专利名称：径向盘式离子迁移率分光计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种径向盘式离子迁移率分光计，特别是涉及一种径向盘式离子迁移率分光计，其能够通过使离子分子径向移动远离具有环形部分的漂移空间的中心，并在测量离子的迁移率时，把离子分子收集在安装在环形漂移空间外周边内表面上的收集器中，而显著地提高离子迁移率的分辨率和强度。
背景技术：
为了检测和分析空气中的有机物或者污染物，自20世纪70年代起已研发出离子迁移率分光计。通过使用这种离子迁移率分光计，可根据在分光计中测量的峰值电流和离子到达收集器的移动速度而在短时间内分析采样气体的种类和数量。
为了军用的目的，离子迁移率分光计已被用于检测矿石或者化学试剂的成分。近来，它又逐渐广泛应用于搜查毒品或爆炸物携带者，检测工业设备的气体泄漏等。
根据用于产生离子的离子反应区和用于形成电场并使离子移动的离子移动区的结构，可把离子迁移率分光计分成各种类型。
作为在离子反应区中离子化样品的方法，有以下两种方法使用电晕放电或者紫外线产生离子的方法，以及使用诸如放射性同位素之类的离子化源使样品离子化的方法。进一步地，离子移动区的结构通常被分类成导电镶嵌管〔CCT〕结构、叠层环结构和离子透镜结构。
图11表示传统圆筒式离子迁移率分析器的简易剖视图，该分析器包括分析器罩体10、设有安装在罩体10内部的离子反应区15和离子移动区30的离子移动管35、安装在离子移动管35的离子移动区30内的遮蔽栅25，以及安装在离子移动管35的离子移动区30的后端内的孔径栅45和收集器40。
进一步地，运载气源20和样气源30设置在罩体10的前端，而且通过分析器罩体10把运载气和样气输送到离子反应区15，用于向离子移动区30提供漂移气的漂移气源71连接在罩体10的后端。
遮蔽栅25连接到栅脉冲发生器61的输出端子，还连接到计时器电路60，并在从栅脉冲发生器接收到驱动脉冲之前防止在离子反应区15中产生的离子进入离子移动区30。进一步地，离子移动管35与高压电源80电连接，从而在离子移动管35中建立均匀电场。
注入离子反应区15中的运载气与从设置在粒子反应区15中的离子化源12放出的β粒子反应，产生正负活性离子，这些活性离子与样气依次反应，以产生正负产品离子。
活性离子和产品离子在移入漂移区的同时被遮蔽栅25切断，随后在遮蔽栅25关闭的同时进入离子移动区30，并最终移向收集器40。
此时，从惰性气源71注入的惰性漂移气在与离子移动方向相反的方向上移动，同时与离子发生碰撞，并通过漂移气排气口36排出。引入漂移区的离子在与漂移气碰撞的同时根据质量、大小、电荷、温度、湿度等被分开，并以彼此不同的速度到达收集器40。这样，由在收集器检测的离子产生与样气相对应的预定电流。
也就是说，在根据被输入到遮蔽栅25并在放大器70被放大的脉冲、以及各种类型的离子穿过离子移动区30的穿过时间在收集器40被检测之后，利用从放大器70输出的电流中获得的光谱，分析样品的成分，其中穿过时间是利用与栅脉冲发生器61连接的计时器电路60测量的。

发明内容
根据上述传统的圆筒式离子迁移率分析器，用于使产品离子平行于安装在遮蔽栅前部的收集器沿分析器纵向轴线移动的多个孔径栅安装在离子移动区域内。孔径栅存在的一些问题是其制作工艺复杂，分析器的体积增加，由于施加在其上的高压而把离子吸入了孔径栅，因此检测到的电流强度降低，而且由于未被吸入的离子的移动路径增长，因此检测到的电流的分辨率降低。
进一步地，当在离子移动区域内平行于纵向方向移动时，离子的能量降低，而且离子的移动路径由于相邻离子之间的信号相互排斥力而偏离平行路径。因此，分辨率和探测灵敏度变差。
更进一步地，还有一些问题在于，由于传统遮蔽栅是狭缝或者栅格结构，因此如果狭缝的间距或者栅格之间的间距增加，分辨率将会降低，而且如果不适当地调整狭缝的间距或者栅格之间的间距，信号的灵敏度也会降低。
本发明的构思就是为了解决上述问题。本发明的第一目的是提供一种设有离子移动区的径向盘式离子迁移率分光计，该分光计可在由于相互排斥力而施加在离子上的影响最小的情况下，使离子穿过遮蔽栅的狭缝并移向收集器。
本发明的第二目的是提供一种径向盘式离子迁移率分光计，包括离子移动区和离子化室，其中离子化室具有代替传统遮蔽栅的新型遮蔽栅。
本发明的第三目的是提供一种径向盘式离子迁移率分光计，其中，通过在离子移动区中安装用于起到孔径栅作用的一对简单的离子路径调节电极以代替多个传统孔径栅，可简化其结构，减小其尺寸。
根据实现上述目的的本发明的一个方面，提供一种径向盘式离子迁移率分光计，包括为圆筒形中空箱的离子化室，该离子化室由入口和狭缝构成，其中样气穿过入口输送，而狭缝是通过切除与预定宽度相对应的一部分圆筒壁而形成的，用于通过它排放被离子化的离子；该离子化室还包括离子化装置，该离子化装置用于对被输送的样气进行离子化，以产生具有预定极性的离子；靠近离子化室的狭缝安装的遮蔽栅，用于控制离子穿经所述狭缝；漂移室，该漂移室为圆筒形中空箱，包括具有预定直径的外圆筒壁和其内径等于离子化室外径的内圆筒壁，从而在内外圆筒壁之间形成具有预定厚度的环形空间，其中与大于所述狭缝的宽度相对应的所述漂移室的内圆筒壁的一部分被切除，从而使穿过所述狭缝的离子可通过内圆筒壁的切除部分引入所述环形空间，而且所述漂移室的内圆筒壁与离子化室的圆筒壁以下述方式接合，即漂移室通过所述狭缝和内圆筒壁的切除部分与离子化室相通；以及安装在漂移室的外圆筒壁的内表面上的收集器，用于收集已穿过漂移室的离子。
进一步地，所述遮蔽栅可以是形成所述狭缝的离子化室的圆筒壁。
而且，所述离子化装置可以是电晕放电部件。
更进一步地，在本发明中，所述电晕放电部件的多个电晕放电电极可安装在入口周围，以相互对称。
另外，环形板结构的离子路径调节电极分别安装在漂移室内的上下表面上，以围绕该离子迁移率分光计的同心中心轴以预定距离彼此对称和平行。
还有，可在离子路径调节电极的相对面上形成不平坦的部分。
所述离子路径调节电极的不平坦部分可以采取环形的锯齿状，每一锯齿具有位于离子流动上游的垂直表面和位于离子流动下游的倾斜表面。
进一步地，在本发明中，在漂移室的外圆筒壁上可形成用于把漂移气输送到漂移室的多个供气口，而且在遮蔽栅和环形离子路径调节电极的径向内端部之间的漂移室的顶部或者底部表面上、形成用于把漂移气排放到漂移室外部的多个排气口。
而且，多个供气口和多个排气口中的每一个都设置在同一圆周上，以彼此对称。
更进一步地，在本发明中，限定离子化室狭缝的切除表面形成的倾斜地面对漂移室。


图1是根据本发明的实施例所述径向盘式离子迁移率分光计的透视图。
图2是根据本发明的实施例所述径向盘式迁移率分光计的简易剖视图。
图3是沿图2的线A-A剖开的剖视图。
图4所示的示意图表示根据本发明的实施例所述离子迁移率分光计内部的离子流动情况。
图5所示的简易示意图表示根据本发明的实施例所述离子迁移率分光计中的离子和气体的整体流动情况。
图6所示的示意图表示根据本发明的另一实施例所述的遮蔽栅的形状。
图7所示的示意图表示根据本发明的实施例所述的离子路径调节电极的凸凹形状。
图8所述的透视图表示根据本发明的实施例所述离子迁移率分光计应用于防毒面具的情况。
图9是图8所示防毒面具的简易剖视图。
图10所示的示意图表示根据本发明所示的离子迁移率分光计设置在和应用于防毒面具中的情况。
图11是传统圆筒式离子迁移率分析器的简易剖视图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细解释本发明的优选实施例。
图1是根据本发明的优选实施例所述的径向盘式离子迁移率分光计的透视图，而图2是根据本发明的实施例所述的径向盘式离子迁移率分光计的简易剖视图。
如图1所示，本发明的离子迁移率分光计具有盘形的细长外表，其中离子在该外表内的径向方向上移动。分光计在其底部表面中心设有用于供给样品的入口120、在其周围表面上设有用于供给漂移气的供气口330、以及在其顶部表面设有用于排出漂移气的排气口320。参考标记312表示用于向离子路径调节电极310提供电能的端子，参考标记313表示用于向遮蔽栅210提供电信号的端子，而参考标记314表示用于输出从收集器400产生的电信号的端子。
如图2所示，本发明的分光计包括用于离子化样品的离子化室100；用于允许和防止离子移入漂移室的遮蔽栅210和220；用于提供路径的漂移室300，穿过遮蔽栅的离子可沿该路径移向收集器；以及安装在漂移室内部的收集器，用于收集离子并进而产生电信号。
离子化室100是圆柱形中空箱体的形式。穿过其供给样气的入口120设置在箱体的底部表面中心，通过从腔室外周去除与预定宽度相对应的部分而形成的狭缝140设置在外围，从而通过该狭缝把离子化的离子排出。进一步地，用于把供给的样气离子化成具有预定极性的多个电晕放电电极110以角度对称的方式绕入口120安装。狭缝的宽度优选小于离子化室100的厚度。一般来说，狭缝的宽度在0.5至1毫米的范围之内。
常用遮蔽栅可安装在狭缝的前部，但是，鉴于其功能，本发明建议一种新型结构代替遮蔽栅。即，根据本发明，用作离子化室100的组件的圆筒壁起到遮蔽栅的作用。离子化室的圆筒壁在其中心被切成两部分，以在其之间形成狭缝，并分成上、下遮蔽栅210和220。通过调节施加在上下遮蔽栅上的电信号，可控制在狭缝空间内产生的电场，从而可阻止和允许离子移入漂移室的运动。因此，其内已形成狭缝的离子化室的圆筒壁也可用做遮蔽栅。
漂移室300是具有预定厚度的圆柱形中空箱，该漂移室包括具有预定直径的外圆筒壁以及其内径等于离子化室外径的内圆筒壁，而且在内外圆筒壁之间形成环形空间。进一步地，内圆筒壁被切除与大于狭缝宽度的宽度相对应的一部分，从而使穿过狭缝140的离子可经内圆筒壁的切除部分引入环形空间。另外，漂移室300的内圆筒壁以下述方式与离子化室的外围接合在一起，即漂移室通过狭缝和内圆筒壁的切除部分与离子化室相通。
呈环形板结构的离子路径调节电极310和311也分别安装漂移室300内的上下表面313和312上。具体地说，离子路径调节电极环绕离子迁移率分光计的同心中心轴以预定距离彼此对称并且平行安装。离子路径调节电极以下述方式安装在上下表面上，即他们由多个被分割的环形板构造而成。在安装离子路径调节电极之后，试图控制离子路径的情况下，传统离子迁移率分析器要控制两自由度，但是，对于本发明所述的离子迁移率分光计，只控制垂直轴(Z-轴)上的移动就足够了，这是因为所形成的漂移室的结构可在径向方向上扩展。因此，被控制的自由度变成了一维。
收集器400安装在漂移室300的外圆筒壁的内部圆周表面周围，以收集穿过漂移室的离子。也就是说，收集器400的形状呈环形。具体地说，收集器优选安装的与漂移室的外圆筒壁离开预定的距离，从而使前者与后者隔离。
另外，在室的外圆筒壁上形成多个用于把漂移气输送到漂移室的供气口330，并在该室的顶部表面上形成多个用于把漂移气排放到外部的排气口320。优选将供气口330设置在漂移室的外圆筒壁上，以使其与另一个供气口对称，而且使设置在预定同心圆上的排气口也彼此对称。
图3是沿图2的线A-A剖开的剖视图，并表示所设置的电晕放电电极110彼此对称，而且环形收集器400安装的与漂移室的外圆筒壁离开预定距离。
图4所示的示意图表示根据本发明的实施例所述的离子迁移率分光计的离子流动情况。在该图中，采用箭头示出了这样一种状态，即被离子化的样气从离子化室移动通过遮蔽栅和漂移室，并在收集器上被收集。此时，由于离子移入径向扩展的空间，因此它们很少受到由于离子间的相互排斥力而产生的空间电荷的影响。因此，可最大化地实现离子的直线运动，而不会产生任何路径偏移。因此，可以理解，提高了分辨率和信号强度。
图5所示的简易示意图表示根据本发明的实施例所述的离子迁移率分光计内部的离子和气体的整个流动情况。在附图中，由实线表示离子的运动情况，而由虚线表示漂移气的运动情况。当控制单元600使电压施加在电晕放电电极上时，输送到离子化室100的样气被离子化，而且通过把电信号输送到遮蔽栅而能够将产生的离子送入漂移室。由于漂移气抑制送入漂移室的离子之间相互反应，因此大量的离子可到达收集器。送入漂移室的漂移气在与流动方向相反的方向上流动，并且随后通过靠近遮蔽栅的排气口320排放到外部。
图6所示的示意图表示根据本发明的另一实施例所述的遮蔽栅的形状。在该图中，示出了用做遮蔽栅的离子化室的圆筒壁的结构，利用这种结构，可将在离子穿过离子化室的圆筒壁时产生的离子损失降至最低。也就是说，该结构将减小离子碰撞圆筒壁时产生的离子分散的影响。
图7所示的示意图表示根据本发明的实施例所述的不平坦的或者凹凸形的离子路径调节电极。在该图中，示出了设有在其上形成的不平坦部分310a的离子路径调节电极的结构，该不平坦的部分310a用于减小离子碰撞离子路径调节电极时产生的离子分散的影响。具体地说，不平坦部分优选这样构成，即其垂直表面位于离子流动的上游，而其倾斜表面位于离子流动的下游。形成在离子路径调节电极上的不平坦部分呈环形凹槽形。
图8所示的透视图表示根据本发明的实施例所示的离子迁移率分光计用于防毒面具的状态。图9是图8所示防毒面具的简易剖视图。由于本发明所示的离子迁移率分光计细长而紧凑，因此可将其很容易地安装和应用于防毒面具等中。如图9所示，在这种情况下，漂移室可不包括用于把漂移气输送到漂移室和/或从漂移室排放漂移气的孔。图10表示将其上配备根据本发明所述的离子迁移率分光计的防毒面具连接到测量仪器并与测量仪器一起使用的情况。从图中可以理解，由于测量仪器也很紧凑精巧，因此戴防毒面具的人可在把测量仪器戴在他/她身上的同时，可自由运动。
工业应用如上所述，由于径向伸展的离子移动区域设置在本发明所述的离子迁移率分光计中，因此可把通过遮蔽栅的狭缝移向收集器的离子相互间的排斥力对离子路径施加的影响降至最低。因此，提高了分辨率和信号强度。
进一步地，根据本发明所述的离子迁移率分光计，由于能够使离子沿直线离子路径移动的新型的遮蔽栅代替了传统的遮蔽栅，因此提高了该分光计的检测效率，而且也简化了其结构。
更进一步地，根据本发明所述的离子迁移率分光计，由于控制离子移动所需的自由度从两个减少到一个，因此可使用能够起到孔径栅作用的一对离子路径调节电极代替多个传统的孔径栅。因此，简化了该分光计的结构，而且也很容易地控制其电极。
可以理解，所构成的如上所述和图示在附图中的本发明的实施例并不是限制本发明的技术精神。本发明的保护范围由随附权利要求书限定，而且在本发明的保护范围内，本领域的技术人员可以对本发明的实施例作出各种变化和改进。因此，对于本领域的技术人员来说，很明显这种变化和改进都落入在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种径向盘式离子迁移率分光计，包括为圆筒形中空箱的离子化室，该离子化室由用于通过它供给样气的入口和狭缝构成，所述狭缝是通过切除与预定宽度相对应的一部分圆筒壁形成的，用于经其排放被离子化的离子；该离子化室还包括离子化装置，该离子化装置用于对被供给的样气进行离子化，以便产生具有预定极性的离子；靠近离子化室的狭缝安装的遮蔽栅，用于控制离子通过所述狭缝；漂移室，该漂移室为圆筒形中空箱，包括具有预定直径的外圆筒壁和其内径等于离子化室外径的内圆筒壁，从而在内外圆筒壁之间形成具有预定厚度的环形空间，其中与大于所述狭缝宽度的宽度相对应的所述漂移室的内圆筒壁的一部分被切除，从而使穿过所述狭缝的离子可通过内圆筒壁的切除部分被引入所述环形空间，且其中所述漂移室的内圆筒壁与离子化室的圆筒壁以下述方式接合，即漂移室通过所述狭缝和内圆筒壁的切除部分与离子化室相通；以及安装在漂移室外圆筒壁的内表面上的收集器，用于收集已穿过漂移室的离子。
2.如权利要求1所述的径向盘式离子迁移率分光计，其特征在于所述遮蔽栅是其中形成所述狭缝的离子化室的圆筒壁。
3.如权利要求1或2所述的径向盘式离子迁移率分光计，其特征在于所述离子化装置是电晕放电部件。
4.如权利要求3所述的径向盘式离子迁移率分光计，其特征在于所述电晕放电部件的多个电晕放电电极安装在入口周围以便相互对称。
5.如权利要求1至4中任一项所述的径向盘式离子迁移率分光计，其特征在于进一步包括呈环形板结构的离子路径调节电极，它们分别安装在漂移室内的上下表面上，以围绕离子迁移率分光计的同心中心轴以预定距离彼此对称和平行。
6.如权利要求5所述的径向盘式离子迁移率分光计，其特征在于在所述离子路径调节电极的相对面上形成有不平坦的部分。
7.如权利要求6所述的径向盘式离子迁移率分光计，其特征在于所述离子路径调节电极的不平坦部分为环形的锯齿状，每一锯齿具有位于离子流动上游的垂直表面和位于离子流动下游的倾斜表面。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的径向盘式离子迁移率分光计，其特征在于在所述漂移室的外圆筒壁上形成有用于把漂移气供给到漂移室的多个供气口，而且在遮蔽栅和环形离子路径调节电极的径向内端部之间、在漂移室的顶部或者底部表面上形成有用于把漂移气排放到漂移室外部的多个排气口。
9.如权利要求8所述的径向盘式离子迁移率分光计，其特征在于所述多个供气口和多个排气口中的每一个都设置在同一圆周上以便彼此对称。
10.如权利要求2至9中任一项所述的径向盘式离子迁移率分光计，其特征在于限定离子化室的狭缝的切除表面形成的倾斜地面对漂移室。
全文摘要
本发明涉及一种径向盘式离子迁移率分光计，包括由圆筒管制成的离子化室，该离子化室包括用于穿过其可输送样气的入口，离子化装置，该离子化装置用于对被供给的样气进行离子化、以产生具有预定极性的离子，以及狭缝，该狭缝是通过切除与预定宽度相对应的一部分圆筒壁而形成的，并用于经其排放被离子化的离子；靠近离子化室的狭缝安装的遮蔽栅，用于控制穿过所述狭缝的离子的路径；漂移室，该漂移室是圆筒形中空管，包括具有预定直径的外圆筒壁和其内径等于离子化室外径的内圆筒壁，从而在内外圆筒壁之间形成具有预定厚度的环形空间，与大于所述狭缝的宽度相对应的所述漂移室的内圆筒壁的一部分被切除，从而使穿过所述狭缝的离子可通过内圆筒壁的切除部分被引入所述环形空间，而且所述漂移室的内圆筒壁与离子化室的圆筒壁以下述方式接合，即漂移室通过所述狭缝和内圆筒壁的切除部分与离子化室相通；以及安装在漂移室的外圆筒壁的内表面上的收集器，用于收集已穿过漂移室的离子。
文档编号G01N27/64GK1513114SQ02811381
公开日2004年7月14日 申请日期2002年5月11日 优先权日2001年5月11日
发明者金明镇, 全宰用 申请人:金明镇, 全宰用