一種離子發(fā)生引出裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種小體積、高靈敏度、高分辨率、高效率的離子發(fā)生引出裝置，在與電路控制系統(tǒng)相互配合下可以產(chǎn)生離子。通過對引出離子的分析，達(dá)到對氣體介質(zhì)中的物質(zhì)進(jìn)行檢測的目的。本發(fā)明可以作為激發(fā)源應(yīng)用于精密分析儀器中。
【背景技術(shù)】
[0002]低濃度揮發(fā)性有機(jī)化合物的現(xiàn)場快速檢測，十分必要。對于許多如氣體泄露、危險(xiǎn)化學(xué)品等環(huán)境濃度低但危害極大的物質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場檢測需要體積小、靈敏度高、分辨率高、效率高的裝置。然而，具備這種性能的檢測器一般都配備龐大的裝置，現(xiàn)場快速檢測十分不便，如火焰離子化檢測器(FID)。在這種情況下，需要提供一種采用光離子化檢測器(PID燈)的離子發(fā)生引出裝置，其具有高靈敏度、高分辨率而且體積小，可以現(xiàn)場快速檢測低濃度揮發(fā)性有機(jī)化合物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]光離子化檢測器(PID燈)具有特定電離能(能夠轉(zhuǎn)移一個(gè)電子和電離一個(gè)化合物的能量叫電離能，用電子伏特作為計(jì)量單位)，電離能越高則氣體結(jié)合能越高，如10.6eV的真空紫外燈(UV)，在高壓電場的作用下產(chǎn)生紫外光，紫外光發(fā)出一定波長的光子流，經(jīng)窗口射入電離室，當(dāng)氣體分子的電離電位高于光能量，它不被電離；當(dāng)電離電位等于或小于光能量的組分(AB)進(jìn)入電離室，發(fā)生光電離，并且將其電離擊碎成帶正電的離子和帶負(fù)電的電子，從而形成可被檢測到微弱的離子電流。假設(shè)被測組分為AB，那么它吸收光子(hv)后直接電尚成正尚子，放出電子，即AB+hv—AB++e。在電場作用下，電子e和正尚子AB+分別向正、負(fù)極流動(dòng)，形成微電流，電流信號(hào)經(jīng)過處理后與數(shù)據(jù)庫比對即可得出待檢測物質(zhì)。理論上，所有的化學(xué)物質(zhì)都能被離子化，但是它們被電離所需要的能量是不同的。本發(fā)明可檢測大多數(shù)有機(jī)化合物如:苯，甲苯，乙苯，二甲苯、丙酮，甲基酮和乙醛、二乙基胺、三氯乙烯，全氯乙烯、硫醇類，磺化物、丁二烯，異丁烯、異丙醇，乙醇、丁烷，辛烷等。
[0004]本發(fā)明離子發(fā)生引出裝置包括離子發(fā)生模塊、上中氣路模塊、離子引出模塊、離子控制門模塊；本發(fā)明離子發(fā)生引出控制方法包括PID電極的控制過程、離子室電場的控制過程、離子門開啟關(guān)閉的控制過程。
[0005]上述離子發(fā)生模塊含有一光離子化檢測器(PID燈)，PID燈上面包覆有兩片PID燈電極，高壓電場由此引入；下部為PID燈窗口，在工作時(shí)發(fā)出一定波長的光子流。離子發(fā)生模塊在PID燈窗口處有一上電位網(wǎng)柵片，與PID燈窗口處硅膠密封圈緊密配合，并且與下部的上氣路模塊連接，上氣路模塊中間與側(cè)壁之間有一圓環(huán)空腔，氣體由此進(jìn)入，上氣路模塊中間為一通孔內(nèi)腔，上電位網(wǎng)柵片在圓環(huán)空腔和通孔內(nèi)腔上部與離子發(fā)生模塊的下部緊密結(jié)合，上電位網(wǎng)柵片與圓環(huán)空腔之間為有網(wǎng)筋連接的圓環(huán)孔，進(jìn)入的氣體由此進(jìn)入并吹向PID燈窗口，然后由上電位網(wǎng)柵片中間吹出進(jìn)入通孔內(nèi)腔，上電位網(wǎng)柵片和氣路模塊中間通孔內(nèi)腔構(gòu)成電離室，PID燈發(fā)出一定波長的光子流與通過上氣路模塊進(jìn)入的氣體在此處電離，此種電離室結(jié)構(gòu)，可以使樣品氣體均勻到達(dá)PID燈窗口并且垂直于PID燈發(fā)出一定波長的光子流形成離子流，使樣品氣體檢測充分；由上電位網(wǎng)柵片在PID燈窗口下部間隙配合，而且與電路控制系統(tǒng)中高電位連接，可以使離子流中的電子為零；因此不但防止了樣品氣體在PID燈窗口表面積累，也可以使PID燈快速回零，就可以實(shí)現(xiàn)在多個(gè)樣品之間快速多次檢測。
[0006]電離室下部為離子引出模塊，它的結(jié)構(gòu)是三片電場環(huán)片中間安有兩片絕緣環(huán)體，依據(jù)庫侖定律，在三片電場環(huán)片上加以等值梯度電位，那么就在三片電場環(huán)片中間產(chǎn)生均勻電場。因此，電離室中的離子流就會(huì)沿著電場方向運(yùn)動(dòng)并且穿過離子引出模塊繼續(xù)下行。離子引出模塊的下部為中氣路模塊，中氣路模塊的結(jié)構(gòu)與上氣路模塊完全相同，此處是排氣功能，多余氣體由圓環(huán)空腔排出。
[0007]離子流在電場力的作用下穿過中氣路模塊的通孔內(nèi)腔到達(dá)離子控制門模塊。其中，離子控制門模塊為三片中間鏤空成線條狀的金屬環(huán)片(即離子門片)，上下兩片離子門片的結(jié)構(gòu)完全相同并且短路連接，中間一片離子門片的線條與另兩片的位置錯(cuò)開，并且與上下兩片離子門片之間有絕緣墊片。此時(shí)，在離子門片上加以等值梯度電位，那么就在三片離子門片中間產(chǎn)生均勻電場。因此，離子流就會(huì)沿著電場方向運(yùn)動(dòng)并且穿過離子控制門模塊繼續(xù)下行。如果在中間片離子門片施加低于上下兩片離子門片的電位，那么，離子流就會(huì)流入中間離子門片，離子流沿著電場方向運(yùn)動(dòng)截止。所以，此處的三片離子門片相當(dāng)于一個(gè)門來控制離子流的運(yùn)動(dòng)，其具體開閉過程由電路控制系統(tǒng)實(shí)施。
[0008]本發(fā)明通過對可以控制的離子流進(jìn)行分析，就可以達(dá)到對氣體介質(zhì)中的物質(zhì)進(jìn)行檢測的目的，本發(fā)明的離子發(fā)生引出裝置可以作為激發(fā)源應(yīng)用于精密分析儀器中。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明離子發(fā)生引出裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖1a為本發(fā)明PID燈殼的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖1b為本發(fā)明PID燈的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖1c為本發(fā)明PID燈左電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖1d為本發(fā)明PID燈右電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖1e為本發(fā)明硅膠密封圈的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖1f為本發(fā)明上電位網(wǎng)柵片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖1g為本發(fā)明上氣路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖1h為本發(fā)明上電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖1i為本發(fā)明上絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖1j為本發(fā)明中電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖1k為本發(fā)明下絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖11為本發(fā)明下電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖1m為本發(fā)明中氣路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖1n為本發(fā)明上離子門片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖1o為本發(fā)明離子門上絕緣片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖1p為本發(fā)明中離子門片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖1q為本發(fā)明離子門下絕緣片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖1r為本發(fā)明下離子門片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖1s為本發(fā)明下離子門片絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2為本發(fā)明離子發(fā)生引出裝置的工作原理示意圖。
[0030]圖3為本發(fā)明控制電路的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0032]參見圖1和圖3，其顯示了離子發(fā)生引出裝置各單元的主要構(gòu)成及其相互關(guān)聯(lián)。I為PID燈，它提供氣體電離時(shí)需要的光子流。4為PID燈左電極，3為PID燈右電極，兩電極通過PID燈殼2緊密覆蓋在PID燈I上。如圖la、圖lc、圖1d所示，PID燈左電極引線端41從PID燈殼上的左引線孔23處引出；PID燈右電極引線端31從PID燈殼上的右引線孔22處引出。PID燈左電極引線端41與圖3所示電路控制系統(tǒng)19中PID電極單元處的PID-A連接，PID燈右電極引線端31與電路控制系統(tǒng)19中PID電極單元處的PID-B連接，通過此處，電路控制系統(tǒng)19為PID燈I提供產(chǎn)生光子流的能量控制過程。光子流與樣品氣體接觸后電離產(chǎn)生離子流。5為硅膠密封圈，由于PID燈I是玻璃結(jié)構(gòu)，所以它可以起到緩沖減震的作用，另外還可以起到密封作用。6為上電位網(wǎng)柵片，參見圖lf，其為一薄金屬圓片結(jié)構(gòu)，66為細(xì)網(wǎng)柵，65為網(wǎng)孔，63為網(wǎng)筋，64為環(huán)孔，61為基片，62為引線端，通過細(xì)網(wǎng)柵66、網(wǎng)筋63與基片61結(jié)合構(gòu)成上電位網(wǎng)柵片6。細(xì)網(wǎng)柵66之間為等電位，可以提供均勻電場并且綜合離子流中的電子使電子為零，網(wǎng)孔65可以使離子流均勻通過。參見圖le，硅膠密封圈5的實(shí)心體部分51處與基片61緊密結(jié)合。引線端62與電路控制系統(tǒng)19中離子室電場單元處的Dl連接，通過此處，電路控制系統(tǒng)19為上電位網(wǎng)柵片與電路控制系統(tǒng)19中高電位連接提供高電位電場實(shí)現(xiàn)電路控制過程。7為上氣路模塊，參見圖lg，基體71為聚四氟乙烯材料絕緣且耐高壓，73為鎖緊環(huán)上沿，與PID燈殼下沿21緊密配合；75為鎖緊環(huán)下沿，74為進(jìn)氣口，與氣路控制系統(tǒng)20連接，氣路控制系統(tǒng)采用氣泵和過濾系統(tǒng)，為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)使用設(shè)備，在此不做敘述。76為引線端槽，上電位網(wǎng)柵片引線端62從此處通過。72為環(huán)出氣口，對應(yīng)于上電位網(wǎng)柵片環(huán)孔64，樣品由此進(jìn)入并吹向PID燈窗口，可以使樣品氣體均勻到達(dá)PID燈窗口，并且與PID燈發(fā)出一定波長的光子流垂直流通，使樣品氣體充分電離，然后離子流從中間通孔流出。此種電離室結(jié)構(gòu)，不但防止了樣品氣體在PID燈窗口的表面積累，也可以使PID燈快速回零，就可以實(shí)現(xiàn)在多個(gè)樣品之間快速多次檢測。
[0033]依據(jù)庫侖定律，離