[实用新型]电晕放电组件和包括该电晕放电组件的离子迁移谱仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及安全检测技术领域，具体涉及一种便于制造的，多针长寿命电晕放电组件，以及用于检测毒品和爆炸物的采用该组件作为电离源的离子迁移谱仪。

背景技术

离子迁移谱仪根据不同离子在均匀弱电场下漂移速度不同而实现对离子的分辨。它具有分辨速度快，灵敏度高，不需要真空环境，便于小型化的优点，因此在毒品和爆炸物的探测领域得到了广泛的应用。典型的离子迁移谱仪通常由进样部分、电离部分、离子门、迁移区、收集区、读出电路、数据采集和处理、控制部分等构成。其中电离部分主要功能是将样品分子转化成可供迁移分离的离子，因此电离的效果对谱仪的性能具有非常直接的影响。目前的技术中，最常见和应用最广的电离组件是采用⁶³Ni放射源，它具有体积小，稳定性高、不需要外加电路的优点，但同时也存在线性范围窄、转化离子浓度低和辐射污染的问题。尤其是辐射污染问题为设备的操作、运输和管理上带来诸多不便。为了克服上述问题，采用电晕放电离子源技术代替放射源技术。电晕放电是指在空间不均匀电场中由于局部的强电场引起气体分子电离的一种现象。电晕放电直接产生的离子一般称为反应物离子，当具有更高的质子或电子亲和势的样品分子通过电离区时，俘获反应物离子的电荷而被电离。通常电晕放电结构较为简单，因而成本低廉，同时电晕放电产生的电荷的浓度相比于放射源要高得多，因此有利于提高离子迁移谱仪的灵敏度，并得到较大的动态范围。国外专利US5485016、CA2124344、中国专利CN1950698A中报道电晕放电作为离子迁移谱仪电离源的应用实例。常见的电晕放电结构有针尖-平板或针尖-圆筒放电形式，如图1A、1B所示。实现放电的电晕针通常有固定尾端安装于支撑基体上，尾端导通高压电源；电晕针的另一端为自由端（即，针尖），通常是具有曲率半径非常小（0.1mm以下）的尖端。平板或圆筒电极与针尖之间的空间内形成不均匀静电场，使靠近针尖的附近电场强度很高，而距针尖较远的空间的电场强度递减。气体电离只发生在电极自由尖端近表面空间，电离区域很小，从而产生的离子浓度也较小；若增大电离区域，则需要较高的电压，对高压电源要求较高。另外，在只有一个尖端放电的情况下，电晕放电对电晕电极会产生氧化，长期运行后，气体中的水蒸气等引起的化学反应会严重腐蚀尖端，使其曲率半径增大，增大了电晕放电电压阈值，降低了其电晕放电的稳定性，导致寿命终结；并且，为了达到较小的曲率半径，针的直径一般很细，其强度较低，产品在制造和装配时保持较高位置精度难度大。为了改善这种情况，开发了多针电晕放电的结构。

美国专利US7326926B2描述了一个典型的多针簇电晕放电离子源，见图1C。其采用一束平行的电晕针代替经典电晕放电离子源的单根电晕针；多针束多个尖端同时加载高压放电的设计，在一定程度上缓解了单电晕针放电失效引起的电离源的寿命降低问题。但是多针同时加载高压放电也存在显著的缺点，首先，多针同时加载高压，各针所形成的电场会相互影响，使针尖处的电场强度降低，需要提高电晕电压，对高压电源提出了更高的要求；另外，各针由于加工的不一致性导致各自尖端的形状和表面情况并不相同，并不能保证所有针尖均满足电晕放电的条件，而是曲率半径相对较小的针先发生放电，并逐渐耗蚀使其曲率半径逐渐变大后不再满足电晕放电的条件，其余满足条件的针开始放电，这样某一时刻有几根针发生电晕放电不能得到保证，有很大的随机性，因此电离产生的离子数量也变化很大，导致电晕放电不稳定，从而不利于离子迁移谱仪的稳定工作。

实用新型内容

发明人意识到，若能够实现多根针轮流电晕放电，即某一个时刻只能有一根针针尖处电场强度达到电晕放电阈值，其余针针尖处场强较低或零场强，可以同时解决多针同时加高压电晕离子源的不稳定性以及单针电晕离子源寿命短的问题。

本实用新型的目的是提供一种稳定的，便于操作的，转盘控制多针轮流电晕放电组件设计方案，该设计能够有效增加电离组件的整体使用寿命，有利于提高离子通过率，减少离子在电晕腔内的损耗，增加离子源电晕放电的稳定性，提高迁移谱仪性能。