包括兩個漂移室的離子遷移率譜儀的製作方法

2023-05-30 07:18:51

專利名稱：包括兩個漂移室的離子遷移率譜儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有兩個漂移室和一個公用的反應區的離子遷移率譜
儀(ion mobility spectrometers )。
背景技術：
離子遷移率分析是用於檢測爆炸物、危險化學品和其它蒸汽的存在的通 用技術。離子遷移率譜儀(IMS)通常包括檢測器池(detectorcell),含有可 疑物質或分析物的空氣樣品以氣體或蒸汽的形式被持續供應至該檢測器池。 所述檢測器池在大氣壓力或接近大氣壓力的條件下工作，且含有通電的電 極，以沿該檢測器池產生電壓梯度。所述空氣樣品中的分子例如通過放射源、 紫外(UV)源或電暈放電的方法而被離子化，並通過在一端的靜電門而被 接納進入所述檢測器池的漂移區。該離子化的分子漂移到所述檢測器池的另 一端，漂移的速度依賴於離子的遷移率。通過檢測離子沿所述檢測器池的飛 行時間就可以鑑別該離子。為了改進檢測，通常的做法是向分析物質中添加 摻雜劑物質，以區分產生相似的光譜輸出的幹擾物質。選擇所述摻雜劑以與 目標物質結合，使不慘雜的分析物質和摻雜的分析物質產生一對可鑑別的光 譜峰。也可以選擇所述摻雜劑，以使其不與幹擾物質結合，或以所產生的輸 出易於區分並與目標物質不同的方式結合。可以在離子改性器(ionmodifier) 中將摻雜劑加合物從特定的離子中除去，例如在該離子改性器中，通過施 加高電場來對離子進行改性。然而，這隻有當所述離子改性器的區域是不含 摻雜劑時才有效，因為否則將發生再結合。可選擇地，可以通過升高溫度來 除去摻雜劑加合物。然而所述摻雜劑加合物的去除是沿所述漂移區的整個路 徑逐漸發生的，因此不是產生尖銳的不摻雜的單體峰和摻雜的單體峰，而是產生兩個彼此橋接的畸形的峰。

發明內容
本發明的目的是提供一種可供選擇的離子遷移率譜儀。
根據本發明的一個方面，本發明提供了一種上述類型的離子遷移率譜 儀，其特徵在於，反應區是摻雜的，從而在供應給各個漂移室之前，所有的 分析物樣品都進行了摻雜，所述漂移室各自包括離子改性器， 一個所述漂移 室是摻雜的，而另一個所述漂移室是不慘雜的，從而當摻雜的分析物離子在 不摻雜的所述漂移室中進行離子改性時，將摻雜劑加合物除去，但是，當摻 雜的分析物離子在摻雜的所述漂移室中進行離子改性時，該分析物離子與該 漂移室中的摻雜劑結合，從而由兩個所述漂移室提供不同的輸出。
至少一個離子改性器可以包括用於建立足以碎裂所述離子的高電場的 裝置。可選擇地，至少一個離子改性器可以有效地升高溫度。優選將兩個所 述漂移室配置成背靠背。所述反應區和摻雜的所述漂移室中的摻雜劑可以是 相同的，或可以是不同的。摻雜的所述漂移室可以通過摻雜的分子過濾器進 行摻雜。可以將所述譜儀配置成響應於檢出與已知幹擾物相對應的峰，啟 動離子改性器，從而僅在不摻雜的所述漂移室中除去所述摻雜劑加合物。


圖1是本發明的離子遷移率譜儀的示意圖。
具體實施例方式
下面通過實施例並參考附圖來描述根據本發明的離子遷移率譜儀。
所述譜儀具有一個管狀的漂移池(drift cell)組件1，該組件1具有一個 設置在中間的反應區或室2和一個成倒置的T形的入口 3。該譜儀在大氣壓力或接近大氣壓力的條件下工作。所述入口 3通過選擇性的隔層4 (例如膜、 針孔等等)而通向所述反應室2的上端。所述反應室2包括一些常規的電離
裝置，如所顯示的電暈離子化點5，但也可以是任意的可選擇的形式，例如:
放射源或紫外光致電離源。所述反應室2還包括常規的摻雜裝置6，例如 吸收劑材料中的摻雜劑化學品的加熱供應，將該加熱供應配置成以緩慢的速 率釋放所述摻雜劑化學品。
所述反應室2的底端與兩個漂移室或漂移池11和21相通，將該兩個漂 移室彼此軸向並背靠背地配置，以將它們的入口端12和22安置在中間並通 向所述反應室。從US5227628中可以獲知這種成對的IMS漂移池的構造。 所述漂移池11和21各自包括常規的靜電門13和23，來自所述反應室2的 離子通過該靜電門13和23而被接納進人所述漂移池或被所述漂移池所排 除。通過處理單元20來控制所述靜電門13和23的運作。在每個漂移池11 和21中，在所述靜電門13和23的下遊沿所述漂移池的軸向安裝有離子改 性器裝置，該離子改性器裝置以一對平行的電極柵14和24的形式沿離子流 動通路的橫向而延伸。所述電極柵14和24的構造使得離子可以自由通過， 且在這一方面，該電極柵優選由導電線網構成，所述導電線之間具有間隔， 離子可以流過這些間隔。所述電極柵14和24與所述處理單元20相連，該 處理單元20可用於在所述電極柵之間施加高電壓，該高電壓例如通過使所 述離子碎裂而足以改變處於所述電極柵之間的所述間隔內的任意離子的特 性。該高電場的額外作用是從所述離子中除去所述摻雜劑加合物。所述漂移 池11和21各自具有多個常規類型的漂移電極15和25，這些電極沿所述漂 移池間隔排列，並與處理/控制單元20相連，該處理/控制單元20對所述電 極施加電壓，以建立沿所述漂移池的電勢梯度，從而有效地推動所述離子向 遠端遷移。所述離子改性器可以採用各種不同的形式，並可以例如包括加熱 器，該加熱器可以有效地將所述離子的溫度升高到足以對它們進行改性。在所述漂移池11和21各自的遠端，設置有與所述離子流動通路成一條 直線的收集器盤或檢測器盤16和26，以接受沿各個漂移池的長度方向通過 的離子。所述收集器盤16和26各自以通常的方式與所述處理/控制單元20 相連，從而產生表示入射於該盤上的離子的輸出光譜。將該輸出提供給顯示 器21或其它應用裝置。
分別通過獨立的空氣流動系統17和27，使空氣沿所述漂移池11和21 以與所述離子的流動方向相反的方向循環。右側的流動系統27包括流動通 路270，該流動通路270具有進入所述漂移池21並與所述收集器盤26相鄰 的出口 271。該流動通路270的入口 272位於鄰近所述靜電門23的位置。通 過泵273而使空氣沿所述流動通路270流動，在所述流動通路入口 272和該 泵的入口 275之間，成直線地連接有一個分子過濾器單元274。因此，空氣 沿著所述漂移池21從右向左循環，且通過所述過濾器單元274的作用而被 乾燥並淨化。相似地，與左側漂移池11相連的所述流動系統17連接有泵173 和分子過濾器174，以提供沿所述漂移池從左向右並與所述離子的流動相反 的循環空氣流。然而，所述流動系統17與所述右側漂移池21的不同之處在 於所述分子過濾器174充有摻雜劑化學品，以使在該漂移池11中循環的 空氣持續地被摻雜。也可以使用可選擇的裝置而使所述漂移池11是慘雜的。 右側的漂移池21沒有任何這樣的摻雜，因此該漂移池是不摻雜的，與所述 左側漂移池11的慘雜特性相反。
在操作過程中，分析物樣品蒸汽通過入口 3和隔層4而被接納進入所述 漂移池組件l，並在所述反應室2中進行摻雜和離子化。隨後，獲得的離子 例如通過由帶電的極板(未示出)而產生的電場向兩個漂移池11和21的入 口端12和22遷移。摻雜的離子以時控的方式被處於所述處理/控制單元20 的控制之下的所述靜電門13和23所接納並分別等量地進入所述漂移池11 和21。在正常操作中，離子改性器14和24是不通電的，摻雜的離子分別沿所述漂移池11和21向所述檢測器盤16和26遷移，並在處理器20上產生 基本相同的響應，將這些響應組合在一起，以產生表示分析物質的輸出。然 而，如果該輸出包含一個己知幹擾物的峰，那麼將啟動處於所述漂移池11 和/或21的任何一個或兩個中的所述離子改性器14和/或24。在不摻雜的右 側漂移池21中，該啟動的效果為在它的不摻雜的漂移區中除去摻雜劑加合 物，並且這些不摻雜的離子繼續在它們的通道中沿該漂移池向所述檢測器板 26遷移。也可以引發碎裂或離子化學中的其它變化。然而，在摻雜的左側漂 移池11中，儘管開始時所述離子改性器14有效地從離子中除去所述摻雜劑 加合物，但是所述離子迅速地與沿所述漂移池流動的摻雜劑物質再結合。所 述漂移池11中的摻雜劑可以與所述反應室2中所使用的慘雜劑相同或不同。 然而，所述離子改性器14可以有效地改變摻雜的離子的離子化學。因此可 以觀察到兩個漂移池11和21的輸出是不同的。當啟動所述離子改性器時， 在一個或兩個所述漂移池中，由目標分析物質和其幹擾物所產生的輸出響應 通常是不同的。因此，通過在使用前用所述分析物質和其幹擾物來標定該裝 置，可以區分開所述物質和其幹擾物。
權利要求
1、一種離子遷移率譜儀，該離子遷移率譜儀具有兩個漂移室(11和21)和一個公用的反應區(2)，其特徵在於，所述反應區(2)是摻雜的，從而在供應給各個所述漂移室(11或21)之前，所有的分析物樣品都進行了摻雜，所述漂移室(11和21)各自包括離子改性器(14和24)，一個所述漂移室(11)是摻雜的，而另一個所述漂移室(21)是不摻雜的，從而當摻雜的分析物離子在不摻雜的所述漂移室(21)中進行離子改性時，將摻雜劑加合物除去，但是，當摻雜的分析物離子在摻雜的所述漂移室(11)中進行離子改性時，該分析物離子與該漂移室中的摻雜劑結合，從而由兩個所述漂移室(11和21)提供不同的輸出。
2、 根據權利要求1所述的離子遷移率譜儀，其中，至少一個所述離子 改性器(14和24)包括用於建立足以碎裂離子的高電場的裝置。
3、 根據權利要求1所述的離子遷移率譜儀，其中，至少一個所述離子 改性器有效地升高溫度。
4、 根據前述權利要求中任意一項所述的離子遷移率譜儀，其中，兩個 所述漂移室(11和21)被配置成背靠背。
5、 根據前述權利要求中任意一項所述的離子遷移率譜儀，其中，在所 述反應區(2)和摻雜的所述漂移室(11)中的所述摻雜劑是相同的。
6、 根據權利要求1-4中任意一項所述的離子遷移率譜儀，其中，在所 述反應區(2)和摻雜的所述漂移室(11)中的所述摻雜劑是不同的。
7、 根據前述權利要求中任意一項所述的離子遷移率譜儀，其中，摻雜的所述漂移室(11)通過摻雜的分子過濾器(174)進行摻雜。
8、根據前述權利要求中任意一項所述的離子遷移率譜儀，其中，該譜儀被配置成響應於檢出與已知幹擾物相對應的峰，啟動所述離子改性器，從而僅在不摻雜的所述漂移室(21)中除去所述摻雜劑加合物。
全文摘要
一種離子遷移率譜儀，該離子遷移率譜儀具有兩個漂移室(11)和(12)和一個公用的摻雜的反應區(2)。所述漂移室各自包括離子改性器(14)和(24)，例如一個離子改性器通過高電場來碎裂摻雜的離子。一個漂移室(11)是摻雜的，而另一個漂移室(12)是不摻雜的。通過這種方式，由改性過程來除去摻雜劑加合物，但是隨後僅在摻雜的漂移室(11)中與摻雜劑再結合，從而通過兩個所述漂移室產生不同的輸出。
文檔編號G01N27/64GK101641593SQ200880006640
公開日2010年2月3日 申請日期2008年2月28日 優先權日2007年3月3日
發明者A·克拉克, J·R·阿特金森, S·J·泰勒 申請人:史密斯探測-沃特福特有限公司