一種電暈放電組件、離子遷移譜儀和電暈放電方法與流程
2023-09-22 05:39:13 1
本發明涉及安全檢測技術領域，本發明尤其涉及一種電暈放電組件、離子遷移譜儀和電暈放電方法。
背景技術：
目前，離子遷移作為快速檢測爆炸物及毒品的儀器，目前已經廣泛應用於機場、地鐵、場館的安檢領域。傳統的離子遷移產品多採用放射源產生反應離子，但放射源危險性高，嚴格受控，不能用於飛機內部等場所的安檢。因此自上世紀90年代開始，多家公司開始了非放射源的產品化研究。目前市場上主要以電暈放電，光電離源，電噴霧源，輝光放電等幾種非放射源技術為主，其中電暈放電及光電離是各個公司採用的最主要的電離源形式。電暈放電產生的反應離子種類非常豐富，在所有電離源中，它產生的反應離子與放射源最接近，是替代放射源的最佳選擇。電暈放電源的缺點是損耗快壽命短，要經常更換，增加了儀器設計的難度。現有技術中公開一種對針的正負脈衝電暈放電源，其優點是能同時產生正負離子，並通過控制開門信號與脈衝電暈的時間間隔，達到控制樣品分子與反應離子間反應進程的目的。雖然使用脈衝來有效地延長針的壽命，但針尖得損耗依然是不可避免的，其缺點是針的壽命較短，需要定期更換。另一種直流切換電暈源，當切換到高壓時，電暈金屬絲產生的反應離子可以使摻雜分子帶電，當切換到低壓時，則無法使摻雜分子帶電，其使用目的是可控的摻雜狀態。光電離原理簡單，容易實現，缺點是壽命偏低，因為電暈電壓越高，針尖損耗越快，背景氣體越活躍，針的汙染越嚴重，雖然使用了切換電壓的方法(工作時，電暈高壓開啟，產生電暈，不工作的時候，電暈高壓電位低，無法起暈，不產生電暈)減少高壓的使用頻率，但是其電暈源的壽命依然偏低。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：如何提高電暈源的壽命。為實現上述的發明目的，本發明提供了一種電暈放電組件、離子遷移譜儀和電暈放電方法。一方面，本發明提供一種電暈放電組件，包括至少一個電暈放電單元，所述電暈放電單元包括一對平行設置的電暈金屬絲；所述平行設置的電暈金屬絲上施加幅度相等極性相反的脈衝。可選地，所述電暈金屬絲直徑為10微米至50微米。可選地，所述金電暈金屬絲是鉑金或鈀金製成。可選地，所述脈衝強度為1kV至5kV。可選地，所述脈衝時間小於1微秒。可選地，所述電暈放電單元是多個，所述多個電暈放電單元的電暈金屬絲按施加的脈衝極性交替設置。可選地，所述電暈放電單元的電暈金屬絲線性排列。可選地，所述電暈放電單元的電暈金屬絲呈折線形陣列方式排列。可選地，所述電暈放電單元的電暈金屬絲呈環形陣列方式排列。另一方面，本發明還提供一種離子遷移譜儀，包括依序設置的離化區、離子門、遷移區和法拉第盤；所述離化區內固定有電暈放電組件；所述電暈放電組件是上述的電暈放電組件。可選地，所述離化區的電位與所述電暈金屬絲的直流偏置相等。可選地，所述電暈金屬絲的方向與離子遷移管的軸向方向垂直。另一方面，本發明還提供一種電暈放電方法，應用於上述的電暈放電組件，包括如下步驟：向所述電暈金屬絲上施加幅度相等極性相反的脈衝。可選地，還包括向電暈金屬絲通電消除氧化層的步驟。本發明提供的電暈放電組件、離子遷移譜儀和電暈放電方法，能產生比針或者尖端電暈更多的反應離子，有利於提高離子遷移的靈敏度，同時可以有效地提高電暈源的使用壽命能將壽命延長至3-10年。附圖說明圖1是本發明提供的電暈放電單元結構示意圖；圖2是本發明多個電暈放電單元水平設置電暈金屬絲截面圖；圖3是本發明多個電暈放電單元雙層設置電暈金屬絲截面圖；圖4是本發明多個電暈放電單元環形設置電暈金屬絲截面圖；圖5是本發明離子遷移譜儀結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。如圖1所示，本發明提供一種電暈放電組件，電暈放電組件應用於電暈源中，該電暈放電組件包括至少一個電暈放電單元1，電暈放電單元1包括一對平行設置的電暈金屬絲11、12；平行設置的電暈金屬絲11、12上施加幅度相等極性相反的脈衝。下面對本發明提供的電暈放電組件展開詳細的說明。如圖1所示，在本發明中，每個電暈放電單元1包括一對平行設置的電暈金屬絲11、12。電暈金屬絲11和12優選採用鉑金和鈀金等。當然可以理解，本發明不僅限於此，其他具有高化學惰性、高延展性、高強度的高導電率金屬也仍然可以實現本發明。電暈金屬絲11和12的直徑優選為10微米至50微米之間。如果電暈金屬絲過細會進一步提高加工難度，電暈金屬絲加工成本高，如果電暈金屬絲太粗，所需的脈衝幅度過高，對商業脈衝源的要求過高。本發明提供的電暈放電組件的工作過程是這樣的：電暈放電單元中的電暈金屬絲11、12在不工作時，電暈金屬絲11和電暈金屬絲12上不施加電壓，且電暈金屬絲11和電暈金屬絲12處於零電場區域，電暈金屬絲11和電暈金屬絲12都處於等電位。電暈放電單元中的電暈金屬絲11、12在工作時，分別在電暈放電單元中的電暈金屬絲11、12施加幅度相等極性相反的脈衝。例如在電暈金屬絲11上施加極性為正(+)的脈衝，同時在電暈金屬絲12上施加極性為負(-)的脈衝。在電暈金屬絲11、電暈金屬絲12施加的脈衝幅度優選為1kV至5kV。此時，電暈金屬絲11上形成正脈衝電暈，電暈金屬絲12上形成負脈衝電暈。電暈金屬絲11上形成正離子，電暈金屬絲12上形成負離子。電暈金屬絲11上形成的正離子在電暈金屬絲11和電暈金屬絲12上施加的脈衝產生的強電場作用下向電暈金屬絲12方向運動。電暈金屬絲12上形成的正離子在電暈金屬絲11和電暈金屬絲12上施加的脈衝產生的強電場作用下向電暈金屬絲11方向運動。在電暈金屬絲11、電暈金屬絲12施加脈衝的時間優選小於1毫秒。由於向電暈金屬絲11和電暈金屬絲12施加脈衝有效放電時間很短，因此，電暈產生時，電暈金屬絲11上形成正離子，電暈金屬絲12上形成負離子不足以到達電暈金屬絲12上，電暈金屬絲12上形成負離子不足以到達電暈金屬絲11上。脈衝結束後，電暈金屬絲11上形成的正離子和電暈金屬絲12上形成的負離子在無場空間中擴散並與空氣中的分子(O2，H2O，N2)發生反應，形成大量的反應離子(O2-，(H2O)H+，NO+及其水合物)，樣品分子M與這些反應離子在離化區域中進行充分的電荷交換後，形成的樣品離子(M(H2O)nO2-，M(H2O)nH+等，n＝1，2，3…)進入遷移區，在遷移電場的作用下到達法拉第盤，根據飛行時間的不同，達到鑑別物質的目的。在本發明中，電暈放電組件採用電暈金屬絲11、12可以有效延長電暈源的壽命。但是，電暈金屬絲11、12在使用過程中，也會產生相應的損耗。如圖2至圖4所示，為了儘可能延長電暈源的壽命，電暈源中的電暈放電單元1是多個，多個電暈放電單元1的電暈金屬絲按施加的脈衝極性交替設置。如圖2至圖4所示，電暈放電組件包括多個電暈放電單元1，多個電暈放電單元1的多根電暈金屬絲11、12並列，正負電暈金屬絲11、12交錯排列，圖中，+代表正電暈金屬絲，-代表負電暈金屬絲。如圖2至圖4所示，在本發明中，電暈源中的多個電暈放電單元可以交替使用也可以同時使用，下面對多個電暈放電單元的使用方式分別展開詳細說明。電暈源中的多個電暈放電單元101、102、103交替使用時，每次只使用一部分(使用其中的一個電暈放電單元或兩個電暈放電單元)。具體地，如圖2至圖4所示，當工作時，只給第一電暈放電單元中101的電暈金屬絲11(-1)和電暈金屬絲12(+1)施加脈衝，其它的電暈放電單元102、103中的電暈金屬絲都處於原始等電位。經過一段時間(幾個月)的運行後電暈金屬絲「-1」，「+1」不能再正常起暈，則通過電路切換到電暈放電單元102運行，只給第二電暈放電單元中102的電暈金屬絲11(-2)和電暈金屬絲12(+2)施加脈衝，以此類推再切換到第三電暈放電單元中103，這樣可以有效地延長電暈源的使用壽命。電暈源中的多個電暈放電單元101、102、103同時使用時，如圖2至圖4所示多個電暈放電單元101、102、103中的所有正電暈金屬絲11電連接，所有負電暈金屬絲12絲電連接，只會在間距最近的一對電暈金屬絲或幾對電暈金屬絲之間產生電暈，而其它的電暈金屬絲是不產生電暈。多個電暈放電單元同時實用的優點如下：(1)，當其中的一對電暈金屬絲絲或一部分電暈金屬絲絲不工作時，其它的電暈金屬絲開始產生電暈，從而有效地提高電暈源的使用壽命。(2)，多電暈金屬絲絲結構的電暈產生更多的離子，從而有效地增加反應離子的數量。如圖2所示，本發明的一種實施方案中，電暈源中的多個電暈放電單元101、102、103的多個電暈金屬絲11、12線性排列。電暈金屬絲11、12呈+、-、+、-、+、-方式形成一排排列。相鄰的電暈金屬絲11、12之間產生電暈，相鄰的電暈放電單元之間交替產生電暈。如圖3所示，本發明的另一種實施方案中，電暈源中的多個電暈放電單元101、102、103的多個電暈金屬絲呈折線形陣列方式排列。如此，多個電暈金屬絲呈波浪形設置，兩排電暈金屬絲11、12構成正負電暈源，上排為正電暈金屬絲11，下排為負電暈金屬絲12。例如，所有的電暈金屬絲11和電暈金屬絲12工作時，相鄰的電暈金屬絲11、12之間(「+1」和「-1」、「-2」)之間產生電暈。在上下排電暈金屬絲11、12間交替產生電暈，相鄰的電暈放電單元之間交替產生電暈。如圖4所示，本發明的另一種實施方案中，電暈源中的多個電暈放電單元101、102、103的電暈金屬絲11、12的橫截面呈環形陣列排列。所有電暈金屬絲11、12優選整體形成一個圓形，在「+1」上施加正脈衝，「-1」或(和)「-6」上施加負脈衝，就會產生正負電暈。呈環形陣列排列設置的電暈金屬絲11、12間交替產生電暈，相鄰的電暈放電單元之間交替產生電暈。應當可以理解，本發明中圖2至圖4所示的電暈源中，多個電暈放電單元可以交替使用也可以同時使用，具體使用過程參考以上實例，再次不再作一一贅述。為進一步體現本發明提供的電暈放電組件的優越性，本發明還提供一種應用上述電暈放電組件的離子譜儀，如圖5所示，該離子譜儀包括：包括依序設置的離化區10、離子門2、遷移區3和法拉第盤5；離化區內固定有電暈放電組件1；電暈放電組件1是上述的電暈放電組件。下面對本發明提供的離子譜儀展開詳細的說明。如圖5所示，離化區中的電暈源包括一個電暈放電組件1，電暈放電組件1中的電暈金屬絲固定在離化區10中，電暈金屬絲的方向優選與離子遷移方向垂直。離化區10的電位與電暈金屬絲的直流偏置相等。在本發明中，離子門3可以是BN門也可以是網狀門(應當可以理解，本法發明不僅限於此，現有技術中任意形式的門均可以實現本發明)，遷移區3由一系列極片31構成，遷移區域3收集離子的法拉第盤5之間還設置有抑制柵4。如圖5所示，本發明提供的電暈放電組件的離子譜儀的工作過程是這樣的：離化區10中的兩根電暈金屬絲上分別施加幅度相等極性相反的脈衝，在兩根電暈金屬絲表面產生了大量正、負離子。這些正負離子向對面的電暈金屬絲運動，但由於脈衝很短，它們到達之前脈衝就結束了，大量的正負離子在離化區10中擴散，與空氣分子發生反應形成了大量的反應離子。樣品分子與反應離子在離化區1中進行充分的電荷交換，形成了樣品離子。離子門3開啟後，樣品離子進入遷移區3，在遷移電場的作用下經過抑制柵4後到達法拉第盤5。電暈金屬絲能產生比針或者尖端電暈更多的反應離子，有利於提高離子遷移的靈敏度。當電暈金屬絲的表面由於雜質、樣品汙染而覆蓋上一氧化層時，可以給電暈金屬絲通電來消除氧化層，延長電暈金屬絲的使用壽命。為進一步體現本發明提供的電暈放電組件的優越性，本發明還提供一種應用上述電暈放電組件的電暈放電方法，應用於上述的電暈放電組件，包括如下步驟：向電暈金屬絲上施加幅度相等極性相反的脈衝。當電暈金屬絲的表面由於雜質、樣品(主要是各種有機物)汙染而覆蓋上一氧化層時，可以給電暈金屬絲通電來消除氧化層，電極絲通電發熱可促使這些物質揮發或進一步氧化從而消除，延長電暈金屬絲的使用壽命。綜上所述，提供的電暈放電組件、離子遷移譜儀和電暈放電方法，能產生比針或者尖端電暈更多的反應離子，有利於提高離子遷移的靈敏度，同時可以有效地提高電暈源的使用壽命能將壽命延長至3-10年。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。