一种表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置制造方法
一种表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，属于痕量物质检测领域，包括样品引入装置、电离源和待测离子的分离检测装置，样品引入装置位于分离检测装置的离子化区正下方，并通过橡胶管相连，所述电离源为表面解吸常压化学电离装置，该电离装置与分离检测装置的离子化区端面紧密配合，且电离装置的电离针放电端位于该分离检测装置的离子化区中样品引入装置的进样口正上方。本实用新型在传统离子迁移谱仪的基础上，通过提供一种灵敏度高、选择性好、适用范围宽、操作简单、无损无污染的表面解吸常压化学电离源提出一种新型的离子迁移谱装置，实现对痕量有机化合物的快速检测。
【专利说明】—种表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型电离源的离子迁移谱装置，具体是一种应用在离子迁移谱仪上的一种表面解吸常压化学电离源，并且与离子迁移谱仪的分离检测装置能够很好耦合的痕量化合物快速检测装置。
【背景技术】
[0002]近些年，恐怖袭击活动屡屡发生，毒品交易走私活动日益猖獗，环境恶化日趋严重，许多国家和部门都在加速研究一种快速、便携、灵敏、安全的检测仪器以便对这些过程进行控制。一般来说，这种探测可以分为两种基本类型:一类是对大宗爆炸物或毒品等的检测，这可以通过X射线、Y射线探测技术或中子成像技术来实现，已经在许多场合中获得了应用；另一类是对被测物对象的气态分子或颗粒物作痕量检测，是基于分子水平上的高灵敏度检测。对于后一类检测技术，目前还处于不断探索和改进阶段，从技术上说可以采用化学发光法、质谱分析法和电化学法等，然而这些检测技术或需要较长时间的样品预处理过程，或因为仪器体积大，价格昂贵等原因而无法满足实时、现场、快速检测。
[0003]离子迁移谱技术(1n Mobility Spectrometry, IMS)是在20世纪70年代初发展起来的一种痕量化学物质探测技术，其主要是通过气相离子迁移率来表征各种不同的化学物质，以实现对各种化学物质的分析检测的目的。IMS以其灵敏度高、检测速度快、体积小、功耗低等众多优点，广泛应用于爆炸物、毒品、化学战剂以及环境污染物的快速检测中。用于离子迁移谱检测中的离子迁移谱仪一般由样品引入系统、电离源、离子门、离子迁移区、检测器、数据采集与控制系统等六个主要部分组成。离子迁移谱的发展历史表明，新的电离源的研制与开发具有特别重要的意义。传统的离子迁移谱仪广泛使用的电离源为放射性的63Ni源，其具有稳定性好、能耗低、无噪音干扰、简单易用等优点。但是这种电离源离子强度低、线性范围窄，尤其是具有放射性污染，从而限制了其推广应用。
实用新型内容
[0004]为了克服现有离子迁移谱仪中电离源存在的不足，本实用新型提供了一种使用表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置。其具体方案如下:
[0005]一种表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，包括样品引入装置、电离源和待测离子的分离检测装置，样品引入装置位于分离检测装置的离子化区正下方，并通过橡胶管相连，所述电离源为表面解吸常压化学电离装置，该电离装置与分离检测装置的离子化区端面紧密配合以保证密封性，且电离装置的电离针放电端位于该分离检测装置的离子化区中样品引入装置的进样口正上方。
[0006]所述的表面解吸常压化学电离装置设有同轴放置的固定架、电离管和电离针，电离针置于电离管内部，电离管固定在与之垂直的固定架上，并通过固定架与分离检测装置配合。
[0007]电离管为一细长的中空管，其前端伸入分离检测装置的离子化区，后端密封，中部设有气体接口。
[0008]所述电离针是镍镉金属的放电针，同轴置于电离管的中空管腔内，电离针前端放电端伸出电离管并伸入待测离子的分离检测装置的离子化区，电离针后端连接高压电源。
[0009]固定架密封安装在待测离子的分离检测装置的离子化区端面。
[0010]所述待测离子的分离检测装置为常规离子迁移谱仪中除样品引入系统和放射性电离源之外的部分，为常规离子迁移谱仪中离子门、离子迁移区、检测器、数据采集与控制系的统称。
[0011]所述离子迁移区是由若干个不锈钢金属环和绝缘环交替排列组成的空腔迁移管，内径Icm,长度7-8cm ;迁移管内加设有200_210V/cm的均勻电场,迁移管外面设加热层,力口热温度为140°C。
[0012]本实用新型的优点在于:1、本实用新型在传统的离子迁移谱仪中以新型的表面解吸常压化学电离装置替代了放射性电离源，提高了离子迁移谱仪的性能，消除了使用放射性电离源对操作者的潜在威胁。2、本实用新型电离装置采用表面解吸常压化学电离方式，结构简单，易于实现，并且可方便的拆卸并重新组装。3、表面解吸常压化学电离装置中使用的均是常用的实验室器材，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型结构示意图。
[0014]图中，1-样品引入装置，2-表面解吸常压化学电离装置，3-待测离子的分离检测
>J-U ρ?α装直。
【具体实施方式】
[0015]下面结合【专利附图】
【附图说明】本实用新型的【具体实施方式】，图中相同的结构和功能的器件已用相同的附图标记标出，附图只是用于帮助解释本实用新型，并不代表本实用新型范围的限制，同时附图为示意，并未按比例画出。
[0016]本实用新型提出一种表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，同样包括传统离子迁移谱仪的样品引入装置I和待测离子的分离检测装置3，在此基础上，本实用新型增加了新型的表面解吸常压化学电离装置2作为电离源(替换原放射性电离源)，参见图1所示；
[0017]本实用新型中，样品引入装置I与常规离子迁移谱仪的样品引入系统相同，采用循环吸气进样，并通过离子迁移谱仪的控制系统控制进样装置的加热、温度控制以及辅助气体流量控制，样品引入装置I上置选择性渗透膜。
[0018]电离装置2包括电离针22、电离管23和固定架24，电离装置2通过固定架24与待测离子的分离检测装置3紧密配合，电离针22处于样品引入装置I正上方；电离管23为一细长的中空管，其前端伸入分离检测装置3的离子化区，后端密封，中部设有气体接口 25用于引入辅助解吸气体；电离针22为材质镍镉金属的放电针，同轴置于电离管23的中空管腔内，电离针前端放电端伸出电离管23并伸入待测离子的分离检测装置3的离子化区位于进样装置I的进样口正上方，电离针22后端连接高压电源；固定架24密封安装在待测离子的分离检测装置3的离子化区端面。
[0019]待测离子的分离检测装置3包括常规的离子迁移谱仪中除样品引入系统和放射性电离源之外的部分，即将传统离子迁移谱仪中离子门(图1所示的离子栅门)、离子迁移区(图1所示的漂移区)、检测器、数据采集与控制系统统称待测离子的分离检测装置。在本实用新型中，离子迁移区(漂移区)是由若干个不锈钢金属环(图1所示聚焦环)和绝缘环交替排列组成的空腔迁移管，内径1cm，长度7-8cm ;迁移管内加设有200-210V/cm的均匀电场，迁移管外面设加热层，加热温度为140°C。
[0020]本实用新型中，待测离子的分离检测装置3通过橡胶管与样品引入装置I相连，样品引入装置I的进样口装设选择性渗透膜用于除去吸入气体中的大部分水分子和氨分子，抑制形成离子簇进而提高仪器的分辨率；表面解吸常压化学电离装置2的电离针22置于电离管23内部，电离管23固定在与之垂直的固定架24上，并通过固定架24与分离检测装置3紧密配合。通过以上装配得到表面解吸常压化学电离离子迁移谱装置。
[0021]利用本装置进行实验时，采取的操作步骤是:
[0022]1、组装表面解吸常压化学电离离子迁移谱装置；
[0023]2、开启离子迁移谱装置，等待电离管温度、进样口温度、解吸温度、迁移气体等到达设定值；
[0024]3、将电离针施以3KV-5KV的高压，使离子化区内的气雾电离；
[0025]4、将样品放入样品引入装置中，通过进样口向离子迁移谱装置内进样；
[0026]5、从离子迁移谱装置中获取并保存检测结果。
[0027]利用本实用新型首先将采集到的待测物质离化使之产生产物离子，产物离子在电场的作用下分离，最后由于达到检测器的时间不同从而实现对痕量有机化合物的快速检测。例如，利用本实用新型装置对痕量爆炸物TNT的检测结果显示，与传统的放射性电离源离子迁移谱装置相比，检出限提高一个数量级，达到了 Pg量级。
[0028]本实用新型提供的表面解吸常压化学电离离子迁移谱装置，为离子迁移谱仪提供了一种新型电离装置，该电离技术通过采用放电针对离子试剂(空气、水蒸气等)电晕放电产生离子流束与样品流在表面碰撞，从而将样品中的待测物进行萃取电离从而使待测物发生离子化，产生待测物的离子，由于采用放电针电晕放电具有很高的电离能力，可以将非极性分子甚至生物大分子电离；同时，本实用新型电离装置结构紧凑、操作简单、使用方便，可对各种检查样品进行电离分析。
[0029]值得说明的是，上述实施例仅用于本实用新型，其中各部件结构、连接方式都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
【权利要求】
1.一种表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，包括样品引入装置、电离源和待测离子的分离检测装置，样品引入装置位于分离检测装置的离子化区正下方，并通过橡胶管相连，其特征在于:所述电离源为表面解吸常压化学电离装置，该电离装置与分离检测装置的离子化区端面紧密配合，且电离装置的电离针放电端位于该分离检测装置的离子化区中样品引入装置的进样口正上方。
2.根据权利要求1所述的表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，其特征在于:所述的表面解吸常压化学电离装置设有同轴放置的固定架、电离管和电离针，电离针置于电离管内部，电离管固定在与之垂直的固定架上，并通过固定架与分离检测装置配合。
3.根据权利要求2所述表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，其特征在于:电离管为一细长的中空管，其前端伸入分离检测装置的离子化区，后端密封，中部设有气体接□。
4.根据权利要求3所述的表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，其特征在于:所述电离针是镍镉金属的放电针，同轴置于电离管的中空管腔内，电离针前端放电端伸出电离管并伸入待测离子的分离检测装置的离子化区，电离针后端连接高压电源。
5.根据权利要求4所述的表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，其特征在于:固定架密封安装在待测离子的分离检测装置的离子化区端面。
6.根据权利要求4所述的表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，其特征在于:所述待测离子的分离检测装置为常规离子迁移谱仪中除样品引入系统和放射性电离源之外的部分，为常规离子迁移谱仪中离子门、离子迁移区、检测器、数据采集与控制系的统称。
7.根据权利要求6所述的表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，其特征在于:所述离子迁移区是由若干个不锈钢金属环和绝缘环交替排列组成的空腔迁移管，内径1cm，长度7-8cm ;迁移管内加设有200-210V/cm的均匀电场，迁移管外面设加热层，加热温度为140。。。
【文档编号】H01J49/16GK203929711SQ201420130981
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】刘林, 朱小兵, 王姜, 陈焕文 申请人:东华理工大学
【专利摘要】本实用新型公开了一种表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，属于痕量物质检测领域，包括样品引入装置、电离源和待测离子的分离检测装置，样品引入装置位于分离检测装置的离子化区正下方，并通过橡胶管相连，所述电离源为表面解吸常压化学电离装置，该电离装置与分离检测装置的离子化区端面紧密配合，且电离装置的电离针放电端位于该分离检测装置的离子化区中样品引入装置的进样口正上方。本实用新型在传统离子迁移谱仪的基础上，通过提供一种灵敏度高、选择性好、适用范围宽、操作简单、无损无污染的表面解吸常压化学电离源提出一种新型的离子迁移谱装置，实现对痕量有机化合物的快速检测。
【专利说明】—种表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型电离源的离子迁移谱装置，具体是一种应用在离子迁移谱仪上的一种表面解吸常压化学电离源，并且与离子迁移谱仪的分离检测装置能够很好耦合的痕量化合物快速检测装置。
【背景技术】
[0002]近些年，恐怖袭击活动屡屡发生，毒品交易走私活动日益猖獗，环境恶化日趋严重，许多国家和部门都在加速研究一种快速、便携、灵敏、安全的检测仪器以便对这些过程进行控制。一般来说，这种探测可以分为两种基本类型:一类是对大宗爆炸物或毒品等的检测，这可以通过X射线、Y射线探测技术或中子成像技术来实现，已经在许多场合中获得了应用；另一类是对被测物对象的气态分子或颗粒物作痕量检测，是基于分子水平上的高灵敏度检测。对于后一类检测技术，目前还处于不断探索和改进阶段，从技术上说可以采用化学发光法、质谱分析法和电化学法等，然而这些检测技术或需要较长时间的样品预处理过程，或因为仪器体积大，价格昂贵等原因而无法满足实时、现场、快速检测。
[0003]离子迁移谱技术(1n Mobility Spectrometry, IMS)是在20世纪70年代初发展起来的一种痕量化学物质探测技术，其主要是通过气相离子迁移率来表征各种不同的化学物质，以实现对各种化学物质的分析检测的目的。IMS以其灵敏度高、检测速度快、体积小、功耗低等众多优点，广泛应用于爆炸物、毒品、化学战剂以及环境污染物的快速检测中。用于离子迁移谱检测中的离子迁移谱仪一般由样品引入系统、电离源、离子门、离子迁移区、检测器、数据采集与控制系统等六个主要部分组成。离子迁移谱的发展历史表明，新的电离源的研制与开发具有特别重要的意义。传统的离子迁移谱仪广泛使用的电离源为放射性的63Ni源，其具有稳定性好、能耗低、无噪音干扰、简单易用等优点。但是这种电离源离子强度低、线性范围窄，尤其是具有放射性污染，从而限制了其推广应用。
实用新型内容
[0004]为了克服现有离子迁移谱仪中电离源存在的不足，本实用新型提供了一种使用表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置。其具体方案如下:
[0005]一种表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，包括样品引入装置、电离源和待测离子的分离检测装置，样品引入装置位于分离检测装置的离子化区正下方，并通过橡胶管相连，所述电离源为表面解吸常压化学电离装置，该电离装置与分离检测装置的离子化区端面紧密配合以保证密封性，且电离装置的电离针放电端位于该分离检测装置的离子化区中样品引入装置的进样口正上方。
[0006]所述的表面解吸常压化学电离装置设有同轴放置的固定架、电离管和电离针，电离针置于电离管内部，电离管固定在与之垂直的固定架上，并通过固定架与分离检测装置配合。
[0007]电离管为一细长的中空管，其前端伸入分离检测装置的离子化区，后端密封，中部设有气体接口。
[0008]所述电离针是镍镉金属的放电针，同轴置于电离管的中空管腔内，电离针前端放电端伸出电离管并伸入待测离子的分离检测装置的离子化区，电离针后端连接高压电源。
[0009]固定架密封安装在待测离子的分离检测装置的离子化区端面。
[0010]所述待测离子的分离检测装置为常规离子迁移谱仪中除样品引入系统和放射性电离源之外的部分，为常规离子迁移谱仪中离子门、离子迁移区、检测器、数据采集与控制系的统称。
[0011]所述离子迁移区是由若干个不锈钢金属环和绝缘环交替排列组成的空腔迁移管，内径Icm,长度7-8cm ;迁移管内加设有200_210V/cm的均勻电场,迁移管外面设加热层,力口热温度为140°C。
[0012]本实用新型的优点在于:1、本实用新型在传统的离子迁移谱仪中以新型的表面解吸常压化学电离装置替代了放射性电离源，提高了离子迁移谱仪的性能，消除了使用放射性电离源对操作者的潜在威胁。2、本实用新型电离装置采用表面解吸常压化学电离方式，结构简单，易于实现，并且可方便的拆卸并重新组装。3、表面解吸常压化学电离装置中使用的均是常用的实验室器材，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型结构示意图。
[0014]图中，1-样品引入装置，2-表面解吸常压化学电离装置，3-待测离子的分离检测
>J-U ρ?α装直。
【具体实施方式】
[0015]下面结合【专利附图】
【附图说明】本实用新型的【具体实施方式】，图中相同的结构和功能的器件已用相同的附图标记标出，附图只是用于帮助解释本实用新型，并不代表本实用新型范围的限制，同时附图为示意，并未按比例画出。
[0016]本实用新型提出一种表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，同样包括传统离子迁移谱仪的样品引入装置I和待测离子的分离检测装置3，在此基础上，本实用新型增加了新型的表面解吸常压化学电离装置2作为电离源(替换原放射性电离源)，参见图1所示；
[0017]本实用新型中，样品引入装置I与常规离子迁移谱仪的样品引入系统相同，采用循环吸气进样，并通过离子迁移谱仪的控制系统控制进样装置的加热、温度控制以及辅助气体流量控制，样品引入装置I上置选择性渗透膜。
[0018]电离装置2包括电离针22、电离管23和固定架24，电离装置2通过固定架24与待测离子的分离检测装置3紧密配合，电离针22处于样品引入装置I正上方；电离管23为一细长的中空管，其前端伸入分离检测装置3的离子化区，后端密封，中部设有气体接口 25用于引入辅助解吸气体；电离针22为材质镍镉金属的放电针，同轴置于电离管23的中空管腔内，电离针前端放电端伸出电离管23并伸入待测离子的分离检测装置3的离子化区位于进样装置I的进样口正上方，电离针22后端连接高压电源；固定架24密封安装在待测离子的分离检测装置3的离子化区端面。
[0019]待测离子的分离检测装置3包括常规的离子迁移谱仪中除样品引入系统和放射性电离源之外的部分，即将传统离子迁移谱仪中离子门(图1所示的离子栅门)、离子迁移区(图1所示的漂移区)、检测器、数据采集与控制系统统称待测离子的分离检测装置。在本实用新型中，离子迁移区(漂移区)是由若干个不锈钢金属环(图1所示聚焦环)和绝缘环交替排列组成的空腔迁移管，内径1cm，长度7-8cm ;迁移管内加设有200-210V/cm的均匀电场，迁移管外面设加热层，加热温度为140°C。
[0020]本实用新型中，待测离子的分离检测装置3通过橡胶管与样品引入装置I相连，样品引入装置I的进样口装设选择性渗透膜用于除去吸入气体中的大部分水分子和氨分子，抑制形成离子簇进而提高仪器的分辨率；表面解吸常压化学电离装置2的电离针22置于电离管23内部，电离管23固定在与之垂直的固定架24上，并通过固定架24与分离检测装置3紧密配合。通过以上装配得到表面解吸常压化学电离离子迁移谱装置。
[0021]利用本装置进行实验时，采取的操作步骤是:
[0022]1、组装表面解吸常压化学电离离子迁移谱装置；
[0023]2、开启离子迁移谱装置，等待电离管温度、进样口温度、解吸温度、迁移气体等到达设定值；
[0024]3、将电离针施以3KV-5KV的高压，使离子化区内的气雾电离；
[0025]4、将样品放入样品引入装置中，通过进样口向离子迁移谱装置内进样；
[0026]5、从离子迁移谱装置中获取并保存检测结果。
[0027]利用本实用新型首先将采集到的待测物质离化使之产生产物离子，产物离子在电场的作用下分离，最后由于达到检测器的时间不同从而实现对痕量有机化合物的快速检测。例如，利用本实用新型装置对痕量爆炸物TNT的检测结果显示，与传统的放射性电离源离子迁移谱装置相比，检出限提高一个数量级，达到了 Pg量级。
[0028]本实用新型提供的表面解吸常压化学电离离子迁移谱装置，为离子迁移谱仪提供了一种新型电离装置，该电离技术通过采用放电针对离子试剂(空气、水蒸气等)电晕放电产生离子流束与样品流在表面碰撞，从而将样品中的待测物进行萃取电离从而使待测物发生离子化，产生待测物的离子，由于采用放电针电晕放电具有很高的电离能力，可以将非极性分子甚至生物大分子电离；同时，本实用新型电离装置结构紧凑、操作简单、使用方便，可对各种检查样品进行电离分析。
[0029]值得说明的是，上述实施例仅用于本实用新型，其中各部件结构、连接方式都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
【权利要求】
1.一种表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，包括样品引入装置、电离源和待测离子的分离检测装置，样品引入装置位于分离检测装置的离子化区正下方，并通过橡胶管相连，其特征在于:所述电离源为表面解吸常压化学电离装置，该电离装置与分离检测装置的离子化区端面紧密配合，且电离装置的电离针放电端位于该分离检测装置的离子化区中样品引入装置的进样口正上方。
2.根据权利要求1所述的表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，其特征在于:所述的表面解吸常压化学电离装置设有同轴放置的固定架、电离管和电离针，电离针置于电离管内部，电离管固定在与之垂直的固定架上，并通过固定架与分离检测装置配合。
3.根据权利要求2所述表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，其特征在于:电离管为一细长的中空管，其前端伸入分离检测装置的离子化区，后端密封，中部设有气体接□。
4.根据权利要求3所述的表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，其特征在于:所述电离针是镍镉金属的放电针，同轴置于电离管的中空管腔内，电离针前端放电端伸出电离管并伸入待测离子的分离检测装置的离子化区，电离针后端连接高压电源。
5.根据权利要求4所述的表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，其特征在于:固定架密封安装在待测离子的分离检测装置的离子化区端面。
6.根据权利要求4所述的表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，其特征在于:所述待测离子的分离检测装置为常规离子迁移谱仪中除样品引入系统和放射性电离源之外的部分，为常规离子迁移谱仪中离子门、离子迁移区、检测器、数据采集与控制系的统称。
7.根据权利要求6所述的表面解吸常压化学电离源的离子迁移谱装置，其特征在于:所述离子迁移区是由若干个不锈钢金属环和绝缘环交替排列组成的空腔迁移管，内径1cm，长度7-8cm ;迁移管内加设有200-210V/cm的均匀电场，迁移管外面设加热层，加热温度为140。。。
【文档编号】H01J49/16GK203929711SQ201420130981
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】刘林, 朱小兵, 王姜, 陈焕文 申请人:东华理工大学
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