专利名称：非对称场离子迁移谱仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及离子迁移技术领域，具体地涉及ー种非对称场离子迁移谱仪。
背景技术：
非対称场离子迁移是ー种新型的离子迁移技术，它利用带电分子团在强电场下迁移率随电场强度变化而改变的特性对分子进行识别。通常，非対称离子迁移谱仪由两片平行的电极、收集电极组成，电极长通常小于10mm，宽小于5mm，其间距为O. 5mm。电极由镀在两片玻璃板上的金属铜形成。分子电离后在均匀气流的作用下进入电极，只有满足一定条件的带电分子能够通过电极间隙到达收集极。一片电极接地，另一片上施加幅度高达1000V左右、脉宽几十纳秒的脉冲，同时施加ー补偿直流电压，只有满足条件KlXtl = K2Xt2的离子能通过，其中Kl是离子在强电场下的迁移率，tl是高压脉冲宽度，K2是弱电场下的固有迁移率，t2是弱电场脉宽。通过扫描直流补偿电压释放不同的离子，达到鉴别物质的目 的。然而，上述的平行电极板的非对称场离子迁移谱仪不能精确地分离出不同离子的峰位。有鉴于此，确实需要ー种具有新的电极结构的离子迁移谱仪。
实用新型内容本实用新型的目的g在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少ー个方面。相应地，本实用新型的目的之ー是提供一种能够精确分辨出不同离子的峰位的非对称场离子迁移谱仪。本实用新型的目的之ー是提供一种能够在同一个补偿电压下分辨出不同离子的非対称场离子迁移谱仪。本实用新型的目的之ー是提供ー种能够减少直流电压扫描的时间的非対称场离子迁移谱仪。根据本实用新型的ー个方面，提供ー种非对称场离子迁移谱仪，包括电离源，用于产生离子；电极板；多个电极丝，所述多个电极丝与所述电极板相对且间隔开一分析间隙，在所述电极板和所述多个电极丝之间提供高压电场，从而形成了一离子迁移区，所述电极丝用于收集未通过所述离子迁移区的离子；收集电极，设置在所述离子迁移区的后端，用于收集通过所述离子迁移区的离子。具体地，所述多个电极丝可以包括至少ー对彼此相邻的參考丝和信号丝，所述至少ー对參考丝和信号丝中的參考丝和信号丝彼此间隔ー预定距离设置，所述每对參考丝和信号丝之间具有ー电位差。进ー步地，所述各自ー对參考丝和信号丝中的參考丝和信号丝可以分别经由电容连接到电感耦合器的同一侧的两端，使得从电感耦合器的另ー侧提取有关每个信号丝收集的离子的信号。具体地，所述每对參考丝和信号丝之间的电位差可以小于或等于5V。具体地,所述參考丝电位为0V,所述信号丝电位可以为+5V或-5V。进ー步地，所述非对称场离子迁移谱仪还可以包括设置在所述离子迁移区的前端的ー对相对的导入电极，所述离子源被设置成位于所述一对导入电极中的一个导入电极的中间部分。进ー步地，所述分析间隙可以为O. 5mm，所述电极丝的直径为O. 1-0. 3mm，所述各电极丝的间距为O. 1-0. 5mm。进ー步地，所述电极板可以为镀覆在玻璃材料或绝缘体上的铜镀层，所述电极丝为铜丝或镀覆在绝缘体上的铜丝。进ー步地，所述电离源可以为放射性源、电晕源或激光。进ー步地,所述电离源可以为电晕针。进ー步地，所述非对称场离子迁移谱仪还可以包括ー控制器，用于施加非対称高电压射频波形和直流补偿电压到电极板和所述多个电极丝上。本实用新型的上述不特定的实施方式至少具有下述ー个或者多个方面的优点和效果提高离子峰位分辨的精确性，减少直流电压的扫描时间和补偿电压的种类，从而提高离子检测效率。
本实用新型的这些和/或其他方面和优点从
以下结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I是根据本实用新型的实施例的非対称场离子迁移谱仪的电极结构的结构示意图；图2是在与电离源一起使用时图I中的电极结构的示意图；图3是三种不同的离子A、B、C经过图I的电极结构的分布的模拟结果的视图；图4是三种不同的离子A、B、C离子同时出射时在电极丝上获得的离子分布视图；图5a、5b和5c分别是分子量为127、227、327的离子A、B、C落在图I中的电极结构上的分布结果视图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图l_5c，对本实用新型的技术方案作进ー步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述參照附图对本实用新型实施方式的说明g在对本实用新型的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本实用新型的ー种限制。參见图I和2，本实用新型提供了ー种具有新型的电极结构的非対称场离子迁移谱仪100，包括电离源10，用于产生离子；电极板20 ;多个电极丝40，所述多个电极丝与所述电极板20相对且间隔开一分析间隙d，在所述电极板和所述多个电极丝之间提供高压电场，从而形成了一离子迁移区R，该电极丝40用于收集未通过离子迁移区的离子；收集电极60，设置在所述离子迁移区R的后端，用于收集通过所述离子迁移区R的离子。[0032]在一实施例中，多个电极丝40可以包括至少ー对彼此相邻的參考丝40a和信号丝40b。所述至少ー对參考丝和信号丝中的參考丝40a和信号丝40b彼此间隔ー预定距离(如图所示)设置。每对參考丝40a和信号丝40b之间具有一定的电位差。优选地，各參考丝40a和信号丝40b间隔地设置在同一平面中。本领域技术人员可知，可以采用绷紧或蚀刻丝线等的类似方式制造出上述的电极丝结构。所述各自ー对參考丝和信号丝中的參考丝40a和信号丝40b分别经由电容连接到电感耦合器50的同一侧的两端，使得从电感耦合器50的另ー侧提取有关每个信号丝40b收集的离子的信号。进ー步地，所述每对參考丝40a和信号丝40b之间的电位差可以小于或等于5V。 在一实施例中，每对參考丝40a和信号丝40b之间的电位差可以为5V。具体地，參考丝40a的电位可以为0V,信号丝的电位可以为+5V或-5V,上述的一对參考丝40a和信号丝40b能够通过差分耦合的方式将有关信号丝40b (作为收集丝)上收集的离子的信号引出。通过这样的对比收集的方式，将电荷都集中每根信号丝40b上，增强了收集的效率。如上文所述的，电极板上会施加高达上千伏的RF电场，从而产生了很强的噪声干扰。由此，能够测量到的电荷量必须强于噪声干扰(即满足一定的信噪比要求)才能被识别。这就造成了现有技术中的收集极必须足够大(例如做成块状)且电荷量必须足够大，从而产生信号。然而，这样的结构的分辨能力很差，通常看不出清晰的峰形。电极丝结构通过对比的方法直接消除了 RF电场产生的高噪声干扰。因此，本实用新型可以在信号丝很小且电荷量很小的情况下，产生信号，增强了分辨能力。通过图3-5c的结果视图，可知，能够测量出峰形分布，增强了分辨能力。应当理解，參考丝40a和信号丝40b之间的电位差不限于上述数值，本领域技术人员可以根据实际需要来选择參考丝40a和信号丝40b之间的电位差。具体地，參见图2，本实用新型所述的非对称场离子迁移谱仪100还包括设置在所述离子迁移区R的前端的ー对相对的导入电极70a和70b。具体地，所述ー对导入电极为上导入电极70a和下导入电极70b。所述离子源10被设置成位于所述上导入电极70a的中间部分。在一实施例中，从上导入电极70a的上方将离子源10插入到其的圆孔中。在本实用新型的实施例中，所述分析间隙可以为O. 5mm，所述电极丝的直径可以为O. 1-0. 3mm，所述各电极丝的间距可以为O. 1-0. 5mm。在一种实施例中，电极板的长度为15mm,宽度为2mm,高度为O. 5mm ;电极丝的直径为O. Imm,各电极丝的间距为O. 1mm。迁移区的长度为I. 3mm-ll. 2mm。上导入电极70a与电极板20的间距为O. 1mm。所述电极板20可以为镀覆在玻璃材料或绝缘体上的铜镀层，所述电极丝40可以为铜丝或镀覆在绝缘体上的铜丝。所述电离源10可以为放射性源、电晕源或激光。在ー实施例中，所述电离源为电晕针。应当注意，当电离源10采用脉冲电晕源或激光时，要求产生脉宽很小的离子团；当电离源10为放射性源时，要求通过额外的电极控制实现脉冲离子团，同时要求产生的离子团沿电极板的纵向很窄。在一实施例中，根据本实用新型的非对称场离子迁移谱仪还可以包括一控制器(未示出)，用于施加非対称高电压射频波形和直流补偿电压到电极板20和所述多个电极丝40上。參考图3_5c，本实用新型的非对称场离子迁移谱仪的工作原理如下[0041]根据上述可知，在參考丝40a的电位为OV时，当信号丝40b的电位为正时，可以对负离子进行分辨识别(负离子工作模式)；当信号丝40b的电位为负时，可以对正离子进行分辨识别(正尚子工作模式)。在进行分辨测试时，将离子源设置在电离源10的下方，如图3所示，产生的离子团沿纵向分布，离子团的中心位于上下导入电极70a和70b的中心处，且呈现半高宽为O. 4mm的高斯分布。在如图3所示的实施例中，离子团包括分子量为127、227、327的三种负电荷离子，每种离子的数量为500个。受到电场的作用，离子团经过上导入电极70a与电极板20的间隙时被聚焦，之后进入到分析间隙d或宽度为O. 5mm的离子迁移区中，质量最轻的离子落在离子迁移区的前端(图2中的左侧，例如入口)处的信号丝40b上；质量较重的离子落在了离子迁移区的中间部分上；质量最重的离子通过离子迁移区到达收集电极。參见图3，离子A为分子量127的负离子，离子B为分子量227的负离子，离子C为分子量327的负离子。三种离子同时出射时，各自落在不同的信号丝40b上，形成了一定的分布。从图4中能清晰的分辨出不同的峰位，从而能够区分三种不同分子量的离子。 參见图5a_c,分别标识出ニ种尚子在信号丝40B上的峰位。具体地參见图5a,分子量127的离子峰位(沿电极丝在纵向上的位移)为2. 2mm, FffHM(半高宽)为1mm，落在离子迁移区的前端的信号丝上。參见图5b，分子量227的离子峰位为5mm，FffHM为4. 5mm,落在离子迁移区的中段的信号丝上。參见图5c，分子量327的离子通过了离子迁移区，被离子迁移区后端的收集电极收集。注意到，图4和图5是在相同的条件下进行的离子A、B、C在图I的信号丝上的分布结果视图。图4和图5的不同之处在于信号丝对离子A、B、C的离子计数不同(即图4和5中的纵坐标不同)，其它的条件均相同。或者说，从图4和5可知，虽然它们对离子A、B、C的离子计数不同，但是都可以清楚地分辨出离子A、B、C的离子峰位，获得的分辨结果是相同的(即离子A、B、C的离子峰位是相同的)。应当理解，图4和5是示意性的视图，其的目的主要是说明通过使用本发明的如图I所示的非対称场离子迁移谱仪能够对离子A、B、C的离子峰位能够进行很好地分辨。通过这种方法，在ー个补偿电压下能够区分出多种不同的分子，从而有效地提高非对称场离子迁移谱仪对物质的分辨能力，也能減少电压扫描的范围并缩短时间。根据本实用新型的非対称场离子迁移谱仪不仅能够收集通过离子迁移区的离子，还能够对未通过离子迁移区的离子进行收集和分析。虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域技术人员将理解，在不背离总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本实用新型的范围以权利要求和它们的等同物限定。
权利要求1.ー种非对称场离子迁移谱仪，其特征在于，所述非对称场离子迁移谱仪包括 电离源，用于产生离子； 电极板； 多个电极丝，所述多个电极丝与所述电极板相对且间隔开一分析间隙，在所述电极板和所述多个电极丝之间提供高压电场，从而形成了一离子迁移区，所述电极丝用于收集未通过所述离子迁移区的离子； 收集电极，设置在所述离子迁移区的后端，用于收集通过所述离子迁移区的离子。
2.根据权利要求I所述的非对称场离子迁移谱仪，其特征在于 所述多个电极丝包括至少ー对彼此相邻的參考丝和信号丝，所述至少一对參考丝和信号丝中的參考丝和信号丝彼此间隔ー预定距离设置，所述每对參考丝和信号丝之间具有一电位差。
3.根据权利要求2所述的非对称场离子迁移谱仪，其特征在于 所述各自ー对參考丝和信号丝中的參考丝和信号丝分别经由电容连接到电感耦合器的同一侧的两端，使得从电感耦合器的另ー侧提取有关每个信号丝收集的离子的信号。
4.根据权利要求2所述的非对称场离子迁移谱仪，其特征在于 所述每对參考丝和信号丝之间的电位差小于或等于5V。
5.根据权利要求2所述的非对称场离子迁移谱仪，其特征在于 所述參考丝电位为OV,所述信号丝电位为+5V或-5V。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的非对称场离子迁移谱仪，其特征在于 还包括设置在所述离子迁移区的前端的ー对相对的导入电极，所述离子源被设置成位于所述ー对导入电极中的一个导入电极的中间部分。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的非对称场离子迁移谱仪，其特征在于 所述分析间隙为O. 5mm，所述电极丝的直径为O. 1-0. 3mm，所述各电极丝的间距为O.1-0. 5mm。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的非对称场离子迁移谱仪，其特征在于 所述电极板为镀覆在玻璃材料或绝缘体上的铜镀层，所述电极丝为铜丝或镀覆在绝缘体上的铜丝。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的非对称场离子迁移谱仪，其特征在于 所述电离源为放射性源、电晕源或激光。
10.根据权利要求9所述的非对称场离子迁移谱仪，其特征在于 所述电离源为电晕针。
11.根据权利要求1-5中任一项所述的非对称场离子迁移谱仪，其特征在于 还包括ー控制器，用于施加非対称高电压射频波形和直流补偿电压到电极板和所述多个电极丝上。
专利摘要本实用新型公开了一种非对称场离子迁移谱仪，包括电离源，用于产生离子；电极板；多个电极丝，所述多个电极丝与所述电极板相对且间隔开一分析间隙，在所述电极板和所述多个电极丝之间提供高压电场，从而形成了一离子迁移区，所述电极丝用于收集未通过所述离子迁移区的离子；收集电极，设置在所述离子迁移区的后端，用于收集通过所述离子迁移区的离子。该非对称场离子迁移谱仪能够提高离子峰位分辨的精确性，减少直流电压的扫描时间和补偿电压的种类，从而提高离子检测效率。
文档编号H01J49/02GK202394834SQ20112055817
公开日2012年8月22日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者刘以农, 张清军, 曹士娉, 李元景, 董淑强, 赵自然, 陈志强 申请人:同方威视技术股份有限公司