CN111199868B - 一种微型阵列离子迁移管 - Google Patents
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Abstract
本发明设计了微型阵列离子迁移管，并考虑微型化。阵列离子迁移管都有独立的电离源、反应区、离子门、迁移区和信号检测单元，让两种模式的离子或不同电离源的离子互不干扰，独立工作，确保检测信号的稳定性。反应区和迁移区的电极由上下电极板和电极棒组成，迁移管更加紧凑，上电极板分布着形成迁移电场的分压电阻，缩小了迁移管的体积。两根离子迁移管共用进气和漂气，简化离子迁移谱的供气系统；共用一个迁移管体，确保迁移管的连接性和密封性。电极板上的其他区域可以有其他电路模块，实现集成化。本发明结构设计简单紧凑，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及离子迁移管技术领域，具体涉及离子迁移谱的核心部件一种微型阵列离子迁移管，该阵列离子迁移管采用阵列一体式电路板设计，微型化的离子迁移管内部结构，实现了不同电场或不同电离源，正负双模式或多电离源同时检测，极大提高了离子迁移管的检测范围，同时利于集成和微型化。
背景技术
离子迁移谱是一种利用离子的迁移率不同检测离子的一种仪器，电离源将样品电离成正负离子，正负离子在离子门的作用下，飞进迁移区，一段距离后，到达检测器，产生离子信号。不同正负离子穿越迁移区的时间不同，对应不同的出峰时间的信号，实现样品的检测和分离。
由于检测样品的物理和化学性质不同，经电离源的作用，被电离成正负离子。迁移区的电场一般为正或负电场，因此产生的正负离子只能一次检测一种模式的离子，即正电场，检测正离子，负电场检测负离子。传统单根离子迁移管要么工作在正电场环境下，即正模式，要么工作在负电场环境下，即负模式。要想实现一次进样，正负离子同时被检测，单根离子迁移管很难实现。有些开发了单根离子迁移管的快速正负切换，即：迁移管的分时复用技术。离子迁移管有静电效应和电极间还会形成大电容，它们直接影响模式切换的速度，同时高压的正负切换对高压电源提出很高的技术要求，难于制作小型化的正负高压切换电源。
不同电离源可检测样品的范围和IMS的性能指标不同。如放射性镍源主要发生质子转移，电荷转移、加合反应和去质子化反应。灯电离原理为样品分子吸收一个光子的能量便可失去一个电子形成离子的电离方式。光电离发生需要满足样品分子吸收光子的能量等于或高于其电离能。电离方式不同检测的范围也不同，如果它们组合使用可以扩大样品的检测范围。
为了实现一次进样，正负离子同时被检测，或同一模式不同电离源离子迁移管同时检测，专门设计阵列离子迁移管。扩大离子迁移谱应用范围，实现正负模式样品的全覆盖，或不同电离源的同步检测。
为解决上面的问题发明了一种微型阵列离子迁移管，将两根迁移管阵列集成度更高。
发明内容
本发明的目的是提供一种微型阵列离子迁移管，重点解决了多根离子迁移管阵列集成和微型化等技术问题。
本发明采用下面技术方案:
微型阵列离子迁移管,
包括电离源、电极板、反应区体、迁移区体、电极棒、双体离子门、离子排斥极、栅网、法拉第盘、法拉第盘支架和信号屏蔽筒；
反应区体和迁移区体分别为带有二个从上至下设置的、二端开口的内筒的双筒体结构，两个内筒左右对称的分别贯穿反应区体和迁移区体的上下端面；
双体离子门为二个固定于同一平面上的相互间隔的离子门；
反应区体置于迁移区体上方，双体离子门置于反应区体和迁移区体之间，反应区体上的二个内筒分别经双体离子门上的一个离子门与迁移区体上的二个内筒一一对应设置，反应区体上的二个内筒的几何中心线分别与迁移区体上的二个内筒的几何中心线重合；
在反应区体每个内筒的左右二侧从上至下均分别设有一排通孔，每排通孔的孔数至少为1个；对应于内筒左右二侧的二排通孔相平行对称；
在迁移区体每个内筒的左右二侧从上至下均分别设有一排通孔，每排通孔的孔数至少为5个；对应于内筒左右二侧的二排通孔相平行对称；
于反应区体和迁移区体的前后二个筒体壁面上分别设有相平行的电极板，在电极板上对应于反应区体和迁移区体的通孔处分别开设有电极过孔；
于每个通孔内均设有一电极棒，电极棒的二端分别穿过前后二个电极板的电极过孔，且对应于每个内筒的左右二侧的二排电极过孔中一一对应的电极过孔通过金属导线连接，电极棒与电极过孔焊接固定；这样前电极板上金属导线、对应与其相导电连接的两个电极棒和对应的后电极板上与两个电极棒导电连接的金属导线围成一个方形电极环；
于反应区体上部的左右两侧各设有一分别与左右内筒连通的出气孔，于反应区体上方中部设有一分别与两个内筒相连通共用进样孔；在反应区每个内筒上开口端均设有一环状离子排斥极；在迁移区每个内筒下开口端均设有一环状栅网电极；栅网电极、迁移区体的一个内筒、双体离子门的一个离子门、反应区体的一个内筒与离子排斥极同轴放置；
一下端设有二个凹槽的绝缘电离源罩，于每个离子排斥极上方均设有一电离源，二个电离源分别置于电离源罩的凹槽中，电离源罩的二个凹槽四周边缘分别与二个内筒上开口端四周边缘密闭连接，电离源的出光口或离子引出端面向环状离子排斥极的中部空腔；于栅网电极下方设有法拉第盘，法拉第盘的上端为信号接收圆盘、下端为信号引出端的T型；法拉第盘下方和外侧设有法拉第盘架和信号屏蔽筒；在屏蔽筒的中部二法拉第盘之间设有一分别与两个迁移区体的内筒相连通共用漂气孔。
于一个电路板的每个内筒对应反应区的最上方的金属导线通过分压电阻与离子排斥极电连接，反应区的最下方的金属导线通过分压电阻与双体离子门的一个离子门引出端电连接；当反应区的金属导线个数为2个以上时，从上至下依次通过分压电阻串联；迁移区的金属导线个数为5个以上，迁移区的最下方的金属导线通过分压电阻与栅网电连接，迁移区的最上方的金属导线通过分压电阻与双体离子门的另一个离子门引出端电连接；迁移区的金属导线电极从上至下依次通过分压电阻串联。
电离源、反应区内筒、离子门、迁移区内筒和法拉第盘它们在一个中心轴组成一根离子迁移管，这样的离子迁移管沿左右阵列为2个。
电极板为一平面电路板，共为前后两个，在一根离子迁移管上沿迁移管体方向分两组排列等间隔的金属导线，第一组为反应区的金属导线，第二组为迁移区的金属导线，在金属导线的两端各有一个电极过孔，金属导线一般与电极过孔孔径等宽，用于焊接电极棒；在两组金属导线中间有两个离子门过孔，用于焊接了离子门；金属导线可以在平面电路板一面或双面。平面电路板可以为印制电路板(PCB板)、印制陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯或聚酰亚胺薄膜等基材电路板；平面电路板可有焊接分压电阻的焊盘；平面电路板大小根据需要而定，在其他区域可以有其他电路模块。
电极棒为一金属导电电极棒，电极的两端可以插入电极板的电极过孔，方便焊接到电极板上。
双体离子门的单个离子门两组电极分别单独引出，能从电极板的离子门孔引出，可以是BP门，或也可以是TP门。
分压电阻或直接焊接在电极板的金属导线上，或置于电极板外。
电离源可以采用VUV灯、镍源、电晕放电、辉光放电、电喷雾或激光等电离方式。
本发明将离子迁移管阵列形成两根离子迁移管并列使用并考虑微型化设计。两根离子迁移管都有独立的电离源、反应区、离子门、迁移区和信号检测单元，让两种模式的离子或不同电离源的离子互不干扰，独立工作，确保检测信号的稳定性。反应区和迁移区的电极由上下电极板和电极棒组成，迁移管更加紧凑，上电极板分布着形成迁移电场的分压电阻，缩小了迁移管的体积。两根离子迁移管共用进气和漂气，简化离子迁移谱的供气系统；共用一个迁移管体，确保迁移管的连接性和密封性。电极板上的其他区域可以有其他电路模块，实现集成化。本发明结构设计简单紧凑，实用性强。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
图1本发明以VUV灯电离源为例的双管微型阵列离子迁移管整体结构剖面图。
图2本发明双管微型阵列离子迁移管整体结构示意图。
图3本发明以双管为例的平面电极板结构示意图。
图4本发明双体BN离子门结构示意图。
具体实施方式
根据整体结构示意图图2所示，微型阵列离子迁移管包括电离源模块、电极板、反应区、离子门、迁移区和信号接收模块等组成，它们都是阵列的。
见图1剖面图，电离源模块包括其中电离源2和电离源罩1组成，其中电离源1可以VUV灯、镍源、电晕放电、辉光放电、电喷雾、激光等电离方式，本实施例采用的是VUV等电离源。为了便于离子引出，在电离源的前端装有一个离子排斥极3。
信号接收模块包括法拉第盘11，法拉第盘架9和屏蔽筒10，每一根迁移管都一个信号接收模块。法拉第盘架9为绝缘体，起到固定法拉第盘11作用。屏蔽筒10位于最外层起到电磁屏蔽作用，在屏蔽筒的外侧有一共用漂气孔13，它与迁移区体7的内筒相通。法拉第盘11一般为盘式信号接收装置，其前安装用于消除干扰的栅网8。
反应区由反应区体4和反应区电极组成，反应区体4为有双内筒的绝缘的矩形体，每一根迁移管都有一个出气孔12和一个共用的进气孔14。迁移区由迁移区体7和迁移区电极组成。电极板19为一电路板，分前后两块板子，见图3平面电极板，其表面阵列有金属导线15和对应过孔20，双迁移管阵列为两列金属导线15，每列金属导线15由矩形离子门孔17分成左右两组，左边为迁移区电极，右边为反应区电极，前后两个反应区电极与电极棒6围成矩形电极环为反应区电极；前后两个迁移区电极与电极棒6围成矩形电极环为迁移区电极；反应区电极和迁移区电极两两用分压电阻16电连接；在两列中间反应区位置设有一个进气孔过孔18。
离子门的个数与迁移管根数有关，双迁移管阵列为双体离子门5，见图4BN结构离子门。有个独立的离子门，每个离子门上都有两组，组间互不相连，组内相连的金属丝21组成，它们在一个平面上形成叉指结构。离子门位于反应区和迁移区之间，由分压电阻16与反应区和迁移区电连接。本实施使用BN型离子门做说明的，对于TP型离子门可以对照此进行设计，同样适用本专利。
每一根迁移管都有自己独立的电离源、反应区、离子门、迁移区和信号接收模块，产生的信号互补干扰，独立运行，方便不同模式或电离源的迁移管同时工作，产生同步信号。同时它们的电离源罩1、反应区体4、迁移区体7和屏蔽筒10是一体的，共用一个漂气孔13和一个进气孔14，方便供气，电极棒6穿过反应区体4、迁移区体7与上下电极19板相连，电场电极也为一体化。
电极板19的电路、形状、大小根据需要而定，如，可以在金属导线15放置焊盘将分压电阻焊16直接接到板上，或焊接到在其他区域，也可以在别的区域印制其他电路模块，利于集成化微型化。
本实施例为两根离子迁移管阵列，若两根以上离子迁移管参照本设计思路阵列的离子迁移管同样适用本专利。
Claims (8)
1.微型阵列离子迁移管，包括电离源、电极板、反应区体、迁移区体、电极棒、双体离子门、离子排斥极、栅网、法拉第盘、法拉第盘支架和信号屏蔽筒；
反应区体和迁移区体分别为带有二个从上至下设置的、二端开口的内筒的双筒体结构，两个内筒左右对称的分别贯穿反应区体和迁移区体的上下端面；
双体离子门为二个固定于同一平面上的相互间隔的离子门；
反应区体置于迁移区体上方，双体离子门置于反应区体和迁移区体之间，反应区体上的二个内筒分别经双体离子门上的一个离子门与迁移区体上的二个内筒一一对应设置，反应区体上的二个内筒的几何中心线分别与迁移区体上的二个内筒的几何中心线重合；
在反应区体每个内筒的左右二侧从上至下均分别设有一排通孔，每排通孔的孔数至少为1个；对应于内筒左右二侧的二排通孔相平行对称；
在迁移区体每个内筒的左右二侧从上至下均分别设有一排通孔，每排通孔的孔数至少为5个；对应于内筒左右二侧的二排通孔相平行对称；
于反应区体和迁移区体的前后二个筒体壁面上分别设有相平行的电极板，在电极板上对应于反应区体和迁移区体的通孔处分别开设有电极过孔；
于每个通孔内均设有一电极棒，电极棒的二端分别穿过前后二个电极板的电极过孔，且对应于每个内筒的左右二侧的二排电极过孔中一一对应的电极过孔通过金属导线连接，电极棒与电极过孔焊接固定；这样前电极板上金属导线、对应与其相导电连接的两个电极棒和对应的后电极板上与两个电极棒导电连接的金属导线围成一个方形电极环；
于反应区体上部的左右两侧各设有一分别与左右内筒连通的出气孔，于反应区体上方中部设有一分别与两个内筒相连通共用进样孔；在反应区每个内筒上开口端均设有一环状离子排斥极；在迁移区每个内筒下开口端均设有一环状栅网电极；栅网电极、迁移区体的一个内筒、双体离子门的一个离子门、反应区体的一个内筒与离子排斥极同轴放置；
一下端设有二个凹槽的绝缘电离源罩，于每个离子排斥极上方均设有一电离源，二个电离源分别置于电离源罩的凹槽中，电离源罩的二个凹槽四周边缘分别与二个内筒上开口端四周边缘密闭连接，电离源的出光口或离子引出端面向环状离子排斥极的中部空腔；于栅网电极下方设有法拉第盘，法拉第盘的上端为信号接收圆盘、下端为信号引出端的T型；法拉第盘下方和外侧设有法拉第盘架和信号屏蔽筒；在屏蔽筒的中部二法拉第盘之间设有一分别与两个迁移区体的内筒相连通共用漂气孔。
2.如权利要求1所述的微型阵列离子迁移管，其特征在于：
于一个电路板的每个内筒对应反应区的最上方的金属导线通过分压电阻与离子排斥极电连接，反应区的最下方的金属导线通过分压电阻与双体离子门的一个离子门引出端电连接；当反应区的金属导线个数为2个以上时，从上至下依次通过分压电阻串联；迁移区的金属导线个数为5个以上，迁移区的最下方的金属导线通过分压电阻与栅网电连接，迁移区的最上方的金属导线通过分压电阻与双体离子门的另一个离子门引出端电连接；迁移区的金属导线电极从上至下依次通过分压电阻串联。
3.如权利要求1所述的微型阵列离子迁移管，其特征在于：电离源、反应区内筒、离子门、迁移区内筒和法拉第盘它们在一个中心轴组成一根离子迁移管，这样的离子迁移管沿左右阵列为2个。
4.如权利要求3所述的微型阵列离子迁移管，其特征在于：电极板为一平面电路板，共为前后两个，在一根离子迁移管上沿迁移管体方向分两组排列等间隔的金属导线，第一组为反应区的金属导线，第二组为迁移区的金属导线，在金属导线的两端各有一个电极过孔，金属导线与电极过孔孔径等宽，用于焊接电极棒；在两组金属导线中间有两个离子门过孔，用于焊接了离子门；金属导线在平面电路板一面或双面，平面电路板为印制电路板（PCB板）、印制陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯或聚酰亚胺薄膜基材电路板；平面电路板有或者没有焊接分压电阻的焊盘；平面电路板大小根据需要而定，在其他区域有或者没有其他电路模块。
5.如权利要求1所述的微型阵列离子迁移管，其特征在于：电极棒为一金属导电电极棒，电极的两端可以插入电极板的电极过孔，方便焊接到电极板上。
6.如权利要求1或2所述的微型阵列离子迁移管，其特征在于：双体离子门的单个离子门两组电极分别单独引出，能从电极板的BN型离子门的离子门孔或TP型离子门的离子门孔引出。
7.如权利要求1或2所述的微型阵列离子迁移管，其特征在于：分压电阻或直接焊接在电极板的金属导线上，或置于电极板外。
8.如权利要求1所述的微型阵列离子迁移管，其特征在于：电离源采用VUV灯、镍源、电晕放电、辉光放电、电喷雾或激光电离方式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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