专利名称：离子迁移谱仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种离子迁移谱仪。
背景技术：
美国专利7259369 B2提出了使用四极电场对正负离子同时进行存储的方法，其中 正负离子同处于一个存储区。但是，离子迁移谱仪仍然具有改进的需要。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种离子迁移谱仪，该离子迁移谱仪能够同时检测正负 离子。 根据本实用新型的一方面，本实用新型提供了一种离子迁移谱仪，该离子迁移谱 仪包括电极；分别设置在该电极的相对的两侧的两个存储电极，通过该两个存储电极的 电位的变化来存储来自两个存储电极之间的中部的离子以及用于将存储的离子从该存储 电极排出。 根据本实用新型的另一方面，所述的离子迁移谱仪还包括两个导出电极，该两个
导出电极分别设置在两个存储电极附近、靠近所述电极的一侧，用于通过导出电极与所述
电极的电位差，将来自两个存储电极之间的中部的离子导入到存储电极处。 根据本实用新型的另一方面，所述电极是环状的部件，离化源设置在该环状的部
件的内部。 根据本实用新型的另一方面，所述存储电极具有内部空间，离子存储在该内部空 间中。 根据本实用新型的另一方面，所述导出电极具有内部空间，离子通过该内部空间 导入到存储电极处。 根据本实用新型的另一方面，所述存储电极包括形成所述内部空间的环状件，和
设置在该环状件的、远离所述中部的一侧并与环状件电连接的、导电的网状件。 根据本实用新型的另一方面，所述导出电极包括形成所述内部空间的环状件。 根据本实用新型的另一方面，所述存储电极的环状件形成的所述内部空间的横截
面积的大小朝向所述中部，逐渐减小。 根据本实用新型的另一方面，所述导出电极的环状件形成的所述内部空间的横截 面积的大小朝向所述中部，逐渐减小。 根据本实用新型的另一方面，所述存储电极的环状件形成的所述内部空间具有大 体截顶圆锥体的形状或部分球体的形状。 根据本实用新型的另一方面，所述导出电极的环状件形成的所述内部空间具有大 体截顶圆锥体的形状或部分球体的形状。 根据本实用新型的另一方面，所述的离子迁移谱仪还包括设置在所述存储电极 的、远离所述导出电极的一侧的迁移区入口电极，该迁移区入口电极包括形成圆柱状的内部空间的环状件，和设置在该环状件的、靠近所述存储电极的一侧并与该迁移区入口电极 的环状件电连接的、导电的网状件。 根据本实用新型的另一方面，所述导出电极、所述存储电极、所述电极同轴设置。 根据本实用新型的另一方面，所述导出电极、所述存储电极、所述电极、所述迁移 区入口电极同轴设置。 根据本实用新型的另一方面，所述存储电极的网状件与所述迁移区入口电极的网 状件的网孔在轴向上对准。 根据本实用新型的另一方面，在离子存储在存储电极处的存储阶段，对于负离子，
存储电极的电位高于迁移区入口电极和导出电极的电位；对于正离子，存储电极的电位低
于迁移区入口电极和导出电极的电位；在离子从存储电极导出的导出阶段，对于负离子，导
出电极的电位、存储电极的电位、迁移区入口电极的电位依次升高，对于正离子，导出电极
的电位、存储电极的电位、迁移区入口电极的电位依次降低。 根据本实用新型的另一方面，所述电极的电位是零。 根据本实用新型的再一方面，本实用新型提供了一种利用离子迁移谱仪的检测方 法，所述离子迁移谱仪包括电极、设置在该电极的第一侧的第一导出电极、设置在该第一导 出电极的远离所述电极的一侧的第一存储电极、设置在该第一存储电极的远离所述第一导 出电极的一侧的第一迁移区入口电极、设置在该电极的与第一侧相对的第二侧的第二导出 电极、设置在该第二导出电极的远离所述电极的一侧的第二存储电极和设置在该第二存储 电极的远离所述第二导出电极的一侧的第二迁移区入口电极，所述方法包括负离子存储 步骤通过使第一存储电极的电位高于第一迁移区入口电极和第一导出电极的电位，在第 一存储电极存储负离子；以及正离子存储步骤通过使第二存储电极的电位低于第二迁移 区入口电极和第二导出电极的电位，在第二存储电极存储正离子，其中所述负离子存储步 骤和所述正离子存储步骤能够同时进行。 根据本实用新型的又一方面，所述方法还包括负离子导出步骤通过使第一导 出电极的电位、第一存储电极的电位、第一迁移区入口电极的电位依次升高，从第一存储电 极将离子导出到第一迁移区，以便进行检测；正离子导出步骤通过使第二导出电极的电 位、第二存储电极的电位、第二迁移区入口电极的电位依次降低，从第二存储电极将离子导 出到第二迁移区，以便进行检测，其中所述负离子导出步骤和所述正离子导出步骤能够同 时进行。 通过上述结构和方法，本实用新型能够有效地提高灵敏度和分辨率，且控制简单 方便。
图1是根据本实用新型实施例的离子迁移谱仪的示意图； 图2是根据本实用新型实施例的离子迁移谱仪的导出电极的示意剖视图； 图3是根据本实用新型实施例的离子迁移谱仪的导出电极的示意图； 图4是根据本实用新型另一实施例的离子迁移谱仪的导出电极的示意剖视图； 图5是根据本实用新型实施例的离子迁移谱仪的存储电极的示意剖视图； 图6是根据本实用新型实施例的离子迁移谱仪的存储电极的网状导电件的示意
4剖视图； 图7是根据本实用新型实施例的离子迁移谱仪的迁移区入口电极的示意剖视图； 图8是根据本实用新型实施例的离子迁移谱仪的迁移区入口电极的导电网状件 的示意剖视图； 图9是根据本实用新型实施例的离子迁移谱仪的电极、导出电极、存储电极、迁移 区入口电极、和迁移区其余电极上的电位的示意图，其中横轴表示电极位置，纵轴表示电 位。 图10是根据本实用新型实施例的离子迁移谱仪的电极、导出电极、存储电极、迁 移区入口电极、和迁移区其余电极上的电位随时间变化的示意图，其中横轴表示时间，纵轴 表示电位，并且上述各电极的电位针对正离子。 图11是根据本实用新型实施例的离子迁移谱仪的电极、导出电极、存储电极、迁 移区入口电极、和迁移区其余电极上的电位随时间变化的示意图，其中横轴表示时间，纵轴 表示电位，并且上述各电极的电位针对负离子。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式
对本实用新型做进一步说明。 如图1中所示，根据本实用新型实施例的离子迁移谱仪10包括电极1和分别设 置在该电极1的相对的两侧的两个存储电极5和5'。通过该两个存储电极5和5'的电 位的变化来存储来自两个存储电极5和5'之间的中部(S卩，朝向图1中的电极1)的离子 以及用于将存储的离子从该存储电极5和5'排出。 根据本实用新型实施例的离子迁移谱仪10还可以包括外壳IOO，设置在外壳1中 的迁移气入口 15和17，载气和样品入口 21以及载气出口 19。作为选择，离化源101可以 设置在外壳100的外部，此时载气和样品入口 21以及载气出口 19可以相应地设置在离化 源101上。 所述离子迁移谱仪还可以包括两个导出电极3和3'，该两个导出电极3和3' 分别设置在两个存储电极5和5'附近、靠近所述电极1的一侧，用于通过导出电极3和3' 与所述电极l的电位差，将来自两个存储电极5和5'之间的中部的离子导入到存储电极5 和5'。 所述电极1可以是环状的部件，离化源101可设置在该环状的部件的内部，如图1 中所示。所述电极1也可以是任何其它合适的形状，例如，盘状。 如图l-4所示，所述导出电极3和3'分别具有内部空间31和31'，离子通过该 内部空间31和31'导入到存储电极5和5'处。作为选择，在本实用新型的一个实施例 中，所述离子迁移谱仪10不包括导出电极3和3'，而是通过存储电极5和5'与所述电极 l之间的电位差，将离子引入到存储电极5和5'，并通过设置存储电极5和5'的电位，使 离子存储在'存储电极5和5'。 如图l-4所示，导出电极3和3'是形成各自的内部空间31和31'的环状件。在 本实用新型的一个实施例中，所述导出电极3和3'的所述内部空间31和31'的横截面积 的大小朝向所述中部(即，朝向图1中的电极l)逐渐减小。作为选择，所述内部空间31和 31'可以是诸如柱状的任何合适的其它形状。[0042] 如图l-4所示，在一些实施例中，导出电极3和3'的所述内部空间31和31'具有 大体截顶圆锥体的形状或部分球体的形状。导出电极3和3'的所述内部空间31和31' 可以具有任何合适的形状，例如抛物面所形成的空间等。 在本实用新型的一个实施例中，如图1、5所示，所述存储电极5和5'分别具有内 部空间53和53'，离子存储在该内部空间53和53'中。 如图1、5、6所示，在一些实施例中，存储电极5包括形成所述内部空间的环状件 51，和设置在该环状件51的、远离所述中部(即，远离图l中的电极l)的一侧并与环状件 51电连接的、导电的网状件52(存储电极5'具有相同的结构)。在一个实施例中，如图6 中所示，该网状件52可以由导电的环状件521和与导电的环状件521电连接和机械连接的 导电的网522构成。作为选择，网状件52可以仅仅由导电网构成。所述存储电极5和5' 的环状件形成的所述内部空间53和53'的横截面积的大小朝向所述中部(即朝向图1中 的电极l)逐渐减小。作为选择，所述内部空间53和53'可以是诸如柱状的任何合适的其 它形状。作为存储电极5和5'的实例，网状件52的网孔包括各种样式的孔，如六边形孔、 圆孔、矩形孔等，并且环状件51和网状件52压在一起且相互电连接。在一些实施例中，网 状件52的网丝要求尽可能细，形成的离子存储区在轴向方向的尺寸小于5mm，该存储电极5 的内部空间53形成无电场区。 如图1、5所示，并且参照图4，在一些实施例中，所述存储电极5和5'的环状件形 成的所述内部空间53和53'可以具有大体截顶圆锥体的形状或部分球体的形状。所述存 储电极5和5'的环状件形成的所述内部空间53和53'可以具有任何合适的形状，例如抛 物面所形成的空间等。 如图1中所示，根据本实用新型实施例的离子迁移谱仪还可以包括设置在存储 电极5和5'的、远离导出电极3和3'的一侧的迁移区入口电极7和7'。该迁移区入口 电极7包括形成圆柱状的内部空间73的环状件71，和设置在该环状件71的、靠近所述存 储电极5的一侧并与该迁移区入口电极7的环状件71电连接的、导电的网状件72 (迁移区 入口电极7'与迁移区入口电极7具有相同的结构)。在一个实施例中，如图8中所示，该 网状件72可以由导电的环状件721和与导电的环状件721电连接和机械连接的导电的网 722构成。作为选择，网状件72可以仅仅由导电网构成。 作为选择，迁移区入口电极7和7'可以采用任何合适的其它结构，例如具有锥形 的内部空间或者仅仅是一个环状件等。作为迁移区入口电极7的实例，网状件72的网孔包 括各种样式的孔，如六边形孔、圆孔、矩形孔等，并且环状件71和网状件72压在一起且相互 电连接。 如图1中所示，在一些实施例中，所述导出电极3和3'、所述存储电极5和5'、 所述电极l同轴设置。在其它一些实施例中，如图1所示，所述导出电极3和3'、所述存储 电极5和5'、所述电极1和所述迁移区入口电极7和7'同轴设置。 在一些实施例中，如图1中所示，所述存储电极5和5'的网状件与所述迁移区入 口电极7和7'的网状件的网孔在轴向(即图l中的水平方向)上大体对准，由此可以减少 离子撞死的概率。 在一些实施例中，根据本实用新型的实施例的离子迁移谱仪还包括其余迁移区 环电极9和9'，以及法拉第盘ll等，如图l中所示。此外，上述各电极之间均用绝缘材料隔开。离化源可以为同位素源63Ni，可采用的离化技术可以为电晕放电、激光、紫外光、X射
线等源。电极1可以作为所述离化源101的屏蔽外壳，且处于固定的零电位。在本实用新
型的一些实施例中，所述的离子导出电极和所述的存储电极可以为喇叭口结构。 在一些实施例中，所述存储电极5与所述迁移区入口电极7以及所述存储电极5'
与所述迁移区入口电极7'的间距小于3毫米，由此方便离子从所述迁移区入口电极推入
迁移区。 如图9中所示，附图标记101、103、105、107、109、103' 、105' 、107' 、109'分别 表示电极1、导出电极3、存储电极5、迁移区入口电极7、其余迁移区环电极9、导出电极 3'、存储电极5'、迁移区入口电极7'、其余迁移区环电极9'的电势。图9中，实线表示 使离子存储在存储电极的存储状态时的电位，虚线表示从存储电极将离子导出到迁移区以 便进行检测的电位。 在一些实施例中，导出电极3、存储电极5的电位可以变化。 在一些离子迁移谱仪的实施例中，在离子存储在存储电极5和5'处的存储阶段， 对于负离子(参见图9中的左侧)，存储电极5'的电位105'高于迁移区入口电极7'的电 位107'和导出电极3'的电位103';对于正离子(参见图9中的左侧)，存储电极5的电 位105低于迁移区入口电极7的电位107和导出电极3的电位103。在离子从存储电极5和 5'导出的导出阶段，对于负离子，导出电极3'的电位103'、存储电极5'的电位105'、 迁移区入口电极7'的电位107'依次升高，对于正离子，导出电极3'的电位103'、存储 电极5'的电位105'、迁移区入口电极7'的电位107'依次降低。 在一些实施例中，电极1的电位是零。 在一些实施例中，如图1和9中所示，作为离化源101的屏蔽金属外壳的电极1、 导出电极3和存储电极5存在电位差，迁移区入口电极7加上固定电位，其余的迁移区环电 极9加上均匀递减的电位而形成迁移区，由此对正离子进行存储、迁移并被法拉第盘11进 行收集。同样，电极1、离子导出电极3'和存储电极5'存在电位差，迁移区入口电极7' 加上固定电位，其余的迁移区环电极9加上均匀递增的电压形而成迁移区，由此对负离子 进行存储、迁移并被法拉第盘11进行收集。实线109和109'分别为各环电极9和9'的 电位，在存储阶段和离子导出阶段都保持稳定不变。 在一些实施例中，在离子存储阶段时，正离子将移动到形成的势阱105处进行存 储，负离子将移动到形成的势阱105'处进行存储，可通过调节各电极的电位，形成合适的 势阱深度来实现最大存储量和离子从势阱的快速推出。离子导出电极3、存储电极5上的电 位同时提高到如103和105所指的虚线位置，正离子被导入到迁移区进行漂移、收集，随后 离子导出电极3、存储电极5上的电位恢复到存储状态时的电位。导出电极3'、存储电极 5'上的电位同时提高到如103'和105'所指的虚线位置，负离子被导入到迁移区进行漂 移、分辨，随后导出电极3'、存储电极5'上的电位恢复到存储状态时的电位。 本实用新型还提供了一种利用离子迁移谱仪10的检测方法，所述离子迁移谱仪 包括电极1、设置在该电极的一侧的导出电极3'、设置在该导出电极3'的远离所述电极 l的一侧的存储电极5'、设置在该存储电极5'的远离所述导出电极3'的一侧的迁移区 入口电极7'、设置在该电极1的与导出电极3'相对的一侧的导出电极3、设置在该导出 电极3的远离所述电极1的一侧的存储电极5和设置在该存储电极5的远离所述导出电极
73的一侧的迁移区入口电极7，所述方法包括负离子存储步骤通过使存储电极5'的电位 高于迁移区入口电极7'和导出电极3'的电位，在存储电极5'存储负离子；以及正离子 存储步骤通过使存储电极5的电位低于迁移区入口电极7和导出电极3的电位，在存储电
极5存储正离子，其中所述负离子存储步骤和所述正离子存储步骤能够同时进行。
在本实用新型的一些实施例中，所述方法还包括负离子导出步骤通过使导出 电极3'的电位、存储电极5'的电位、迁移区入口电极7'的电位依次升高，从存储电极 5'将离子导出到相应的迁移区91'，以便进行检测；正离子导出步骤通过使导出电极3
的电位、存储电极5的电位、迁移区入口电极7的电位依次降低，从存储电极5将离子导出 到迁移区91，以便进行检测，其中所述负离子导出步骤和所述正离子导出步骤能够同时进 行。 图10中的附图标记201、207、203、205分别是电极1、迁移区入口电极7、导出电极 3、存储电极5的电位随时间变化的波形。在存储阶段时，电极1的电位为0并等于或高于 导出电极3的电位，导出电极3和迁移区入口电极7的电位均高于存储电极5的电位，在存 储电极5处形成存储区。此时，离化源101(参见图1)处产生的正离子送入存储区进行存 储。当要将正离子从存储区导入迁移区时，离子导出电极3和存储电极5的电位同时升高 一定幅度，且均高于迁移区入口电极7的电位207，就可以将正离子推到迁移区，随后离子 导出电极3和存储电极5的电位再恢复到存储状态。 图11中的附图标记201、207' 、203' 、205'分别是电极1、迁移区入口电极7'、 导出电极3'、存储电极5'的电位随时间变化的波形。在存储阶段时，电极l的电位为0 并等于或低于导出电极3'的电位，导出电极3'和迁移区入口电极7'的电位均低于存储 电极5'的电位，在存储电极5'处形成存储区。此时，电离源101(参见图1)处产生的负 离子被送入存储区进行存储。当要将负离子从存储区导入迁移区时，离子导出电极3'和存 储电极5'的电位同时降低一定幅度，且均低于迁移区入口电极7'的电位207'，就可以 将负离子推到迁移区，随后离子导出电极3'和存储电极5'的电位再恢复到存储状态。 通过上述描述可以看出，在本实用新型的一些实施例中，由两边的导出电极与中 间的电极形成的电场方便离子的引出并高效率地将离子导入存储区。由于存储电极在离子 需要移动的方向可以加工成很薄的结构，且存储电极的直径可以做得较大，且内部电场几 乎为零，可以收集大量的离子且团簇厚度很小，且定向速度几乎为零，减少了离子迁移谱的 宽度，可提高分辨率。此外，喇叭口或球形的存储区方便离子的引出和聚焦。在离子导出阶 段，由于喇叭口的导出电极，使得离化源与导出电极之间形成的反向电场对存储电极离子 引出的影响大大降低。由于在存储阶段离子持续的被导入存储区，且离子导出的时间很短， 大大提高了灵敏度。
权利要求一种离子迁移谱仪，其特征在于，包括电极；分别设置在该电极的相对的两侧的两个存储电极，通过该两个存储电极的电位的变化来存储来自两个存储电极之间的中部的离子以及用于将存储的离子从该存储电极排出。
2. 根据权利要求1所述的离子迁移谱仪，还包括两个导出电极，该两个导出电极分别设置在两个存储电极附近、靠近所述电极的一侧， 用于通过导出电极与所述电极的电位差，将来自两个存储电极之间的中部的离子导入到存 储电极处。
3. 根据权利要求2所述的离子迁移谱仪，其中 所述电极是环状的部件，离化源设置在该环状的部件的内部。
4. 根据权利要求3所述的离子迁移谱仪，其中 所述存储电极具有内部空间，离子存储在该内部空间中。
5. 根据权利要求4所述的离子迁移谱仪，其中所述 导出电极具有内部空间，离子通过该内部空间导入到存储电极处。
6. 根据权利要求5所述的离子迁移谱仪，其中所述存储电极包括形成所述内部空间 的环状件，和设置在该环状件的、远离所述中部的一侧并与环状件电连接的、导电的网状 件。
7. 根据权利要求6所述的离子迁移谱仪，其中所述导出电极是形成所述内部空间的 环状件。
8. 根据权利要求7所述的离子迁移谱仪，其中所述存储电极的环状件形成的所述内 部空间的横截面积的大小朝向所述中部逐渐减小。
9. 根据权利要求8所述的离子迁移谱仪，其中所述导出电极的所述内部空间的横截 面积的大小朝向所述中部逐渐减小。
10. 根据权利要求9所述的离子迁移谱仪，其中所述存储电极的环状件形成的所述内 部空间具有大体截顶圆锥体的形状或部分球体的形状。
11. 根据权利要求10所述的离子迁移谱仪，其中所述导出电极的所述内部空间具有 大体截顶圆锥体的形状或部分球体的形状。
12. 根据权利要求ll所述的离子迁移谱仪，还包括设置在所述存储电极的、远离所述 导出电极的一侧的迁移区入口电极，该迁移区入口电极包括形成圆柱状的内部空间的环状 件，和设置在该环状件的、靠近所述存储电极的一侧并与该迁移区入口电极的环状件电连 接的、导电的网状件。
13. 根据权利要求ll所述的离子迁移谱仪，其中所述导出电极、所述存储电极、所述 电极同轴设置。
14. 根据权利要求12所述的离子迁移谱仪，其中所述导出电极、所述存储电极、所述 电极、所述迁移区入口电极同轴设置。
15. 根据权利要求12所述的离子迁移谱仪，其中所述存储电极的网状件与所述迁移 区入口电极的网状件的网孔在轴向上大体对准。
专利摘要一种离子迁移谱仪，包括电极；分别设置在该电极的相对的两侧的两个存储电极，通过该两个存储电极的电位的变化来存储来自两个存储电极之间的中部的离子以及用于将存储的离子从该存储电极排出。
文档编号G01N27/64GK201508347SQ20092010905
公开日2010年6月16日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者张清军, 曹士娉, 李元景, 林德旭, 毛绍基, 王清华, 陈志强 申请人:同方威视技术股份有限公司