专利名称：探测器和离子源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种离子源组件，该组件包括物流路径，该物流路径具有沿着其长度的混合区域。
背景技术：
用于探测爆炸物、危险化学物质和其它蒸汽的探测器通常包括电离源，该电离源用于在探测之前对分析物的分子进行电离。在离子迁移率光谱仪
(IMS)中，被电离的分子通过静电门进入漂移区，在漂移区中受电场影响，该电场被设置来沿着漂移区的长度将离子拉向在门的相反一端的集电极板。离子沿着漂移区移动所花费的时间根据离子的迁移率变化，所述迁移率是分析物的自然特性。在场非对称离子迁移率光谱仪(FAIMS)或微分迁移率光谱仪(DMS)中，离子受横穿离子移动路径的非对称交变场影响，所述非对称交变场被调整以滤除被选择的离子物质并允许其它离子通过以用于探测。各种技术通常被用于对分析物的分子进行电离。这可能包括放射源、UV或其它辐射源、或者电晕放电。US6225623描述了具有电离源的IMS，所述
电离源具有两个在不同极性工作的电晕点源。所述点源沿着分析物分子的物流路径一个接一个地排列。
发明内容
本发明的目标是提供可替换的探测器和离子源组件。
根据本发明的一个方面，提供一种上面指出的离子源组件，其特征在于，所述源包括正离子和负离子的第一源和第二源，该第一源和第二源分别通向混合区域以产生包含正离子和负离子的等离子体，从而使得分析物可以暴露于等离子体。
第一源和第二源优选地被设置以使得在等离子体上的全部电荷基本上是中性的。离子源可以包括电晕点电离源。分析物优选地在离子源下游的位置处被引入到物流路径。该组件优选地包括在离子源的上游位置处通向物流路径的清洁干空气源。第一源和第二源优选地在沿着物流路径的长度的相同距离处通向物流路径。第一源和第二源可以包括用于驱使离子从源进入物流路径的装置。用于驱使离子的装置可以包括建立电场的装置或湖可以包括气体的供应器，该气体的供应器可以包括用于增强离子形成或调整所形成的离子物质的化学物质。混合区域优选地通向反应区域，所述反应区域被设置以降低反应区域内的流的速度。反应区域的横截面面积可以被扩大以降低穿过它的流的速度。
根据本发明的另一方面，提供了一种探测器设备，包括根据上述本发明的一个方面的组件和被设置以从所述组件接收分析物离子的探测器。
探测器优选地为诸如离子迁移率光谱仪的光谱仪，例如FAIMS光谱仪。
探测器的输出可以被用于控制来自所述组件的离子流。
具体实施例方式
现在将要通过示例的方式并参考附图
来描述根据本发明的FAIMS探测器设备，所述附图示意性地示出了所述设备。
所述设备包括探测器或分析器单元1，该探测器或分析器单元1具有连接到离子源进口组件4的出口端3的进口端2，所述离子源进口组件4将被
电离的分析物分子提供到探测器单元。
进口组件4包括在其上端连接到清洁干空气源41的进口 40，所述清洁干空气例如由泵和分子筛提供。进口 40成直线通向混合区域42。进口组件4还包括在沿着经由进口 40进入的气体的物流路径的相同位置处通向混合区域42的相反侧的两个离子源43和44。
左边的正离子源43包括室45，所述室45包含双点电晕46，所述双点电晕连接到电压源47，该电压源47被操作用于向点提供约3 kV的正电压脉冲以有效使电晕放电。可以用其它离子源，例如，单点直流电晕。室45相对较小，被选择使得向混合区域42的离子传送就绪。电晕点46位于分别在通常大约+4 kV和+50 V的两个栅极48和49之间。较低的电压栅极49位于室45的通向混合区域42的开口处。以这种方式，电场沿着室45的长度被建立以用于有效地将由电晕点46生成的正离子推进到右边并通过低电压栅极49进入混合区域42。可替代地或除了使用电场将离子推进到混合区域42，还可以使用气体流。所述气体可以包括增强离子形成或调整所形成的离子物质的化学物质。这可以用于帮助所需要的离子物质传送到中央混合区域。气体流可以被设置来帮助或抗衡(counter)由电场生成的离子流。
类似地，右边的负离子源44包括室51，所述室51包含双点电晕52，所述双点电晕52由相同的3kV幅度的负电压脉冲供电。负电晕点52位于分别保持在-4kV和-50V的两个栅极53和54之间。这建立了沿着室51的场，用于有效地将由点52产生的负离子推进到左边，通过低电压栅极54并进入混合区域42。不同的化学物质可以被引入到两个离子源43和44。
负离子和正离子在沿着通过进口组件4的物流路径的同一点处进入混合区域42，从而建立了包含正离子和负离子的混合物的等离子体。可替换地，离子可以在不同的点进入混合区域。在等离子体上的全部电荷是中性的，从而最小化设备内的空间电荷互斥作用。然而，将理解到，如果需要的话，可以控制正离子和负离子的相对数量，从而使等离子体上的全部电荷不是中性。这可以通过改变离子源43和44中的一者或两者内的场来实现。
混合区域42直接通向分析物样本区域60，在分析物样本区域60中，样本分析物随着气体流中的等离子体向下游运送。区域60被显示为具有进口61，通过该进口61，气体或蒸汽形式的分析物诸如经由膜、针孔、毛细管等 等进入到区域中。可替换地，分析物样本可以是固态或液态的形式，并且可 以经由开口 (未示出)被置于分析物区域。分析物区域60与离子反应室63 相连通，所述离子反应室63具有比分析物区域更大的横截面，以使得气体 流被减速，中性的分析物分子具有更多的暴露于等离子体的停留时间。然而， 提供更大横截面的区域不是主要的。在中性的分析物气体或蒸汽分子与等离 子体之间的反应导致了在反应室63中产生放电分析物物质。这些之后通过 气体流的方式或通过静电装置被传送到分析器单元1。
分析物区域60和/或可替换地，离子反应室63可以被配置以确保离开 这些区域的等离子体具有中性的电荷平衡。这通过允许空间电荷互斥施加一 段时间来强迫每一极性的多余离子中和导体表面来实现。
分析器单元1可以是任意常规种类，例如包括离子迁移率光谱仪、或在 US5227628中描述的那种光谱仪的漂移区域。如果该单元用正离子和负离子 来操作，则需要两个漂移管或区域。可替换地，如所示出的，分析器单元具 有FAIMS (场非对称离子迁移率光谱仪)或DMS (微分迁移率光谱仪)滤 波器65。该滤波器65具有通常与离子流方向大体上平行设置的两个间距很 小的板66，该板66连接到滤波器驱动单元67，该滤波器驱动单元67在置 于直流电压上的两个板之间应用非对称交变场。通过控制所述板66之间的 场，可以选择哪些离子通过滤波器65，哪些没有。在分析器单元1的远端的 两个探测器板68和69收集穿过滤波器65的离子并提供信号给处理器70。 该处理器70提供指示分析物的性质的输出给显示器或其它应用装置71 。
处理器70的响应可以被用于改变来自离子源的离子流，从而达到所需 要的探测特性。
可以理解，根据本发明的设备可以具有代替电晕点的可替换的离子源。
权利要求
1、一种离子源组件(4)，该组件包括物流路径，该物流路径具有沿着其长度的混合区域(42)，其特征在于，所述源包括正离子和负离子的第一源和第二源(43，44)，所述第一源和第二源分别通向所述混合区域(42)以产生包含正离子和负离子的等离子体，从而使得分析物暴露于所述等离子体。
2、 根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一源和所述第二 源(43， 44)被设置以使得在所述等离子体上的全部电荷实质上是中性的。
3、 根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述离子源(43， 44)包括电晕点电离源(46， 52)。
4、 根据前述权利要求中的任一权利要求所述的组件，其特征在于，所 述分析物在离子源(43， 44)下游的位置被引入到所述物流路径。
5、 根据前述权利要求中的任一权利要求所述的组件，其特征在于，该 组件包括在离子源(43， 44)的上游位置通向所述物流路径的清洁干空气源(41)。
6、 根据前述权利要求中的任一权利要求所述的组件，其特征在于，所 述第一源和所述第二源(43， 44)在沿着所述物流路径的长度的相同距离处 通向所述物流路径。
7、 根据前述权利要求中的任一权利要求所述的组件，其特征在于，所 述第一源和所述第二源(43， 44)包括用于驱使离子从所述源进入所述物流 路径的装置(48， 49， 53， 54)。
8、 根据权利要求7所述的组件，其特征在于，用于驱使离子的装置包括用于建立电场的装置(48， 49， 53， 54)。
9、 根据权利要求7或8所述的组件，其特征在于，用于驱使离子的装置包括气体供应器。
10、 根据权利要求9所述的组件，其特征在于，所述气体供应器包括用 于增强离子形成或调整所形成的离子物质的化学物质。
11、 根据前述权利要求中的任一权利要求所述的组件，其特征在于，所 述混合区域(42)通向反应区域(63)，所述反应区域(63)被设置成降低 所述反应区域内的物流的速度。
12、 根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述反应区域(63) 的横截面面积被扩大以降低穿过所述反应区域的物流的速度。
13、 一种探测器设备，该探测器设备包括根据前述权利要求中的任一权 利要求所述的组件以及被设置成从所述组件(4)接收分析物离子的探测器(1)。
14、 根据权利要求13所述的探测器设备，其特征在于，所述探测器是 光谱仪(1)。
15、 根据权利要求14所述的探测器设备，其特征在于，所述光谱仪是 离子迁移率光谱仪(1)。
16、 根据权利要求13或14所述的探测器设备，其特征在于，所述探测 器是场非对称离子迁移率光谱仪(1)。
17、 根据权利要求13至16中的任一权利要求所述的探测器设备，其1t 征在于，所述探测器(1)的输出被用于控制来自所述组件(4)的离子流。
全文摘要
一种FAIMS离子迁移率光谱仪(1)具有分析物离子源组件(4)，通过该组件(4)分析物被电离并被提供到光谱仪的进口(2)。离子源组件(4)具有清洁干空气的上游源(41)和在沿着物流路径的相同距离处被设置的相反极性的两个离子源(43，44)。离子源(43)和(44)被设置以使得所产生的等离子体的全部电荷基本上是中性的。分析物经由离子源(43和44)下游的进口(61)进入，并流入扩大的横截面的反应区域(63)以减慢流以及增大分析物分子暴露于等离子体的时间。
文档编号H01J49/10GK101663726SQ200880012057
公开日2010年3月3日 申请日期2008年4月1日 优先权日2007年4月14日
发明者A·克拉克, R·B·特纳, S·J·泰勒, W·A·芒罗 申请人:史密斯探测-沃特福特有限公司