電暈放電組件和包括該電暈放電組件的離子遷移譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及安全檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種便于制造的，多針長(zhǎng)壽命電暈放電組件，以及用于檢測(cè)毒品和爆炸物的采用該組件作為電離源的離子遷移譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]離子遷移譜儀根據(jù)不同離子在均勻弱電場(chǎng)下漂移速度不同而實(shí)現(xiàn)對(duì)離子的分辨。它具有分辨速度快，靈敏度高，不需要真空環(huán)境，便于小型化的優(yōu)點(diǎn)，因此在毒品和爆炸物的探測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。典型的離子遷移譜儀通常由進(jìn)樣部分、電離部分、離子門(mén)、遷移區(qū)、收集區(qū)、讀出電路、數(shù)據(jù)采集和處理、控制部分等構(gòu)成。其中電離部分主要功能是將樣品分子轉(zhuǎn)化成可供遷移分離的離子，因此電離的效果對(duì)譜儀的性能具有非常直接的影響。目前的技術(shù)中，最常見(jiàn)和應(yīng)用最廣的電離組件是采用63Ni放射源，它具有體積小，穩(wěn)定性高、不需要外加電路的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在線性范圍窄、轉(zhuǎn)化離子濃度低和輻射污染的問(wèn)題。尤其是輻射污染問(wèn)題為設(shè)備的操作、運(yùn)輸和管理上帶來(lái)諸多不便。為了克服上述問(wèn)題，采用電暈放電離子源技術(shù)代替放射源技術(shù)。電暈放電是指在空間不均勻電場(chǎng)中由于局部的強(qiáng)電場(chǎng)引起氣體分子電離的一種現(xiàn)象。電暈放電直接產(chǎn)生的離子一般稱(chēng)為反應(yīng)物離子，當(dāng)具有更高的質(zhì)子或電子親和勢(shì)的樣品分子通過(guò)電離區(qū)時(shí)，俘獲反應(yīng)物離子的電荷而被電離。通常電暈放電結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，因而成本低廉，同時(shí)電暈放電產(chǎn)生的電荷的濃度相比于放射源要高得多，因此有利于提高離子遷移譜儀的靈敏度，并得到較大的動(dòng)態(tài)范圍。國(guó)外專(zhuān)利US5485016、CA2124344、中國(guó)專(zhuān)利CN1950698A中報(bào)道電暈放電作為離子遷移譜儀電離源的應(yīng)用實(shí)例。常見(jiàn)的電暈放電結(jié)構(gòu)有針尖-平板或針尖-圓筒放電形式，如圖1A、1B所示。實(shí)現(xiàn)放電的電暈針通常有固定尾端安裝于支撐基體上，尾端導(dǎo)通高壓電源；電暈針的另一端為自由端(即，針尖)，通常是具有曲率半徑非常小(0.1mm以下)的尖端。平板或圓筒電極與針尖之間的空間內(nèi)形成不均勻靜電場(chǎng)，使靠近針尖的附近電場(chǎng)強(qiáng)度很高，而距針尖較遠(yuǎn)的空間的電場(chǎng)強(qiáng)度遞減。氣體電離只發(fā)生在電極自由尖端近表面空間，電離區(qū)域很小，從而產(chǎn)生的離子濃度也較??；若增大電離區(qū)域，則需要較高的電壓，對(duì)高壓電源要求較高。另外，在只有一個(gè)尖端放電的情況下，電暈放電對(duì)電暈電極會(huì)產(chǎn)生氧化，長(zhǎng)期運(yùn)行后，氣體中的水蒸氣等引起的化學(xué)反應(yīng)會(huì)嚴(yán)重腐蝕尖端，使其曲率半徑增大，增大了電暈放電電壓閾值，降低了其電暈放電的穩(wěn)定性，導(dǎo)致壽命終結(jié)；并且，為了達(dá)到較小的曲率半徑，針的直徑一般很細(xì)，其強(qiáng)度較低，產(chǎn)品在制造和裝配時(shí)保持較高位置精度難度大。為了改善這種情況，開(kāi)發(fā)了多針電暈放電的結(jié)構(gòu)。
[0003]美國(guó)專(zhuān)利US7326926B2描述了一個(gè)典型的多針簇電暈放電離子源，見(jiàn)圖1C。其采用一束平行的電暈針代替經(jīng)典電暈放電離子源的單根電暈針；多針束多個(gè)尖端同時(shí)加載高壓放電的設(shè)計(jì)，在一定程度上緩解了單電暈針?lè)烹娛б鸬碾婋x源的壽命降低問(wèn)題。但是多針同時(shí)加載高壓放電也存在顯著的缺點(diǎn)，首先，多針同時(shí)加載高壓，各針?biāo)纬傻碾妶?chǎng)會(huì)相互影響，使針尖處的電場(chǎng)強(qiáng)度降低，需要提高電暈電壓，對(duì)高壓電源提出了更高的要求；另外，各針由于加工的不一致性導(dǎo)致各自尖端的形狀和表面情況并不相同，并不能保證所有針尖均滿足電暈放電的條件，而是曲率半徑相對(duì)較小的針先發(fā)生放電，并逐漸耗蝕使其曲率半徑逐漸變大后不再滿足電暈放電的條件，其余滿足條件的針開(kāi)始放電，這樣某一時(shí)刻有幾根針發(fā)生電暈放電不能得到保證，有很大的隨機(jī)性，因此電離產(chǎn)生的離子數(shù)量也變化很大，導(dǎo)致電暈放電不穩(wěn)定，從而不利于離子遷移譜儀的穩(wěn)定工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明人意識(shí)到，若能夠?qū)崿F(xiàn)多根針輪流電暈放電，即某一個(gè)時(shí)刻只能有一根針針尖處電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到電暈放電閾值，其余針針尖處場(chǎng)強(qiáng)較低或零場(chǎng)強(qiáng)，可以同時(shí)解決多針同時(shí)加高壓電暈離子源的不穩(wěn)定性以及單針電暈離子源壽命短的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定的，便于操作的，轉(zhuǎn)盤(pán)控制多針輪流電暈放電組件設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)能夠有效增加電離組件的整體使用壽命，有利于提高離子通過(guò)率，減少離子在電暈腔內(nèi)的損耗，增加離子源電暈放電的穩(wěn)定性，提高遷移譜儀性能。
[0006]為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電暈放電組件包括:電離放電腔室，所述電離放電腔室包括金屬電暈筒，所述金屬電暈筒具有待分析氣體入口以及與電暈針形成不均勻電場(chǎng)的中間有圓孔的環(huán)片狀端口 ；所述金屬電暈筒的筒壁上絕緣安裝一根旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸垂直于所述金屬電暈筒的軸線，所述旋轉(zhuǎn)軸端部安裝有在外緣帶有多根電暈針的轉(zhuǎn)盤(pán)。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)多根針輪流電暈放電，即某一個(gè)時(shí)刻只能有一根針針尖處電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到電暈放電閾值，其余針針尖處場(chǎng)強(qiáng)較低或零場(chǎng)強(qiáng)，可以同時(shí)解決多針同時(shí)加高壓電暈離子源的不穩(wěn)定性以及單針電暈離子源壽命短的問(wèn)題。
[0007]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)盤(pán)被包含在封閉的金屬屏蔽筒內(nèi)，所述金屬屏蔽筒包括喇叭狀的聚焦極，用于形成匯聚的靜電場(chǎng)。
[0008]優(yōu)選地,所述聚焦極上開(kāi)有窄縫，以供電暈針旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)使某一根電暈針旋轉(zhuǎn)露出窄縫(此時(shí)將該根電暈針?lè)Q為“主電暈針”)，位于與電暈筒環(huán)片狀端口電極配合的位置(主電暈針與電暈筒端口軸線、聚焦極喇叭口軸線重合，此時(shí)該電暈針尖距離電暈筒環(huán)片狀端口最近)，發(fā)生電暈放電；而其余針由于被包含于與其同電位的所述金屬屏蔽筒內(nèi)而無(wú)法發(fā)生電暈放電。
[0009]優(yōu)選地，所述多根電暈針是相互電連接的。使用相互電連接在一起的多根電暈針，無(wú)需為多根電暈針單獨(dú)設(shè)置各自的電流通路，簡(jiǎn)化了制作工藝；并且，由于除了 “主電暈針”之外，其余的電暈針均位于金屬屏蔽筒內(nèi)，這樣的設(shè)置將不會(huì)導(dǎo)致其余的電暈針產(chǎn)生不期望的電暈放電。
[0010]優(yōu)選地，所述電暈放電組件還包括離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)，所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)為形似喇叭狀的內(nèi)部通道，其中所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)不與所述金屬電暈筒電接觸，所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)的大口端與離子門(mén)第一柵網(wǎng)接觸，使在大口端內(nèi)與離子門(mén)第一柵網(wǎng)之間形成等電勢(shì)區(qū)，用于離子存儲(chǔ)。由此，電暈放電產(chǎn)生的離子能夠在電場(chǎng)的牽引下進(jìn)入到離子反應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)。所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)的主要作用是在離子門(mén)關(guān)閉時(shí)，使初級(jí)反應(yīng)離子與樣品氣體發(fā)生充分反應(yīng)、復(fù)合，生成并存儲(chǔ)待檢測(cè)的特征離子團(tuán)；在離子門(mén)打開(kāi)時(shí)使上述復(fù)合的離子團(tuán)聚焦并通過(guò)離子門(mén)進(jìn)入離子遷移腔。通過(guò)該設(shè)計(jì)，可有效的屏蔽電暈放電脈沖干擾，屏蔽電暈脈沖帶來(lái)的離子數(shù)量起伏，增大離子在離子門(mén)處的通過(guò)率，達(dá)到使離子遷移譜線穩(wěn)定的效果。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還公開(kāi)了一種離子遷移譜儀，所述離子遷移譜儀包括:以上所述的電暈放電組件；離子門(mén)，所述離子門(mén)由兩張相對(duì)的柵網(wǎng)構(gòu)成；遷移區(qū)，所述遷移區(qū)包括漂移電極，所述漂移電極為同軸心等間距的圓環(huán)電極，圓環(huán)電極電勢(shì)等差值變化，以形成牽引電場(chǎng)，使離子運(yùn)動(dòng)向法拉第盤(pán)方向；以及，所述法拉第盤(pán)為圓形平板，所述法拉第盤(pán)后接電荷靈敏放大器以讀取離子信號(hào)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的電暈放電組件的結(jié)構(gòu)特征使得在任一時(shí)刻，只有一根電暈針旋轉(zhuǎn)到離電暈筒環(huán)片狀端口最近的位置，其針尖的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到電暈放電閾值而發(fā)生電暈放電，而其余針由于針尖的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)不到電暈放電的閾值而不發(fā)