一种PCB板组成的离子迁移管

一种pcb板组成的离子迁移管
技术领域
1.本发明涉及一种离子迁移管，具体涉及一种由pcb板组成的离子迁移管，特别适合应用于可穿戴或便携式仪器中。


背景技术：

2.离子迁移谱(ims)是指利用在气相中的迁移率来识别化学品的原理和方法的设备。离子迁移管作为离子迁移谱样品的分离和检测器，其设计结构和性能直接决定仪器的大小和性能指标。离子迁移管设计各式各样，大小和形状千差万别。大多数传统离子迁移管设计成圆柱形的、多电极环堆叠的形状。电极环间有的采用套筒固定、有的采用螺丝柱挤压。它们都会涉及到大量的机械加工件，成本会很高。电极环也受到机械加工精度的影响，影响到仪器的性能。装配离子迁移管对人员的技术要求高。受到绝缘性和密封性的影响，迁移管的尺寸都很大。不利于仪器的微型化，尤其是可穿戴仪器。
3.使用电子学制造中高精度加工技术，采用印刷电路板(pcb板)可以设计一种离子迁移管。采用pcb板设计的迁移管有：专利cn201820610642.7、202011458384.3、201811381274.4和201811001917.8。专利cn201820610642.7设计的迁移管，将堆叠的电极环替换成pcb板了，同样具有传统离子迁移管的一些缺陷。专利202011458384.3只是用pcb板设计了迁移管的一个零部件。专利201811001917.8和201811381274.4设计的迁移管只有小部分零件为pcb板，还涉及到大量的机械加工件。
4.本发明提供一种pcb板组成的离子迁移管，结构简化到极致，机械加工件减少到极致(栅网除外)，体积可以做到很小。根据离子迁移谱的原理，pcb板组成的离子迁移管同样包括电离源、反应区、离子门、迁移区、栅网和法拉第盘，它们整合成一个有机整体。该迁移管结构简单、成本很低，可以板载或独立使用，小体积的特别适合可穿戴或便携式仪器使用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种pcb板组成的离子迁移管，实现了高集成、小尺寸、低成本的技术难题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种pcb板组成的离子迁移管，包括形成矩形柱体前pcb板、后pcb板、上pcb板、下pcb板、右pcb板和左pcb板各一片，和设置在矩形柱体内部的由前到后2片栅网形成的tp离子门和1片栅网形成的法拉第盘屏蔽栅网；
8.所述前pcb板，中心有一圆孔作为载气口；圆孔的周围铺设作为排斥电极的铜箔；
9.所述后pcb板前面中心位置铺有一圆形的铜箔，作为法拉第盘；于法拉第盘同心、相隔，铺有一圆环形状的地电极；中心偏上位置有一圆孔作为漂气口；后pcb板后面中心位置焊接信号接头，便于信号引出；
10.所述tp离子门前侧形成反应区；所述tp离子门与法拉第盘屏蔽栅网之间形成迁移
区；
11.所述反应区和迁移区内侧的上pcb板、下pcb板、右pcb板和左pcb板上分别设有电极条；所述反应区和迁移区外侧的上pcb板上分别设有电极条、所述反应区和迁移区上pcb板内侧和外侧的电极条上设有分压电阻；
12.在反应区电极条与tp离子门之间的右pcb板上，设有圆孔，作为出气口；
13.所述栅网为中间有网的矩形结构不锈钢薄片；
14.栅网的四边中心分别设有一栅网矩形齿。
15.进一步地，在上述技术方案中，所述前pcb板、后pcb板、上pcb板、下pcb板、右pcb板和左pcb板为矩形结构pcb板材，四周边缘为锯齿形状；所述前pcb板和后pcb板锯齿能分别与上pcb板、下pcb板、右pcb板和左pcb板的锯齿相耦合；所述上pcb板和下pcb板的锯齿能分别与右pcb板和左pcb板的锯齿相耦合。
16.进一步地，在上述技术方案中，所述上pcb板、下pcb板、右pcb板和左pcb板上分别设有两个离子门定位孔能；所述离子门定位孔能与两个栅网的栅网矩形齿相耦合，并固定栅网，形成tp离子门；
17.所述上pcb板、下pcb板、右pcb板和左pcb板上分别设有栅网定位孔；所述栅网定位孔能与一个栅网的栅网矩形齿相耦合，并固定栅网，形成法拉第盘的屏蔽栅网。
18.进一步地，在上述技术方案中，所述前pcb板、后pcb板、上pcb板、下pcb板、右pcb板和左pcb板的锯齿的齿牙和齿槽可以为矩形、三角形或梯形。
19.进一步地，在上述技术方案中，所述上pcb板、下pcb板、右pcb板和左pcb板的电极条相同位置相互电连通，由分压电阻分压，形成离子迁移管所需的电场。
20.进一步地，在上述技术方案中，铜箔电极焊接连接有一圆环状放射性电离源或铜箔电极连接外置电离源。
21.进一步地，在上述技术方案中，电离源为vuv灯、电晕放电或激光解析。
22.进一步地，在上述技术方案中，所述栅网采用激光刻蚀方式加工，或金属网加工而成。
23.进一步地，在上述技术方案中，所述前pcb板、后pcb板、上pcb板、下pcb板、右pcb板和左pcb板的排斥电极、反应区电极条、迁移区电极、法拉第盘和地电极表面镀金、镀锡。
24.有益效果
25.(1)本发明所提供的pcb板组成的离子迁移管，利用电子高精度制造技术，设计和生产离子迁移管所需的组件。提高了设计效率和加工精度。除栅网外，组成离子迁移管的组件全部为pcb板，简化了离子迁移管的系统，极大降低了生产成本，便于实验室制作或批量生产。
26.(2)本发明所提供的pcb板组成的离子迁移管，与传统离子迁移管相同，所需的电极、分压、信号接收、绝缘和屏蔽等功能全部集成在pcb板中，集成度极高。根据需要还可以将需要一些电路集成到pcb板中，进一步提高离子迁移谱的集成度，特别适合可穿戴或便携式仪器使用。
附图说明
27.图1为pcb板组成的离子迁移管整体结构示意图；
28.图2为前pcb板结构示意图；
29.图3为右pcb板结构示意图；
30.图4为上pcb板结构示意图；
31.图5为后pcb板结构示意图；
32.图6为栅网结构示意图。
33.图7采用pcb板组成的离子迁移管所测的离子迁移谱负离子rip信号
34.图中，1前pcb板；2.右pcb板；3.出气口；4.分压电阻；5.上pcb板；6.栅网矩形齿；7.后pcb板；8.信号接头；9.漂气口；10.齿牙；11.载气口；12.放射性电离源；13.排斥电极；14.反应区电极条；15.离子门定位孔；16.迁移区电极条；17.栅网定位孔；18.法拉第盘；19.地电极；20.栅网。
具体实施方式
35.本发明提供一种pcb板组成的离子迁移管，下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
36.实施例1
37.一种pcb板组成的离子迁移管，包括形成矩形柱体前pcb板1、后pcb板7、上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板各一片，和设置在矩形柱体内部的由前到后2片栅网形成的tp离子门和1片栅网形成的法拉第盘屏蔽栅网；
38.所述前pcb板1，中心有一圆孔作为载气口11；圆孔的周围铺设作为排斥电极的铜箔；
39.所述后pcb板7前面中心位置铺有一圆形的铜箔，作为法拉第盘18；于法拉第盘同心、相隔，铺有一圆环形状的地电极19；中心偏上位置有一圆孔作为漂气口9；后pcb板7后面中心位置焊接信号接头8；
40.所述tp离子门前侧形成反应区；所述tp离子门与法拉第盘屏蔽栅网之间形成迁移区；
41.所述反应区和迁移区内侧的上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板上分别设有电极条；所述反应区和迁移区外侧的上pcb板5上分别设有电极条、所述反应区和迁移区上pcb板5内侧和外侧的电极条上设有分压电阻4；
42.在反应区电极条与tp离子门之间的右pcb板2上，设有圆孔，作为出气口3；
43.所述栅网为中间有网的矩形结构不锈钢薄片；
44.栅网的四边中心分别设有一栅网矩形齿。
45.所述前pcb板1、后pcb板7、上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板为矩形结构pcb板材，四周边缘为锯齿形状；所述前pcb板1和后pcb板7锯齿能分别与上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板的锯齿相耦合；所述上pcb板5和下pcb板的锯齿能分别与右pcb板2和左pcb板的锯齿相耦合。
46.所述上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板上分别设有两个离子门定位孔15；所述离子门定位孔15能与两个栅网的栅网矩形齿相耦合，并固定栅网，形成tp离子门；
47.所述上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板上分别设有栅网定位孔17；所述栅网定位孔17能与一个栅网的栅网矩形齿相耦合，并固定栅网，形成法拉第盘的屏蔽栅网。
48.所述前pcb板1、后pcb板7、上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板的锯齿的齿牙和齿槽可以为矩形、三角形或梯形。
49.所述上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板的电极条相同位置相互电连通，由分压电阻4分压，形成离子迁移管所需的电场。
50.铜箔电极焊接连接有一圆环状放射性电离源。
51.铜箔电极连接外置电离源。
52.电离源为vuv灯、电晕放电或激光解析。
53.所述栅网采用激光刻蚀方式加工，或金属网加工而成。
54.所述前pcb板1、后pcb板7、上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板的排斥电极、反应区电极条、迁移区电极、法拉第盘和地电极表面镀金、镀锡。
55.实施例2
56.图1为pcb板组成的离子迁移管整体结构示意图；离子迁移管由6块pcb板和3片栅网组成，它们分别包括：前pcb板1、后pcb板7、上pcb板5、下pcb板、右pcb板2、左pcb板和栅网20；其中：下pcb板与上pcb板5结构相同，上pcb板5的后面比下pcb板仅多对应的电极条，因此用上pcb板5作说明；左pcb板与右pcb板2结构相同，右pcb板2比左pcb板仅多有出气口3，因此用右pcb板2作说明。
57.前pcb板1，见图2示意图，为矩形结构pcb板。pcb板四周边缘为锯齿形状，中心有一圆孔作为载气口11。圆孔的周围铺铜箔作为排斥电极13，焊接有一圆环状放射性电离源12。
58.右pcb板2，见图3示意图，为矩形结构pcb板。pcb板四周边缘为锯齿形状。pcb板前面都分布一定间距的电极条，这些电极条被两个离子门定位孔15分成反应区电极条14和迁移区电极条16。在迁移区电极条16后面设有一栅网定位孔17，用于固定栅网20。在离子门定位孔15与反应区电极条14之间设有圆孔，作为出气口3。
59.上pcb板5，见图4示意图，为矩形结构pcb板。pcb板四周边缘为锯齿形状。pcb板前后两面都分布一定间距的电极条，这些电极条被两个离子门定位孔15分成反应区电极条14和迁移区电极条16。在迁移区电极条16后面设有一栅网定位孔17，用于固定栅网20。pcb板前后(本实施例中，前后对应为内外)两面的反应区电极条14和迁移区电极条16分别焊接有一系列分压电阻4，进行分压。
60.后pcb板7，见图5示意图，为矩形结构pcb板。后pcb板四周边缘为锯齿形状。后pcb板前面中心位置铺有一圆形的铜箔，作为法拉第盘18。与法拉第盘18绝缘，铺有一圆环形状的地电极19。中心偏上位置有一圆孔作为漂气口9。后pcb板后面中心位置焊接信号接头8，便于信号引出。
61.栅网20，见图6示意图，为中间有网的矩形结构不锈钢薄片，栅网的四边中心分别设有一栅网矩形齿6。
62.所述前pcb板1和后pcb板7的锯齿能分别与上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板的锯齿相耦合。所述上pcb板5和下pcb板的锯齿能分别与右pcb板2和左pcb板的锯齿相耦合。
63.所述上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板的两个离子门定位孔15能与两个栅网20的栅网矩形齿6相耦合，并固定栅网20，形成tp离子门。
64.所述上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板的栅网定位孔17能与一个栅网20的
栅网矩形齿6相耦合，并固定栅网20，形成法拉第盘18的屏蔽栅网。
65.所述前pcb板1、后pcb板7、上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板各一片，与三片栅网20耦合到一起组成矩形的pcb板离子迁移管。
66.优选地，所述前pcb板1、后pcb板7、上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板的锯齿的齿牙10和齿槽可以为矩形、三角形或梯形。
67.优选地，所述上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板的电极条相同位置相互电连通，由分压电阻分压4，形成离子迁移管所需的电场。
68.优选地，所述前pcb板1的放射性电离源12可以换为电极将电离源外置或更换为其他电离源：如vuv灯、电晕放电或激光解析。
69.优选地，所述栅网20可以采用激光刻蚀方式加工，或金属网加工而成。
70.优选地，所述前pcb板1、后pcb板7、上pcb板5、下pcb板、右pcb板2和左pcb板的排斥电极13、反应区电极条14、迁移区电极16、法拉第盘和地电极19可以选择镀金、镀锡工艺提高电极质量。
71.图7为使用此专利设计的pcb板组成的离子迁移管所测的负离子rip实时谱图。用pcb板组成的离子迁移管能像传统迁移管一样进行正常工作和检测物质。
72.在所述发明技术领域范围内，不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。