一种同时提高离子迁移管内气流和温度均匀性的方法与流程

本发明涉及一种提高同时离子迁移管内气流和温度均匀性的方法。具体来说，一定流速的室温漂气通入离子迁移管后，依次经过一个或一个以上加热圆形金属平板上的漂气透孔，再进入离子迁移管内的迁移区，从而达到对漂气进行分流和预热的作用，可以提高离子迁移管内气流和温度的分布均匀性，从而提高迁移谱的分辨率。

背景技术：

离子迁移管内，尤其是迁移区的气流和温度分布均匀性，是影响迁移谱分辨率的两个重要因素。常规的离子迁移管直接将室温的漂气通入迁移区，会在漂气入口及法拉第盘前形成湍流；当迁移管加热时，漂气的引入会使迁移区内的温度变的不均匀。这两种因素都会导致进入迁移区的同种离子运动速度不同，从而使它们达到法拉第盘的时间不同，进而造成峰展宽，严重限制了迁移谱的分辨率。

为了提高迁移管中迁移区的温度分布均匀性，一般是将漂气进行预热，同时减小漂气的流速。减小漂气的流速，可以减小其对迁移区温度的影响，同时也会减小漂气在迁移区形成的湍流，但是这种方法并不能彻底解决问题，此外，当漂气流速过小时，很难保证迁移区内的洁净。使漂气加热到和迁移管内的温度相同后再进入迁移管，但是这种方法需要额外的加热和温控装置，会增加迁移谱整机的制造成本和体积。提高迁移管中迁移区的气流分布均匀性的方法，一般是减小漂气的流速，以减小其对迁移区温度的影响，但是这种方法并不能彻底解决问题，此外，当漂气流速过小时，很难保证迁移区内的洁净。

提高迁移区气流分布均匀性的方法，目前还没有文献报道。

在常规的离子迁移管内，设置1个或1个以上圆形金属平板，使漂气进入迁移管内后，经过这些圆形金属平板上的漂气透孔再进入法拉第盘前面的迁移区，实现对漂气的分流，可以很大程度减小法拉第盘前湍流现象。同时当离子迁移管加热时，圆形金属平板由于具有良好的导热性，会被加热到与迁移区几乎相同的温度，可以对流经漂气透孔的漂气进行预热，减小或消除迁移区温度不均匀性，从而提高迁移谱的分辨率。这种方法简单小巧，不需要额外的加热和温控装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能同时提高离子迁移管内气流和温度均匀性的方法，减小漂气引起的离子迁移管内的气流和温度分布不均匀性，从而提高离子迁移谱的分辨率。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

离子迁移管为一中空圆柱形腔体，在腔体一端设置样品离子产生装置离子源，在腔体另一端设置离子接收装置法拉第盘和1个或1个以上圆形金属板；在腔体内部离子源和法拉第盘之间设置离子门，离子门将腔体内部分成两个区域，其中离子源和离子门之间为反应区，离子门与法拉第盘之间构成迁移区。

离子源、离子门、法拉第盘和1个或1个以上圆形金属板以同轴方向依次间隔设置于离子迁移管腔体中。

离子迁移管在法拉第盘所处一端的端面a设置漂气入口，在离子源所处一端设置载气入口和尾气出口。

法拉第盘是由用于离子接收的薄金属圆柱体和用于电信号传导的细长金属圆柱体同轴焊接而成。

1个或1个以上圆形金属板，彼此同轴、间隔设置，与端面a平行、间隔；圆形金属板的边缘均与离子迁移管的内壁紧密配合。

1个或1个以上圆形金属平板的材料为铁，铜，铝，镁或合金材料。

金属平板中部设有绝缘柱穿过的中心通孔，绝缘柱用于法拉弟盘和金属平板之间以及法拉第盘和端面a之间的绝缘。

于圆形金属平板上均匀开设有8个以上的通孔作为漂气透孔，漂气透孔以圆形金属平板的中心轴为对称轴呈单个圆或2个以上的同心圆均匀分布，漂气透孔彼此不相交；同一个圆形金属平板上的漂气透孔的大小和形状相同，不同圆形金属平板上漂气透孔的个数、分布、大小和形状可以相同或者不同。

法拉第盘中用于信号传导的细圆柱体依次垂直穿过圆形金属平板的中部通孔，并和每个圆形金属平板之间通过一个绝缘柱隔开，且绝缘柱和每个圆形金属平板中部通孔以及法拉第盘用于信号传导的细圆柱体紧密配合。

漂气的流速通过质量流量计控制，通过漂气入口，进入离子迁移管内，然后依次经过每个圆形金属平板上的漂气透孔，到达迁移区，最后经尾气出口排出。在漂气穿过圆形金属平板上的漂气透孔的过程中实现对漂气的分流，减小漂气进入迁移区产生的湍流现象。

当离子迁移管被加热时，由于圆形金属平板良好的导热性能，也能被加热到与迁移区几乎相同的温度，从而使流经圆形金属平板上的漂气透孔的漂气被加热，降低了漂气进入迁移区后，对迁移区温度造成的不均匀性。

本发明的优点是：

通过在迁移管内法拉第盘后面设置1个或1个以上圆形金属平板，对漂气进行分流，可以有效减小漂气引起的湍流现象；此外，还可以对漂气进行预热，减小漂气造成的迁移区的温度不均匀性。本发明不需要额外的加热和温控装置，基本不增加迁移管体积，可以同时提高迁移区内的气流和温度分布均匀性，提高迁移谱的分辨率。

附图说明

图1为离子迁移管结构示意图。其中(1)为离子迁移管腔体，(2)为离子源，(3)为离子门，(4)为法拉第盘，(5)为圆形金属平板，(6)为漂气入口，(7)为载气入口，(8)为尾气出口，(9)为气流方向，(10)为绝缘柱，(11)为反应区，(12)为迁移区，(13)为端面a。

图2为圆形金属平板结构示意图。其中(5-1)为中心通孔，(5-2)为漂气透孔。

图3无圆形金属平板和使用两块圆形金属平板的迁移管内部气流分布图。其中(3a)为不使用圆形金属平板时的气流分布图，(3b)为使用两块圆形金属平板时的气流分布图。

图4无圆形金属平板和使用两块圆形金属平板的迁移管内部温度分布图。其中(4a)为不使用圆形金属平板时的温度分布图，(4b)为使用两块圆形金属平板时的温度分布图。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明的离子迁移管结构示意图，图2，为本发明的圆形金属板的结构示意图。

离子迁移管(1)为一中空圆柱形腔体，在腔体一端设置样品离子产生装置离子源(2)，在腔体另一端设置离子接收装置法拉第盘(4)和1个或1个以上圆形金属板(5)；在腔体内部离子源和法拉第盘之间设置离子门(3)，离子门将腔体内部分成两个区域，其中离子源和离子门之间为反应区(11)，离子门与法拉第盘之间构成迁移区(12)。

离子源(2)、离子门(3)、法拉第盘(4)和1个或1个以上圆形金属板(5)以同轴方向依次间隔设置于离子迁移管腔体(1)中。

离子迁移管在法拉第盘所处一端的端面a(13)设置漂气入口(6)，在离子源所处一端设置载气入口(7)和尾气出口(8)。

法拉第盘(4)是由用于离子接收的薄金属圆柱体和用于电信号传导的细长金属圆柱体同轴焊接而成。

1个或1个以上圆形金属板(5)，彼此同轴、间隔设置，与端面a(13)平行、间隔；圆形金属板(5)的边缘均与离子迁移管的内壁紧密配合。

1个或1个以上圆形金属板(5)的材料为铁，铜，铝，镁或合金材料。

圆形金属板中部设有绝缘柱(10)穿过的中心通孔(5-1)，绝缘柱用于法拉弟盘和1个或1个以上圆形金属板之间以及法拉第盘和端面a之间的绝缘。

于圆形金属板上均匀开设有8个以上的通孔作为漂气透孔(5-2)，漂气透孔以圆形金属平板的中心轴为对称轴呈单个圆或2个以上的同心圆均匀分布，漂气透孔彼此不相交；同一个圆形金属平板上的漂气透孔的大小和形状相同，不同圆形金属平板上漂气透孔的个数、分布、大小和形状可以相同或者不同。

法拉第盘(4)中用于信号传导的细圆柱体依次垂直穿过圆形金属平板(5)的中部通孔(5-1)，并和每个圆形金属平板之间通过绝缘柱(10)隔开，且绝缘柱(10)和每个圆形金属平板中部通孔(5-1)以及法拉第盘(4)用于信号传导的细圆柱体紧密配合。

漂气的流速通过质量流量计控制，通过漂气入口(6)，进入离子迁移管(1)内部，然后依次经过每个圆形金属平板(5)上的漂气透孔(5-2)，到达迁移区(12)，最后经尾气出口(8)排出。在漂气穿过圆形金属平板上的漂气透孔(5-2)的过程中实现对漂气的分流，减小漂气进入迁移区(12)时产生的湍流现象。

当离子迁移管(1)被加热时，由于圆形金属平板(5)良好的导热性能，也能被加热到与迁移区(12)几乎相同的温度，从而使流经圆形金属平板上的漂气透孔(5-1)的漂气被加热，降低了漂气进入迁移区(12)后，对迁移区温度造成的不均匀性。

实施例1

用fluent软件模拟：漂气流速为200ml/min，载气流速为10ml/min，加热温度为100℃的无圆形金属平板的离子迁移管内部气流分布图，和相同条件下的设置两个圆形金属平板的离子迁移管内部气流分布图。两者对比如图3所示，可以看出设置两个圆形金属平板的迁移管内迁移区的气流分布更均匀，基本无湍流现象。

实施例2

用fluent软件模拟：漂气流速为200ml/min，载气流速为10ml/min，加热温度为100℃的无圆形金属平板的离子迁移管内部温度分布图，和相同条件下的设置两个圆形金属平板的离子迁移管内部温度分布图。两者对比如图4所示，可以看出设置两个圆形金属平板的离子迁移管内迁移区的温度分布更均匀。