一種利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀及方法，即采用交流疊加方法，增加一組串聯(lián)電阻電路，使其連接到離子門一端。在無脈沖信號輸入時，通過調(diào)節(jié)串聯(lián)電阻電路中電位器阻值的大小，改變離子門兩組金屬絲之間的電勢差，使金屬絲之間的電勢差足夠大，使離子門完全關(guān)閉，阻止離子從反應(yīng)區(qū)進入到遷移區(qū)；當有脈沖信號輸入時，脈沖信號的電勢和極性使離子門兩組金屬絲間的電壓相等，離子門打開，離子可穿過離子門到達遷移區(qū)被離子信號檢測器所檢測。這種控制方式可有效實現(xiàn)離子遷移譜的功能。本發(fā)明降低了離子遷移譜儀的器件成本，可提高離子遷移譜的分辨率或增大其信噪比，豐富離子遷移譜儀的功能。
【專利說明】一種利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于分析儀器與檢測領(lǐng)域，具體涉及一種利用交流疊加方式控制離子門的 離子遷移譜儀及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 離子門是離子遷移譜儀器的核心部件之一。通過控制離子門的開關(guān)，遷移管反應(yīng) 區(qū)的離子可離子周期性地進入遷移區(qū)，經(jīng)分離后被檢測器探測。
[0003] 在常用的離子遷移譜儀中，離子門的控制方式如圖1所示，脈沖信號經(jīng)過驅(qū)動電 源放大后，直接疊加到離子門所在平面處的遷移電場上，經(jīng)放大后的脈沖電壓是浮地電壓， 即這個電壓是不能用遷移管的加速電場的地作參考。因此離子門脈沖驅(qū)動電源是一個完全 對地隔離的高壓脈沖放大電源，隔離電壓一般要大于3000V以上，價格昂貴，提高了離子遷 移譜儀器的成本。并且，由于離子門兩端是均勻電場，離子門開關(guān)時，電場的變化對離子的 運動軌跡無影響，因此在其他參數(shù)固定的條件下，離子遷移譜儀的分辨率或信號強度是固 定值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明技術(shù)解決的問題：克服現(xiàn)有離子遷移譜儀中浮地離子門脈沖電源的高成本 和復(fù)雜電路，提供一種利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀及方法，利用這種交 流疊加方法控制離子門，離子門高壓脈沖電源無需浮地隔離，降低了離子遷移譜儀的器件 成本。另外，通過改變離子門兩組金屬絲之間電勢差絕對值的大小，可提高離子遷移譜的分 辨率或增大其信噪比，豐富離子遷移譜儀的功能。
[0005] 本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種利用交流疊加控制離子門的離子遷移譜儀，包括一組 串聯(lián)電阻電路（1)、導(dǎo)線（2)、高壓電源（3)、電位器（4)、導(dǎo)線（5)、地線（6)、第一組離子門 金屬絲（7)、分壓電阻電路（8)、第二組離子門金屬絲（9)、離子門的高壓脈沖電源（10)和離 子信號檢測器（11);所述串聯(lián)電阻電路（1) 一端通過導(dǎo)線（2)和離子遷移管高壓電源（3) 連接，另一端連接電位器（4);電位器（4)通過導(dǎo)線（5)和地線（6)相連；第一組離子門金 屬絲（7)和遷移管上的分壓電阻電路（8)相連，第二組離子門金屬絲（9)和串聯(lián)電阻電路 (1)中的A點相連；在離子門高壓脈沖電源（10)無脈沖信號輸入到離子門時，調(diào)整電位器 (4)阻值大小，改變第一組離子門金屬絲（7)、第二組離子門金屬絲（9)之間的電勢差，該電 勢差的大小確保夠完全阻止離子從反應(yīng)區(qū)進入到遷移區(qū)，實現(xiàn)關(guān)閉離子門的功能；在有脈 沖信號輸入時，脈沖的大小和極性使第一組離子門金屬絲（7)和第二組離子門金屬（9)之 間的電壓相等，離子門打開，離子通過離子門從反應(yīng)區(qū)進入遷移區(qū)被離子信號檢測器（11) 檢測，這樣即實現(xiàn)了離子遷移譜的功能。
[0006] 所述串聯(lián)電阻，其總阻值是遷移管上分壓電阻總阻值的3倍以上，電阻類型可以 是碳膜電阻、合成碳膜電阻、有機實心電阻、無機實心電阻、金屬膜電阻、氮化膜電阻、沉積 膜電阻、玻璃釉膜電阻、線繞電阻。
[0007] 所述電位器，調(diào)解其電阻值，確保離子門兩組金屬絲電勢差足以使離子門關(guān)閉。電 位器類型可以是線繞電位器、合成碳膜電位器、金屬玻璃釉電位器、有機實芯電位器、導(dǎo)電 塑料電位器、金屬箔電位器、金屬膜電位器和金屬氧化膜電位器。
[0008] 本發(fā)明方法的實現(xiàn)過程如下：離子門中的一組離子門金屬絲和遷移管上的分壓電 阻電路中B點相連，另一組離子門金屬絲和串聯(lián)電阻電路中的A點相連。在離子門脈沖電 源無脈沖信號輸入到離子門時，調(diào)整電位器阻值，使兩組金屬絲間的電勢差足夠高，使離子 門關(guān)閉，離子不能從反應(yīng)區(qū)進入遷移區(qū)；離子門脈沖信號輸入時，脈沖的大小和極性使離子 門兩組金屬絲間的電壓相等，離子門打開，離子可以通過離子門從反應(yīng)區(qū)進入遷移區(qū)被離 子信號檢測器檢測，實現(xiàn)了離子遷移譜周期性檢測離子的功能。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于；
[0010] (1)本發(fā)明利用交流疊加方式，通過調(diào)節(jié)電位器的阻值，改變離子門兩組離子門金 屬絲之間的電勢差，在無脈沖信號輸入時，關(guān)閉離子門；在有脈沖信號輸入時，離子門打開。 利用這種交流疊加控制離子門的方式，離子門脈沖電源無需浮地隔離，降低了其制作成本。
[0011] (2)本發(fā)明通過交流疊加方式控制離子門，在離子門關(guān)閉期間，遷移管內(nèi)存在非 均勻電場。改變離子門兩組離子門金屬絲電勢的絕對值，可獲得分辨率提高的離子遷移譜 (適合于含有多種物質(zhì)的復(fù)雜體系的分析）或信噪比增大的離子遷移譜（適合于對低濃度 樣品的分析）。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為傳統(tǒng)離子遷移譜中離子門驅(qū)動方式和驅(qū)動電源的接法示意圖；
[0013] 圖2為本發(fā)明的一種利用交流疊加控制方法離子門的離子遷移譜儀示意圖；
[0014] 圖3為本發(fā)明的利用交流疊加方法控制離子門時，當?shù)诙M離子門金屬絲的電勢 絕對值大于第一組離子門金屬絲的電勢絕對值時，遷移管內(nèi)的電場分布圖；
[0015] 圖4為本發(fā)明的利用交流疊加方法控制離子門時，當?shù)诙M離子門金屬絲的電勢 絕對值大于第一組離子門金屬絲的電勢絕對值，離子門關(guān)門電壓為100伏時反應(yīng)離子的離 子遷移譜；
[0016] 圖5為本發(fā)明的利用交流疊加方法控制離子門時，當?shù)诙M離子門金屬絲的電勢 絕對值小于第一組離子門金屬絲的電勢絕對值時，遷移管內(nèi)的電場分布圖；
[0017] 圖6為本發(fā)明的利用交流疊加方法控制離子門時，當?shù)诙M離子門金屬絲的電勢 絕對值小于第一組離子門金屬絲的電勢絕對值，子門關(guān)門電壓為100伏時，反應(yīng)離子的離 子遷移譜；

【具體實施方式】
[0018] 如圖2所示，本發(fā)明的一種利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀，和傳 統(tǒng)的離子遷移譜儀的區(qū)別在于：離子門中的第一組離子門金屬絲7連接到一組串聯(lián)電阻電 路1的A點上，第二組離子門金屬絲9和遷移管分壓電阻電路8的B點相連。通過調(diào)整串 聯(lián)電阻中電位器4阻值大小，改變離子門兩組離子門金屬絲7,9間的電勢差。在離子門脈 沖電源10無脈沖電壓信號輸入到離子門時，調(diào)整電位器4阻值大小，使離子門兩組離子門 金屬絲7,9間之間的電勢差可阻止離子從反應(yīng)區(qū)進入到遷移區(qū)，實現(xiàn)關(guān)閉離子門的功能； 在有脈沖輸入時，脈沖信號的大小和極性使離子門兩端的電壓完全相等，離子門打開，離子 可以通過離子門從反應(yīng)區(qū)進入遷移區(qū)被離子信號檢測器11檢測，這樣就實現(xiàn)了離子遷移 譜的功能。采用這種交流疊加方式的離子遷移譜儀，其離子門高壓脈沖電源10不需要浮地 隔離，降低了離子門電源及離子遷移譜儀器的成本。
[0019] 利用這種交流疊加模式，遷移管內(nèi)離子門兩邊存在非均勻電場。第二離子門金屬 絲9上的電勢絕對值大于第一組離子門金屬絲7上的電勢絕對值時，離子遷移譜儀的分辨 率得到提高；第二組離子門金屬絲9上的電勢絕對值小于第一組離子門金屬絲7上的電勢 絕對值時，離子遷移譜儀的信號強度增大，信噪比提高。進一步豐富了離子遷移譜的功能。
[0020] 當離子門關(guān)閉時，遷移管內(nèi)離子門兩側(cè)存在非均勻電場，如圖3所示，當?shù)诙M離 子門金屬絲9的電勢絕對值大于第一組離子門金屬絲7的電勢絕對值時，離子門左邊反應(yīng) 區(qū)內(nèi)的電場被減弱，右邊遷移區(qū)內(nèi)的電場被加強，且呈現(xiàn)左至右由強到弱的變化趨勢。由于 離子門左邊反應(yīng)區(qū)的電場被減弱，因此在這個區(qū)域的聚集的離子數(shù)目變少，當離子門打開 后，穿過離子門到達遷移區(qū)的離子數(shù)也相應(yīng)減少，因此，離子遷移譜的信號降低。對遷移區(qū) 一個離子包而言，由于遷移區(qū)的電場變強，且左至右逐漸減弱，此時離子包左邊受到的電場 作用力大于右邊，因此離子包被壓縮，峰形變窄，離子遷移譜的分辨率提高。圖4是當?shù)诙?組離子門金屬絲的電勢絕對值大于第一組離子門金屬絲的電勢絕對值，離子門關(guān)門電壓為 100伏時，反應(yīng)離子的離子遷移譜。
[0021] 另外，根據(jù)離子遷移譜分辨率計算公式：
[0022] ⑴ 4421(1
[0023] 其中，R是離子遷移譜的分辨率，q是離子所帶的電荷，E是遷移區(qū)的電場強度，Ld 是遷移區(qū)長度，k是波爾茲曼常數(shù)，T是遷移管內(nèi)的溫度（K)。當遷移區(qū)的電場E變大時，分 辨率也隨之增大。
[0024] 相反，如圖5所示，當其中第二組離子門金屬絲9的電勢絕對值小于第一組離子門 金屬絲7的電勢絕對值時，離子門左邊反應(yīng)區(qū)內(nèi)的電場被加強，因此在這個區(qū)域的聚集的 離子數(shù)目增多，當離子門打開后，穿過離子門到達遷移區(qū)的離子數(shù)也相應(yīng)變多了，離子遷移 譜的信號強度增大。離子門右邊遷移區(qū)內(nèi)的電場被減弱，而且呈現(xiàn)左至右由弱到強的變化 趨勢，離子遷移譜的分辨率降低。圖6是當?shù)诙M離子門金屬絲的電勢絕對值小于第一組 離子門金屬絲的電勢絕對值，離子門關(guān)門電壓為100伏時，反應(yīng)離子的離子遷移譜。
[0025] 總之，本發(fā)明中離子門高壓脈沖電源無需對地隔離，降低了離子門高壓脈沖電源 及離子遷移譜儀器的成本；另外，由于采用交流疊加方法驅(qū)動離子門，離子門關(guān)閉期間，遷 移管內(nèi)存在非均勻電場，通過改變兩組離子門金屬絲之間電勢絕對值的大小，可改變遷移 管內(nèi)離子門兩邊的電場分布，獲得分辨率提高的離子遷移譜或信噪比增大的離子遷移譜， 使離子遷移譜儀具有分辨率提高和信號強度增大兩種工作模式，豐富了離子遷移譜儀的功 能。
[0026] 本發(fā)明說明書未詳細闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀，其特征在于：包括一組串聯(lián)電 阻電路（1)、導(dǎo)線（2)、高壓電源（3)、電位器（4)、導(dǎo)線（5)、地線（6)、第一組離子門金屬絲 (7)、分壓電阻電路（8)、第二組離子門金屬絲（9)、離子門的高壓脈沖電源（10)和離子信號 檢測器（11);所述串聯(lián)電阻電路（1) 一端通過導(dǎo)線（2)和離子遷移管高壓電源（3)連接，另 一端連接電位器（4);電位器（4)通過導(dǎo)線（5)和地線（6)相連；第一組離子門金屬絲（7) 和遷移管上的分壓電阻電路（8)相連，第二組離子門金屬絲（9)和串聯(lián)電阻電路（1)中的 A點相連；在離子門高壓脈沖電源（10)無脈沖信號輸入到離子門時，調(diào)整電位器（4)阻值 大小，改變第一組離子門金屬絲（7)、第二組離子門金屬絲（9)之間的電勢差，該電勢差的 大小確保夠完全阻止離子從反應(yīng)區(qū)進入到遷移區(qū)，實現(xiàn)關(guān)閉離子門的功能；在有脈沖信號 輸入時，脈沖的大小和極性使第一組離子門金屬絲（7)和第二組離子門金屬（9)之間的電 壓相等，離子門打開，離子通過離子門從反應(yīng)區(qū)進入遷移區(qū)被離子信號檢測器（11)檢測， 這樣即實現(xiàn)了離子遷移譜的功能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀，其特征在 于：所述串聯(lián)電阻電路（1)的總阻值是遷移管上分壓電阻電路（8)總阻值的三倍以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀，其特征在 于：所述調(diào)節(jié)電位器（4)的阻值，在離子門高壓脈沖電源（10)無脈沖信號輸入到離子門時， 改變第一組離子門金屬絲（7)和第二組離子門金屬（9)之間的電勢差，使金屬絲之間的電 勢差足夠大，確保離子門完全關(guān)閉，阻擋離子從反應(yīng)區(qū)進入到遷移區(qū)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀，其特征在 于：所述離子門高壓脈沖電源（10)無需浮地隔離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀，其特征在 于：采用交流疊加方式控制離子門后，遷移管內(nèi)離子門兩邊存在非均勻電場。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀，其特征在 于：在離子門關(guān)閉期間，遷移管內(nèi)存在非均勻場，當其中第二組離子門金屬（9)的電勢絕對 值大于第一組離子門金屬絲（7)的電勢絕對值時，離子門左邊的電場被減弱，右邊的電場 被加強，且呈現(xiàn)左至右由強到弱的變化趨勢，此時離子遷移譜儀的信號強度降低，分辨率提 商。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀，其特征在 于：在離子門關(guān)閉期間，遷移管內(nèi)存在非均勻場，當其中第二組離子門金屬絲（9)的電勢絕 對值小于第一組離子門金屬絲（7)的電勢絕對值時，離子門左邊的電場被加強，右邊的電 場被減弱，而且呈現(xiàn)左至右由弱到強的變化趨勢，此時離子遷移譜儀的信號強度增大，分辨 率降低。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀，其特征在 于：所述串聯(lián)電阻電路中電阻（1)的類型是碳膜電阻、合成碳膜電阻、有機實心電阻、無機 實心電阻、金屬膜電阻、氮化膜電阻、沉積膜電阻、玻璃釉膜電阻或線繞電阻。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀，其特征在 于：所述電位器（4)是線繞電位器、合成碳膜電位器、金屬玻璃釉電位器、有機實芯電位器、 導(dǎo)電塑料電位器、金屬箔電位器、金屬膜電位器或金屬氧化膜電位器。
10. -種利用交流疊加方法控制離子門的離子遷移譜儀，其特征在于：所述方法采用 交流疊加方法，增加一組串聯(lián)電阻電路（1)，將離子門中的第二組離子門金屬絲（9)連接到 一組串聯(lián)電阻電路（1)的點A上，第一組離子門金屬絲（7)和遷移管分壓電阻電路（8)上 B點相連，通過調(diào)整電位器（4)阻值大小，改變離子門兩組離子門金屬絲間的電勢差；在無 脈沖電壓信號輸入時，調(diào)整電位器（4)阻值大小，使離子門兩組離子門金屬絲之間的電勢 差可阻止離子從反應(yīng)區(qū)進入到遷移區(qū)，實現(xiàn)關(guān)閉離子門的功能；在有脈沖輸入時，脈沖信號 的大小和極性使離子門兩端的電壓完全相等，離子門打開，離子可以通過離子門從反應(yīng)區(qū) 進入遷移區(qū)被離子信號檢測器（11)檢測，這樣就實現(xiàn)了離子遷移譜的功能。
【文檔編號】H01J49/42GK104392889SQ201410773280
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月14日
【發(fā)明者】黃超群, 劉升, 沈成銀, 江海河, 儲焰南 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院