一种涂布的电晕电离源的方法与设备的制造方法
【专利说明】一种涂布的电晕电离源的方法与设备
[0001]相关申请的参考
[0002]本申请要求2013年6月21日提交的序列号为61/837，785，名称为“一种涂布的电晕电离源的方法与设备”的美国临时专利申请的优先权，其引入本文作为参考。
【背景技术】
[0003]离子迀移率光谱仪(MS)能够通过电离原料(例如分子，原子等)和测量产生的离子到达检测器所花费的时间从感兴趣的样品识别原料。离子飞行的时间与被电离的分子的质量和几何相关的离子迀移率密切相关。离子迀移率光谱仪在周围环境大气压力下运行并在漂移气体的存在下基于迀移率分离离子。检测器的输出能够直观地表示为例如峰高对漂移时间的等离子体色谱图。
[0004]质谱仪(MS)，在真空下运行并基于荷质比分离离子。在利用质谱仪的一些实施方式中，被电离的样品可以是固体、液体或气体。离子在质量分析仪中根据质荷比被分离并由能够检测带电粒子的装置进行检测。来自检测器的信号随后根据质荷比被处理成离子的相对丰度的光谱。原子或分子通过确定质量或通过特有分裂模式由相关已知质量识别。
[0005]每个检测系统可以包括样品源、离子源、分析器和检测器。离子源的一些实例可以包括产生带电粒子(离子)的设备，可以包括电喷雾电离、感应耦合等离子体、火花电离、放射源(例如，63Ni)等。
【发明内容】
[0006]电晕电离源组合及制作电晕电离源组合的方法被描述为包括:含有第一材料的线材芯的细线材(fine wire)，和含有第二材料的线材涂层，其中，所述线材涂层包裹了部分所述线材芯，且所述线材涂层的直径大于所述线材芯的直径，以及标杆耦合到所述细线材上。在实施方式中，采用本发明公开的技术制作电晕电离源组合的方法，包括:形成线材芯，形成包裹所述线材芯的线材涂层，在至少部分所述线材涂层上形成遮罩层(mask layer),蚀刻所述线材涂层，以及从所述线材涂层上去除所述遮罩层。
[0007]提供本
【发明内容】
用于简要形式地介绍概念的选择，其将进一步在下面的【具体实施方式】中描述。本概述不是旨在识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不是旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
【附图说明】
[0008]详细内容将参考附图描述。在图中，首次出现的参考号的最左边的数字识别该图。在说明书不同的举例中和附图中使用相同的参考号可以表示相似或相同的物品。
[0009]图1A为根据本发明公开的将电晕电离源组合进行装配以实现细线材的示意图。
[0010]图1B为根据本发明公开的将电晕电离源组合进行装配以实现细线材的示意图。
[0011]图1C为根据本发明公开的将电晕电离源组合进行装配以实现细线材的示意图。
[0012]图1D为根据本发明公开的示例我检测系统的示意图。
[0013]图2为在实施例中用于制作电晕电离源组合的方法的流程图，例如图1A到1D所示的设备。
[0014]图3A到3D为根据图2所示的方法制得电晕电离源组合的局部横截面侧视图的示意图，例如图1A到1D所示的设备。
【具体实施方式】
[0015]在离子迀移率光谱仪中，光谱仪可以包括样品源、离子源、分析器和检测器。通常使用的一种类型的电离源包括电晕电离源。电晕电离源利用放电导致通电的导体周边流体电离。当导体周边电场的强度(即点位梯度)足够高形成导电区域，但不足够高造成绝缘破坏或附近物体电弧作用时，电晕源将发生放电。
[0016]—种类型的电晕源是点电晕。其包括很细的线材(例如10微米或更少)连接高电压源(例如从500伏到几千伏)。施加于细线材的高电压在所述细线材周边产生电场。由于线材的小尺寸，线材尖端的电场非常强并造成空气和/或其它气体电离。随着与线材顶端的距离增大，电场强度快速降低，防止了电弧作用。
[0017]另一种类型的电晕源是线电晕。线电晕可以包括布置在两个标杆或支撑物之间的细线材。当高电压施加于细线材时，在细线材的附近产生强电场，其电离周边气体，因此通过光谱仪分析产生的离子。线材也能通过使用电流穿过所述线材而加热。例如所描述的那个热的线电晕能够更可靠的操作和需要用于操作的更低的高电压。施加于所述细线材的高电压可以是恒定电压(例如DC电源)、交流电压(例如AC电源)或一连串的脉冲。
[0018]然而，当提供可靠的导电连接时，由于细线材与标杆的复杂的连接方法，制作这种电晕源被证实是很困难的。一般地，小直径的线材需要施加更低的高电压以产生电晕，其提供了更有效的光谱仪。然而，小直径的线材是很脆，且很难操作及附着于标杆。先前使用卷区(太多的卷曲将破坏线材，太少的卷曲将不能提供很好的导电连接)、电焊(电焊细线材是非常困难的)或钎焊(钎焊在电晕的操作温度下将熔化)的制作方法一直是不可靠的。通常，线材直径是介于操作和制造所述组合的能力之间的折中方案。对于热的线电晕，提供与细线材可靠的导电连接表现得更加困难。
[0019]因此，电晕电离源组合及制作方法被描述为包括:含有第一材料的线材芯的细线材，和含有第二材料的线材涂层，其中所述线材涂层包裹了部分所述线材芯，且所述线材涂层的直径大于所述线材芯的直径，以及标杆耦合到所述线路线材上。在实施方式中，采用本发明公开的技术制作电晕电离源组合的方法，包括:形成线材芯，形成包裹所述线材芯的线材涂层，在至少部分所述线材涂层上形成遮罩层，蚀刻所述线材涂层，以及从所述线材涂层上去除所述遮罩层。
[0020]图1A到图1C示出了根据本发明公开的实施例的电离源组合100。如图所示，电晕源组合100包括细线材102。所述细线材102包括线材细丝102a和线材芯102b。在实施方式中，所述细线材102按如下讨论制作和耦合(例如通过卷曲、钎焊、电焊等)到固定标杆(mounting post) 120上，该固定标杆120起机械支撑细线材102的作用。此外，所述细线材包括比随后在所述细线材102上形成的线材涂层104具有更小直径(例如小于1微米到超过100微米)的线材。在一个实施方式中，所述细线102包括直径大约50微米的铂铑合金。在其他实施方式中，所述细线材102可以包括铂、铂合金、金、铱、钨、合金和其它金属等。用于所述细线材102的材料可以包括第一材料。在实施方式中，所述电晕在所述线材细丝102a周边邻近形成，其中，所述线材细丝102a包括暴露于施加电场的将要被电离的样品中的部分所述细线材102。在实施方式中，所述线材芯102b包括被所述线材涂层104覆盖和/或包裹的所述部分细线材102。所述细线材102可以耦合到固定标杆120上，其中，配置所述标杆120以提供机械支撑和导电连接。所述固定标杆120可以包括金属或合金。在一些实施方式中，所述固定标杆120可以包括来自所述电晕源组合100的分离结构。在其它实施方式中，所述固定标杆120可以包括由所述线材涂层104(例如比设计为所述电晕源的部分更厚的部分)覆盖的部分所述细线材102，例如图1C所示的实施方式。
[0021]如图1A到1C所示，所述电晕源组合100包括由第二材料制作的线材涂层104。在实施方式中，所述线材涂层104包裹至少部分所述细线材102。在这些实施方式中，所述线材涂层104的直径大于所述细线材102的直径。在一种实施方式中，所述线材涂层104包括包裹至少部分所述细线材102的镍钴合金(NiColoy)的涂层。在其它实施方式中，所述线材涂层104包括其它材料和/或金属，例如铜、镍、铁和其它金属或合金等。在一种【具体实施方式】中，所述线材涂层104的直径约为100微米。在其它【具体实施方式】中，所述线材涂层104的直径约为1毫米。只要所述线材涂层的直径大于所述细线材102的直径，所述线材涂层104可以包括其它直径和厚度。此外，所述线材涂层104的材料与所述细线材102的材料有不同的化学性质。
[0022]图1A图示了电晕源组合100直接配置的一个实施例。在该配置中，所述线材细丝102a形成部分和/或牢固地耦合到两个更厚的线材上(例如，在两个不同部分之间具有所述线材细丝102a的所述线材涂层104覆盖的所述细线材102，其中，高压电源能够流动穿过所述线材细丝102a，且将将要被电离的样品暴露于所述线材细丝102a并产生电晕)。图1B图示了点电晕源组合100的一个实施例。在该配置中，所述线材涂层104和所述细线材102可以类似地形成直接配置，除了所述细线材102的一端形成为突出点(例如所述细线材102的一端不耦合到另一个线材上)。在该配置中，对所述细线材102施加高电压，且在突出点旁边形成电晕。
[0023]图1C图示了热的线材电晕源组合100用于离子迀移率光谱仪设备的一个实施例。在该具体实施例中，细线材102包括牢固附着于两个更厚线材的薄铂铑合金线材102a (例如部分所述细线材102被线材涂层104覆盖)。所述厚线材能够用于机械地牢固所述细线材102并且以提供导电连接。该具体实施例包括蚀刻线材涂层104和细线材102以及部分弯曲成所需的形状的涂覆的线材。当所述涂覆的线材弯曲时，所述蚀刻方法能够在弯曲或成形过程之前或随后进行，取决于所需的配置和所使用的材料。在该实施例中，部分所述细线材102和所述线材涂层104被陶瓷管106覆盖或包裹。所述陶瓷管106可以起机械支撑的作用，同时还起电绝缘体的作用。此外，所述陶瓷管106可以通过陶瓷水泥或其它合适的粘合剂耦合到部分所述线材涂层104上。在该实施例中，电晕源组合100可以进一步耦合到固定标杆120上。
[0024]如图1D所示，所述电晕源组合100可以用作检测系统110的组件起离子源114的作用。在一种实施方式