[发明专利]等离子体源正负离子协同检测离子迁移谱仪

说明书

技术领域：

本发明涉及一种等离子体源正负离子协同检测离子迁移谱仪，是利用大气压下离子在电 场中的迁移特性来分离物质的一种检测装置。

背景技术：

离子迁移谱常用离子源是放射源⁶³Ni，它性能稳定、体积小、不需外加电源，但因为放 射性物质的使用，使得仪器在购买、使用、维护、管理和处置方面，要遵守放射源管理法规， 增加了用户负担，限制了设备的普遍使用。此外，⁶³Ni离子源产生的离子数密度一定，一般 在几百个pA，导致Ni-IMS的检测灵敏度和动态范围有限。本发明用等离子体源，离子源电 流在μA～mA之间，离子强度远高于放射源所产生的离子强度，可以提高仪器的探测灵敏 度，本发明涉及的离子迁移谱仪的检测灵敏度可达到≤50×10^-12g。另外传统的放射源的离子 流不能改变，本发明中的离子源可根据需要进行离子流大小的调节。本发明涉及的等离子体 源无放射性，对人体无危害，易于仪器的使用、维护和管理以及市场推广。

离子迁移谱对不同种类的物质检测时需要不同的工作方式。通常对爆炸物检测时采用负 离子，对毒品和有机物检测时采用正离子。常用的离子迁移谱仪只能在单一离子极性下工作， 仪器不能对同一样品中的爆炸物、毒品和有机物进行同时检测。本发明中的离子迁移谱仪为 正负离子协同测量，可以对样品中的痕量爆炸物、毒品和有机物实施快速同时检测。

发明内容：

本发明的目的是提供一种新的等离子体源正负离子协同检测离子迁移谱仪，用大气压放 电产生等离子体，等离子体中的正离子或负离子与待测物质之间的离子-分子反应将待测量 物质离子化，借助正/负离子在电场中的迁移分离实现待测物质的同时检测，是一种痕量爆炸 物、毒品和挥发性有机物快速检测装置。

本发明的技术方案：

一种高效等离子体离子源，其特征在于等离子体源的产生方法是在阴、阳两个金属电极 间施加电压，形成等离子体；电极形状是针、棒、板、筒或者网状，放电电压在几百到几千 伏，电流在微安到毫安量级；等离子体源的信号强度、产生离子的极性可调节，形成强度大 的正离子和负离子，以满足痕量爆炸物、毒品或挥发性有机物的高灵敏检测。

等离子体源正负离子协同检测离子迁移谱仪，其特征在于主要由等离子体源、离子迁移 管、气体净化驱动、供电部件、信号探测单元和嵌入式控制显示器组成；等离子体源是在阴、 阳两个金属电极间施加电压，形成等离子体；电极形状是针、棒、板、筒或者网状，放电电 压在几百到几千伏，电流在微安到毫安量级；等离子体源的信号强度、产生离子的极性可调 节，形成强度大的正离子和负离子，能够进行正负离子协同测量，同时检测爆炸物、毒品和 有机物。

本发明等离子体源正负离子协同检测离子迁移谱仪结构图如图1所示，待测物质在载气 带动下由进样口进入到反应区，等离子源中的反应离子将被测物质离子化，形成的产物离子 进入到迁移区，运动一定时间后到达离子检测器被探测，经软件分析处理，结合数据库对比 和运算，最后在显示器上给出被测物质的成分和浓度，并能给出声音报警。

等离子体源用于产生初始反应离子，当仪器为正离子检测方式时，主要反应离子为 H⁺(H₂O)_n；在负离子工作方式时，主要反应离子为O₂^-(H₂O)_n。本发明提供的等离子体离子源 电极结构可以是针、棒、板、筒或者网状，阴极和阳极由金属材料组成，电极距离在mm～cm 之间，产生稳定等离子体的电极电压在几百到几千伏，电流在微安到毫安量级。

等离子体源产生的电流可以通过可调镇流电阻调节。当镇流电阻的阻值为50-100kΩ时， 两电极间产生的放电电流在μA量级。当镇流电阻的阻值在10-100MΩ时，两电极之间的放 电电流在mA量级。