

在一个实施例中，所述循环气路包括具有一定气体容积第二缓冲罐102b，配置成接收来自第一缓冲罐102a的气体，并允许从第二缓冲罐102b排出的气体被送入所述离子迁移谱仪101。在一个实施例中，泵103可以设置在第一缓冲罐102a和第二缓冲罐102b之间。这是有利的，泵103由于运行产生的振动将被第一缓冲罐102a和第二缓冲罐102b吸收，泵103产生的振动不会影响离子迁移谱仪101的测量，也不会传递给采样装置106影响采样操作。泵103可选用隔膜泵103但不限于隔膜泵103。结合泵103和第一二位三通阀以及第二二位三通阀，可以在第二缓冲罐102b和第二三通电磁阀105b之间形成正压，可以实现对采样头中残留的样品进行清洁，在这种清洁模式下外界环境不会对系统内部的气体形成干扰。

在一个实施例中，过滤器104可以设置在第一缓冲罐102a和第二缓冲罐102b之间。这是有利的，过滤器104由于运行产生的振动将被第一缓冲罐102a和第二缓冲罐102b吸收，过滤器104产生的振动不会影响离子迁移谱仪101的测量。

所述第一缓冲罐102a和/或第二缓冲罐102b可以包括缓冲膜，例如，在所述第一缓冲罐102a和/或第二缓冲罐102b的至少一个侧面的至少部分设置能够伸缩的缓冲膜做密封以增强缓冲效果，例如柔性缓冲膜，例如乳胶缓冲膜。

在一个实施例中，所述第二缓冲罐102b能够接收来自第一缓冲罐102a的气体，并且第二缓冲罐102b排出的气体的一部分被送入所述离子迁移谱仪101，另一部分被送入第二二位三通阀的入口。通过这样的配置，离子迁移谱仪101排出的气体在经过过滤器104的过滤之后被直接送回离子迁移谱仪101，而不用经过第二二位三通阀105b和第一二位三通阀105a，从而在实现气体的局部循环；所述第二缓冲罐102b排出的气体的另一部分首先被先送入所述采样装置106，随后从采样装置106被送入所述离子迁移谱仪101，即进入第二二位三通阀的气体从第二二位三通阀105b的第一出口105b1排出被先送入所述采样装置106，或进入第二二位三通阀105b的气体从第二二位三通阀105b的第二出口105b3排出被送入所述离子迁移谱仪101。可以分配被送入所述离子迁移谱仪101和被送入第二二位三通阀105b的气体的百分比，实现采样的调节。

在本公开的其他实施例中，可以不包括第二缓冲罐102b，即，气体从所述离子迁移谱仪排出后，被送入第一缓冲罐102a，随后在泵103的作用下被抽出，泵103将气体送入过滤器104，离开过滤器104的气体一部分被送回离子迁移谱仪，另一部分被送至第二二位三通阀105b。

在一个实施例中，所述离子迁移谱仪101还包括第一出口1014和/第二出口1015，配置用于排出离子迁移谱仪101内的气体；和，第一循环入口1012和/或第二循环入口1013，配置用于将气体循环导入所述离子迁移谱仪101；并且

所述循环气路包括第二内循环子气路，配置成由所述离子迁移谱仪101的第一出口1014和/第二出口1015排出的气体至少经过所述过滤器104，随后气体的一部分通过所述离子迁移谱仪101的第一循环入口1012和/或第二循环入口1013被送入所述离子迁移谱仪101。在本实施例中，通过第一循环入口1012和/或第二循环入口1013送入离子迁移谱仪的气体仅用于气体的循环，气体未送入离子迁移谱仪的反应区或电离区。

本公开提供的一种基于脉冲采样的离子迁移谱仪方案。通过切换电磁阀来实现脉冲采样，其最小取样量可达数十微升，以至于采用这种脉冲采样直接进样工作方式的离子迁移谱仪也能在苛刻实验环境下持久的保持高的洁净度免受外界环境干扰且长期稳定的工作，较之于传统的膜进样等测量设备，灵敏度大幅度提升。并且，通过形成的正压对管道、阀和采样装置进行反吹清洁，无需从环境中吸取过滤的清洁空气，确保系统内部气体不受外界环境的干扰，一方面也可以免去额外的过滤配件，从而使离子迁移谱仪可以在较为苛刻的外界环境下使用，可以大大提高离子迁移的工作效率。

虽然本总体专利构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体专利构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。