等离子体源正负离子协同检测离子迁移谱仪

摘要

本发明公布了一种等离子体源正负离子协同检测离子迁移谱仪。其等离子体源具有阴、阳两个金属电极，在两极间施加电压，便可产生等离子体；电极形状是针、棒、板、筒或者网状，放电电压在几百到几千伏，电流在微安到毫安量级。本发明离子源信号强度大，正/负离子协同工作，因此探测灵敏度好，分辨率高，测量速度快，并且仪器体积小，操作简便。适用于痕量爆炸物、毒品和有机物的快速在线检测与报警。与传统的离子迁移谱中放射源相比，等离子体源优点是无放射性，仪器使用、维护和管理方便，并且探测灵敏度和检测准确性高。

主权项

1.等离子体源正负离子协同检测离子迁移谱仪，其特征在于：主要由等离子体源、离子迁移管、气体净化驱动、供电部件、信号探测单元和嵌入式控制显示器组成；所述等离子体源是在阴、阳两个金属电极间施加电压，形成等离子体；电极形状是针、棒、板、筒或者网状，等离子体源的离子强度、产生离子的极性可调节：放电电压在几百到几千伏，电流在微安到毫安量级，以便形成强度大的正离子和负离子，能够进行正负离子的协同测量，从而同时检测爆炸物、毒品和有机物；所述等离子体源产生的反应离子R⁺/^-在电场的作用下进入到迁移管中的反应区，与进入反应区的中性待测物质直接发生离子-分子反应，将被测物质分子电离为离子M⁺/^-，当迁移管中的离子门开启时，离子进入到迁移管中的迁移分离区，迁移管由多个被绝缘环间隔开的金属环组成，相邻环之间连接阻值相同的电阻，迁移管两端加上一定的电压后，在迁移分离区内形成一个200～400V/cm的电场，离子在电场作用下运动到探测区被检测，离子信号送入嵌入式系统，经数据处理以及与数据库比较，得到所测物质的种类和浓度；所述供电部件为正负离子协同检测离子迁移谱仪提供电压；其中，所述供电部件中电源的输出电压在0～±20.0kV范围内连续可调，高压的调节由软件实现，输入D/A转换+5V～-5V对应+20～-20kV的调节电压，电源允许的最高电流为10mA；进一步的，所述数据处理以及与数据库比较，得到所测物质的种类和浓度的过程如下：在离子迁移谱中，离子源区产生的正反应离子H⁺(H₂O)_n或负反应离子O₂^-(H₂O)_n在相应检测模式下，进入到反应区中，分别与被测物质M发生的离子-分子反应：H⁺(H₂O)_n+M+X→MH⁺(H₂O)_n^*+X        正检测模式       (1)O₂^-(H₂O)_n+M+X→[MO₂^-(H₂O)_n]^*+X    负检测模式       (2)形成的产物离子进入到迁移管的迁移分离区，在电场作用下作迁移运动；离子在电场中的迁移速度v遵从规律：v＝KE                                              (3)其中，E为电场强度，K为离子迁移率，其表达式为：其中，Z、e，分别为离子所带的电荷数和电子电量；N为中性迁移气体的数密度；μ为离子m和迁移气体分子M的约化质量；k为玻耳兹曼常数；T为迁移气体的温 度；Ω为离子分子的碰撞截面；如果离子在电场中迁移的距离为L，所用的时间为t，根据方程(3)，则有：通常将K转化为标准条件下的约化迁移率K₀：其中，P为测量过程中迁移管中的实测压力；仪器检测中，提取离子峰出现时间，由(5)和(6)式计算约化迁移率，通过与数据库比较和校准计算，来确定所测物质的具体种类和浓度。