[发明专利]一种双极性可控脉冲电晕放电电离源及其离子迁移谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及气相检测技术领域，具体涉及一种双极性可控脉冲电晕放电电离源及其离子迁移谱仪。

背景技术

离子迁移谱(Ion Mobility Spectrometry，IMS)是过去几十年来发展起来的一项新型气相分析检测技术，主要是通过气态离子的迁移率来表征各种不同的化学物质，以达到对各种物质分析检测的目的。离子迁移谱仪能在大气压和室温条件下工作，结构简单，分析速度快，灵敏度高，特别适合于一些挥发性有机化合物的痕量探测。离子迁移谱仪在国家安全、环境监测、生物医学、食品卫生等众多领域都展示出了其无限的潜力。

待测样品在载气的带动下通过进气口进入反应区，在电离源的作用下通过质子夺取反应、电子附着反应、电子交换反应等过程生成相对稳定的产物离子。产物离子通过离子栅门的控制，在同一时间进入漂移区。漂移区为处于大气环境中的一段均匀电场，电场强度约为200～400V/cm，产物离子因受电场的加速和逆向中性大气分子的碰撞减速，在宏观上就表现为获得了一个恒定的平均速度。由于不同的产物离子其荷质比、空间几何构型和碰撞截面等不同，因而获得的平均速度也不同，所以不同的产物离子在电场中被成功分离，先后到达法拉第接收极，从而获得离子迁移谱信号，经数据处理及数据库检索，即可以得到待测样品的种类和浓度。

电离源主要是将样品分子在大气压条件下电离成离子，以便在漂移区中进行分离检测。一般要求电离源可以将样品充分电离，同时还要少受空气组份的影响。常用的电离方法有如下几种：放射性电离，电晕放电电离，紫外灯电离，激光电离，电喷雾电离，火焰电离，表面电离等多种方式。目前，最常用的电离源是采用放射性材料制成的金属箔，它无需外接电源，应用简单，但同时它又具有辐射性，可能会对人体造成伤害，在使用、运输、加工以及处理等方面都有严格的操作规程，再加上放射性电离源的线性范围窄、选择性欠好和放射性污染等问题，对IMS检测技术的发展存在很大限制。电晕放电是常压下产生等离子体的主要放电方式之一，相比较放射性电离源，电晕放电产生的电子密度大，因此可以提高整体仪器的探测灵敏度，并得到较大的动态范围。电晕放电离子迁移谱仪可以检测一些放射性电离源离子迁移谱仪不能检测或灵敏度很低的非挥发性链烷烃和芳香族化合物，还可以对液体样品直接进行分析。

电晕放电主要有直流电晕放电和脉冲电晕放电两种方式。早期的研究工作大部以直流电晕放电为主，但脉冲电晕放电的优点显而易见，可以减轻放电针电极的损耗，提高电极寿命；电晕放电时产生的氮氧化物NOX和O₃会干扰气相分子-离子反应，会大大降低负离子物质的检测灵敏度，脉冲电晕放电则可以减少NO_X和O₃的生成，利于消除其对正常产物离子的不利影响。

中国专利文献CN101339160B探讨了离子迁移谱仪正负离子协同检测的方案，釆用极性切换的直流高压电晕放电；中国专利文献CN102479659A釆用直流高压电晕放电，中国专利文献CN104752148A主要釆用多根可独立控制高压通断的电晕针；中国专利文献CN203983231是一种正离子检测脉冲电晕放电离子迁移谱仪。但是，以上专利有一个共同的问题，即缺乏有关正负离子脉冲电晕放电电离源的结构和实际应用；而且，所涉及的离子迁移谱仪均为工作在单一离子极性模式下，不能实现对待测样品的正、负离子的同时检测，限制了仪器的应用。国内尚无离子迁移谱仪可以使用单检测器和正负离子脉冲电晕放电电离源实现真正的正负离子的快速协同检测，不能满足仪器在线检测的要求。

发明内容

针对现有技术中的以上不足，本发明提供一种设计结构简单，可以在大气压条件下同时产生正/负离子、放电性能稳定，且具有优良电离效率及整体使用寿命的双极性可控脉冲电晕放电电离源及其离子迁移谱仪。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种双极性可控脉冲电晕放电电离源，包括脉冲高压模块、电极基座和安装在所述电极基座上的电极，所述电极与所述脉冲高压模块电性连接，所述电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极包括平行设置的第一电极I和第一电极II，所述的第一电极I和第一电极II垂直设置于所述电极基座上，且所述的第一电极I和第一电极II之间通过一绝缘隔板隔开，分别用于产生正离子和负离子；所述第二电极为一带有网孔的金属网片，其覆盖于所述第一电极上方的所述电极基座的开口端。

所述第一电极I和第一电极II均为针状电极。

所述第一电极I和第一电极II的直径为0.1-0.3mm，长度为3-5mm。