本发明专利技术公开了纵向高场不对称波形离子迁移谱装置，包括介质阻挡放电离化源、屏蔽电极、检测仪。介质阻挡放电离化源包括阻挡介质，即硼硅玻璃及镀于硼硅玻璃上的离化电极和离化电路，屏蔽电极置有分别平行镀于硼硅玻璃上的离化迁移内屏蔽电极、离化迁移外屏蔽电极和迁移检测屏蔽电极。进气样品通过介质阻挡放电离化源被离化、然后进入离子迁移管被分离、最后到达检测仪被检测到。本发明专利技术通过集成高离化率的离化源，通过改变装置结构以缩短离子复合时间，使得到达检测区的离子数大幅度增加，并比较容易地被检测到，提高了装置的灵敏度，另一方面通过使用屏蔽电极消除了介质阻挡放电离化源、离子迁移管、检测仪之间的相互影响，提高了装置的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及可集成离化源和屏蔽电极的高场不对称波形离子迁移检测领域，特别涉及一种纵向高场不对称波形离子迁移谱装置。
技术介绍
随着恐怖主义的猖獗，爆炸物、毒品等物质的空气下检测变得越来越重要。以前的检测仪主要有质谱仪，快速离子迁移谱仪。质谱仪非常灵敏并且选择性好、反映时间短，但是体积庞大、真空度要求高、功耗大、价格昂贵，不适合在公共场所运作。快速离子迁移谱仪，通过测定各种不同离子的空间飞行时间来确定离子迁移率从而判定离子的归属，但是其灵敏度依赖于迁移管的长度，长度越长，分辨率越容易做得高，而这直接导致了其小型化的困难。若一定要小型化，那么对检测仪的要求就非常高，这会导致成本的增加。不仅如此，有很多的物质在低场下的离子迁移率非常接近，使得检测变得困难。高场不对称波形例子迁移谱仪(FAIMS)最早是前苏联在上个世纪80年代开始研制的。气体中的离子在高电场作用下其迁移率会发生非线性变化，从而与低电场下的迁移率会产生一个差值，而不同的离子在不同的高低电场作用下，离子迁移率差值会有所不同，因此在等离子体上加一个交替变化的高低电场，不同的离子便在电场的方向上产生不同的位移，从而能够被有效地分离开来。FAIMS高的选择性和信噪比，引起了广泛的注意，但是其存在体积大、造价高、测量时间长、功率大、不方便携带且很难批量生产的缺点。致力于FAIMS小型化的且取得有效成果的有两个公司，美国Sionex公司和加拿大Ionalytics公司。Sionex公司主要研究平板型的微型离子迁移管，且已推出了它的系列核心产品microDMx。此产品体积小，灵敏度高，在与放射性金属元素镅离化源连用检测甲笨时，检测精度可达60ppb量级。此产品能够用在终端用户的检测产品上面，比如手持式检测器以及质谱仪等，2004年3月，Varian Inc公司使用Sionex公司的产品microDMx推出了新产品CP-4900便携式气相色谱检测器，目前该产品已进入中国市场。其主要研究人员拉安安·A·米勒等人在中国申请了相关专利技术专利(CN 1390361A)。Ionalytics公司主要研究圆柱型微型离子迁移管，原理同平板型是一样的，只是其两个电极分别是内部的实心圆柱和外面的圆桶，与平板型相比其受外界的电场干扰较小，从而有更高的灵敏度，如与电喷雾离化源(ESI)-质谱仪(MS)连用检测高氯酸盐能够达到0.5-0.005ppb，检测时间为0.5-1min，但是这种离子迁移管圆柱型顶端容易产生电晕放电，所以对制作工艺要求非常高。无论是Sionex公司还是Ionalytics公司，其产品都只是作为分析仪器的一部分存在的，都没有集成离化源和检测仪，而外接离化源一方面会增大装置的体积，另一方面会使得离化源和迁移管之间的距离过长，从而增加了等离子体复合时间，而这样会降低等离子体浓度，从而减小了可检测的离子数量，而这会降低装置的灵敏度，并且会提高对检测仪的要求。常用的能够集成于小型装置里的离化源有低能β源，真空紫外灯，电晕放电，表面离化源。低能β源在紧凑的装置中作为离化源有很大的优点，但是存在安全问题，并且离化效率低。真空紫外灯可针对性离化，且体积小，易于集成，但是其能量低，约8-11eV，因此对所检测的物种有很大的限制。另外真空紫外灯是易碎的，所以需要防护，并且性能随着时间的推移而下降，这些都限制了它的应用。电晕放电能够在小空间内使用，且能提供高的能量，但是容易受到污染。表面离化大多用于真空系统中，在大气中使用会有功耗大，易脱落的缺点。而且装置整体结构较大，不适合集成。Sionex公司的拉安安·A·米勒等人申请的“小型电容放电等离子体离子源”的专利(CN 1561532A)提供一种小型化、可集成于小型装置的离化源，然而若集成于高场不对称波形离子迁移管，会有几个明显的缺点。其一，这种离化源的放电区很小，从而使得等离子体集中于一个很小的区域，这会造成局部等离子体的浓度过大，而等离子体复合速度是跟浓度的二次方成正比的，这对装置的检测灵敏度是不利的；其二，这种离化源的离化区气流通道远小于高场不对称离子迁移管的气流通道，从而在整体气流通道里面必定存在纵向大的凸起，这样会影响到离子迁移管里气流的纵向运动，而离子迁移管起作用就是靠离子的纵向运动，显然这种离化装置会影响到离子迁移管的稳定性和灵敏度；其三，离化源的离化电压一般在几千伏以上，其在迁移电极上的感应电压会对等离子体在离子迁移管内的运动造成很大的影响，这不仅会影响到装置的灵敏度，也会影响到装置的稳定性；其四，这种离化装置存在较复杂的微结构，会给制作和集成带来困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的高场不对称波形离子迁移谱仪(FAIMS)的不足，提出一种纵向高场不对称波形离子迁移谱仪。纵向高场不对称波形离子迁移谱仪使用介质阻挡放电离化源，又称介质阻挡电晕放电或无声放电，是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电，能够在高气压和很宽的频率范围内工作，离化效率高，放电稳定均匀，能够集成于小型化的离子迁移管，缺点是离化电压很高，容易对其他的部件产生干扰，本专利技术用屏蔽电极解决此问题。本专利技术在不同的区域加上屏蔽电极，能够有效降低不同区域的电场干扰，提高装置的稳定性和灵敏度。纵向高场不对称波形离子迁移谱仪将介质阻挡放电离化源、屏蔽电极、离子迁移管、检测电极集成于一体，并且通过减小离化区迁移区间隙以及改变气流通道以减少离子复合时间，这样改进后的高场不对称波形离子迁移谱仪具有可独立工作的能力，并且有更高的灵敏度、分辨能力和稳定性。本专利技术的技术方案是一种纵向高场不对称波形离子迁移谱装置，包括介质阻挡放电离化源、离子迁移管、屏蔽电极、检测仪、抽气系统，离子迁移管置有迁移电极和迁移电路，迁移电极包括第一迁移电极和第二迁移电极是直接镀于硼硅玻璃即第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃内侧的长条状金属薄层，第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃除了第一硼硅玻璃多了出气口和进气口以外完全一样，且位置相对，迁移区是迁移电极即第一迁移电极和第二迁移电极之间的气流通道，迁移电路能够为迁移电极中的第一迁移电极和第二迁移电极提供一个迁移电压；抽气系统置有气泵、出气口、进气口和由硼硅玻璃即第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃与硅条组成的矩形气流通道，所述的气流通道包含迁移区、离化区、检测区和离化区迁移区间隙，所述的离化区迁移区间隙介于迁移区和离化区之间，所述的硅条包括端硅条，即为第一端硅条和第二端硅条，侧硅条即第一侧硅条和第二侧硅条，四条规条呈矩形地被夹于硼硅玻璃中的第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃之间且与硼硅玻璃中的第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃键合成一个密封的长方体空腔； 特别是介质阻挡放电离化源包括阻挡介质，即硼硅玻璃以及镀于硼硅玻璃上的离化电极和离化电路，硼硅玻璃包括第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃，离化电极包括第一离化电极和第二离化电极，第一离化电极和第二离化电极之间的气流通道是离化区，离化电路为离化电极提供高频脉冲高压；屏蔽电极置有分别平行镀于硼硅玻璃上即第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃上的离化迁移内屏蔽电极、离化迁移外屏蔽电极和迁移检测屏蔽电极，离化迁移内屏蔽电极的形状是矩形且包括第一离化迁移内屏蔽电极和第二离化迁移内屏蔽电极，离化迁移外屏蔽电极包括第一离化迁移外屏蔽电极和第二离化迁移外屏本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纵向高场不对称波形离子迁移谱仪，包括介质阻挡放电离化源、离子迁移管、屏蔽电极、检测仪、抽气系统，所述的离子迁移管置有迁移电极（５）和迁移电路（１３），所述的迁移电极（５）包括第一迁移电极和第二迁移电极是直接镀于硼硅玻璃（１）即第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃内侧的长条状金属薄层，所述的迁移区（１４）是迁移电极（５）即第一迁移电极和第二迁移电极之间的气流通道（２０），所述的迁移电路（１３）能够为迁移电极（５）中的第一迁移电极和第二迁移电极提供一个迁移电压； 所述的抽气系统置有气泵（８）、出气口（９）、进气口（１８）和由硼硅玻璃（１）即第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃与硅条组成的矩形气流通道（２０），所述的气流通道（２０）包含迁移区（１４）、离化区（１７）、检测区（１１）和离化区迁移区间隙（１５），所述的离化区迁移区间隙（１５）介于迁移区（１４）和离化区（１７）之间，所述的硅条包括端硅条（１０），即第一端硅条和第二端硅条，侧硅条（２１）即第一侧硅条和第二侧硅条，四条硅条呈矩形地被夹于硼硅玻璃（１）中的第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃之间且与硼硅玻璃（１）中的第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃键合成一个密封的长方体空腔，其特征在于： 所述的介质阻挡放电离化源包括阻挡介质，即硼硅玻璃（１）以及镀于硼硅玻璃（１）上的离化电极（２）和离化电路（１６），所述的硼硅玻璃（１）包括第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃，所述的离化电极（２）包括第一离化电极和第二离化电极，第一离化电极和第二离化电极之间的气流通道是离化区（１７），所述的离化电路（１６）为离化电极（２）提供高频脉冲高压； 所述的屏蔽电极置有分别平行镀于硼硅玻璃（１）上即第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃上的离化迁移内屏蔽电极（３）、离化迁移外屏蔽电极（４）和迁移检测屏蔽电极（６），所述的离化迁移内屏蔽电极（３）的形状是矩形且包括第一离化迁移内屏蔽电极和第二离化迁移内屏蔽电极，所述的离化迁移外屏蔽电极（４）包括第一离化迁移外屏蔽电极和第二离化迁移外屏蔽电极，所述的迁移检测屏蔽电极（６）包括第一迁移检测屏蔽电极和第二迁移检测屏蔽电极，其中离化迁移外屏蔽电极（４）中的第一离化迁移外屏蔽电极和第二离化迁移外屏蔽电极与迁移检测屏蔽电极（６）中的第一迁移检测屏蔽电极和第二迁移检测屏蔽电极镀于硼硅玻璃（１）即第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃的外侧，离化迁移内屏蔽电极（３）中的第一离化迁移内屏蔽电极和第二离化迁...
【技术特征摘要】
1.一种纵向高场不对称波形离子迁移谱仪，包括介质阻挡放电离化源、离子迁移管、屏蔽电极、检测仪、抽气系统，所述的离子迁移管置有迁移电极(5)和迁移电路(13)，所述的迁移电极(5)包括第一迁移电极和第二迁移电极是直接镀于硼硅玻璃(1)即第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃内侧的长条状金属薄层，所述的迁移区(14)是迁移电极(5)即第一迁移电极和第二迁移电极之间的气流通道(20)，所述的迁移电路(13)能够为迁移电极(5)中的第一迁移电极和第二迁移电极提供一个迁移电压；所述的抽气系统置有气泵(8)、出气口(9)、进气口(18)和由硼硅玻璃(1)即第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃与硅条组成的矩形气流通道(20)，所述的气流通道(20)包含迁移区(14)、离化区(17)、检测区(11)和离化区迁移区间隙(15)，所述的离化区迁移区间隙(15)介于迁移区(14)和离化区(17)之间，所述的硅条包括端硅条(10)，即第一端硅条和第二端硅条，侧硅条(21)即第一侧硅条和第二侧硅条，四条硅条呈矩形地被夹于硼硅玻璃(1)中的第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃之间且与硼硅玻璃(1)中的第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃键合成一个密封的长方体空腔，其特征在于所述的介质阻挡放电离化源包括阻挡介质，即硼硅玻璃(1)以及镀于硼硅玻璃(1)上的离化电极(2)和离化电路(16)，所述的硼硅玻璃(1)包括第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃，所述的离化电极(2)包括第一离化电极和第二离化电极，第一离化电极和第二离化电极之间的气流通道是离化区(17)，所述的离化电路(16)为离化电极(2)提供高频脉冲高压；所述的屏蔽电极置有分别平行镀于硼硅玻璃(1)上即第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃上的离化迁移内屏蔽电极(3)、离化迁移外屏蔽电极(4)和迁移检测屏蔽电极(6)，所述的离化迁移内屏蔽电极(3)的形状是矩形且包括第一离化迁移内屏蔽电极和第二离化迁移内屏蔽电极，所述的离化迁移外屏蔽电极(4)包括第一离化迁移外屏蔽电极和第二离化迁移外屏蔽电极，所述的迁移检测屏蔽电极(6)包括第一迁移检测屏蔽电极和第二迁移检测屏蔽电极，其中离化迁移外屏蔽电极(4)中的第一离化迁移外屏蔽电极和第二离化迁移外屏蔽电极与迁移检测屏蔽电极(6)中的第一迁移检测屏蔽电极和第二迁移检测屏蔽电极镀于硼硅玻璃(1)即第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃的外侧，离化迁移内屏蔽电极(3)中的第一离化迁移内屏蔽电极和第二离化迁移内屏蔽电极镀于硼硅玻璃(1)即第一硼硅玻璃和第二硼硅玻璃的内侧；所述的离化迁移内屏蔽电极(3)即第一离化迁移内屏蔽电极和第二离化迁移内屏蔽电极在X方向上覆盖了离化区迁移区间隙(15)的大部分；所述的离化迁移外屏蔽电极(4)即第一离化迁移外屏蔽电极和第二离化迁移外屏蔽电极在X方向上覆盖了离...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈池来，孔德义，林丙涛，朱荣华，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
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