[发明专利]一种离子渗透气体分子分离方法及装置

说明书

本发明提供一种离子渗透气体分子分离装置，包括装置本体，所述装置本体包括离子化电离源、进样导流罩、电离室、离子推斥电极、离子渗透膜、离子中和电极；本发明还涉及一种离子渗透气体分子分离方法。本发明采用紫外光电离、质子亲和电离反应、电场辅助离子渗透、离子中和还原技术相结合，实现样品气体分子快速分离；本发明的分离时间间隔可根据后续检测仪器的分析处理速度联动调节；同时分离处理过程中只需要消耗较小的电功率来电离和辅助离子渗透，无需大范围温控，无需高压载气，整个装置体积小、重量轻、无耗材。本发明构思巧妙，分离效果控制灵活，便于气体检测推广应用。

技术领域

本发明涉及复杂多组分气体分子检测样品前处理领域，特别涉及一种离子渗透气体分子分离方法。

背景技术

复杂多组分气体分子检测是气体精细化检测的重要部分，在采用质谱或离子迁移谱对气体样品进行分析检测时，气体分子种类较少的样品可以直接进样检测，当待测样品为复杂多组分气体时部分样品分子之间会相互干扰导致漏检或误检测，因此对于复杂多组分气体分子的检测需要进行气体分离样品前处理，如与气相色谱联用在进样前用气相色谱对样品分子进行分离处理。

气相色谱是当前质谱检测中使用最为广泛的样品分子分离处理技术，其分离器件色谱柱以气体作为流动相、以固体或液体作为固定相，利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离。但气相色谱的缺点是在分离的过程中需要对色谱柱进行控温加热，同时需要高压纯净的载气来推动流动；例如，气相色谱装置或设备大都采用温控箱来加热色谱柱，同时配备高压氦气和氩气钢瓶来推动流动相，使得整个装置或设备体积大、重量沉重，难以便携移动、不利于现场快速检测，另一方面随着高压载气的消耗更换沉重的载气钢瓶也给使用带来了不便之处；此外色谱柱的保留时间在分钟量级，分离一个样品一般要几分钟到几十分钟的时间，无法胜任检测速度要求在秒级或更快的在线监测。

综上，常用于质谱或离子迁移谱复杂多组分气体样品分离处理的气相色谱装置或设备存在体积大、重量沉重、需要高压钢瓶载气、分离处理速度慢等缺点，随着便携式微小型质谱仪和离子迁移谱仪的发展，气相色谱难以满足质谱和离子迁移谱在便携式现场快检领域以及秒级频率的高速在线检测领域的应用配套需求。有鉴于此，实有必要开发一种新式的气体分子分离方法，用以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种离子渗透气体分子分离方法及装置，采用紫外光电离、质子亲和电离反应、电场辅助离子渗透(场致离子渗透)、离子中和还原技术相结合，实现样品气体分子快速分离；同时分离处理过程中只需要消耗较小的电功率来电离和辅助离子渗透，无需大范围温控，无需高压载气，整个装置体积小、重量轻、无耗材。

为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种离子渗透气体分子分离方法，包括以下步骤：

进气，在离子化电离源与离子推斥电场关闭状态下，向电离反应腔注入样品气体，直至充满电离反应腔后将样品气体封闭在电离反应腔内，向电离反应腔注入样品气体的同时开启载样洗气；

电离化，配置离子化电离源功率，脉冲式开启离子化电离源，得到质子亲和能高的样品气体分子转变成的带电离子，其中，离子化电离源注入的高能光子数量少于电离反应腔中可电离的样品分子数量；

推斥分离，开启离子推斥分离电场，其中，所述离子推斥分离电场穿过电离反应腔和离子渗透膜，带电离子在电场力作用下透过离子渗透膜后到达离子中和电极板，在离子中和电极板上获得电荷被中和还原为中性分子并通过载样洗气携带送至检测仪器，未被电离的样品气体分子因难以穿过离子渗透膜而继续留在电离反应腔中。

优选地，顺序分离，待推斥分离完成，延时等待，待检测仪器完成检测，跳转至下一次电离化，直至样品气体分子按质子亲和能从高到低的顺序依次分离出来。

优选地，所述离子化电离源为紫外光离子化电离源。