DE102008064130A1

DE102008064130A1 - Driftröhrenstruktur für Ionenbeweglichkeitsspektrometer

Info

Publication number: DE102008064130A1
Application number: DE102008064130A
Authority: DE
Inventors: Haifeng Hu; Yuanjing Li; Qingjun Zhang; Zhiqiang Chen
Original assignee: Nuctech Co Ltd
Current assignee: Nuctech Co Ltd
Priority date: 2007-12-29
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2028-12-20
Also published as: US20090166532A1; HK1135506A1; CN101471222B; DE102008064130B4; US8076638B2; WO2009094828A1; CN101471222A

Abstract

Es wird eine Driftröhrenstruktur für Ionenbeweglichkeitsspektrometer offenbart, die abwechselnd angeordnete Elektrodenlagen und Isolierungsteile aufweist, wobei jede Elektrodenlage eine Maschenmetalllage ist, die einen Radian- oder Verjüngungsabschnitt aufweist. Ferner weist der Radian- oder Verjüngungsabschnitt der Elektrodenlage Maschen einer größeren Transparenz auf. Bei der obigen Struktur der vorliegenden Erfindung kann in der Migrationszone ein elektrisches Feld gebildet werden, das eine Peripherie einer gleichförmigen Fokussierungsmitte aufweist. Die kreisförmige Ringkonfiguration der Peripherie des elektrischen Feldes kann das elektrische Migrationsfeld vor jeglichem Einfluss äußerer elektrischer Felder abschirmen. Die Elektroden sind jeweils maschenartig und weisen in der Mitte ein kreisförmiges Loch auf, somit können sie so viele Ionen wie möglich fokussieren und einfangen, die sich nicht entlang der Mittelachse bewegen, und diejenigen Ionen, die sich entlang der Mittelachse bewegen, können auf transparente Weise durch die Elektroden hindurchtreten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Sicherheitsprüfungstechnologie, insbesondere auf eine Driftröhrenstruktur, die bei einer Prüfungsausrüstung zum Prüfen von Drogen und Sprengstoffen anhand einer Ionenbeweglichkeitstechnik verwendet wird.
Ein Ionenbeweglichkeitsspektrometer unterscheidet verschiedene Ionen gemäß einer Tatsache, dass verschiedene Ionen in einem gleichmäßigen schwachen elektrischen Feld verschiedene Driftgeschwindigkeiten aufweisen. Das Ionenbeweglichkeitsspektrometer ist üblicherweise aus einem Probeneingabeabschnitt, einem Ionisierungsabschnitt, einem Ionengatter oder einem Ionenspeicherungsabschnitt, einer Migrationszone, einer Sammelzone, einer Erfassungsschaltung, einem Datenerfassungs- und -verarbeitungs- und -steuerabschnitt usw. gebildet.
Bei den vorhandenen Techniken wurde, um eine höhere Ionendurchlässigkeit zu erzielen, die Aufmerksamkeit bisher auf die Ionenfokussierungstechnologie gerichtet. Bei der US-Patentschrift Nr. 4,855,595 wird ein zeitlich variables elektrisches Feld beim Fokussieren verwendet. Bei der US-Patentschrift Nr. 5,189,301 werden schalenförmige Elektroden beim Fokussieren verwendet, um die Ionendurchlässigkeit zu erhöhen. Ungünstigerweise kann eine beträchtliche Menge an Ionen an die Elektroden zerstreut werden und verschwinden. Bei der US-Patentschrift Nr. 6,727,495 ist ein zeitlich variables elektrisches Feld, für das Elektrodenlagen zu gleichen Anzahlen untergeteilt werden, wobei eine Phasendifferenz von 90 Grad zwischen benachbarten elektrischen Feldern von unterteilten Lagen vorliegt, mit einem linearen elektrischen Feld gekoppelt, um die Ionen zu fokussieren und somit die Ionendurchlässigkeit zu erhöhen. Diese Tech nik weist den Nachteil einer komplexen Struktur und Steuerung auf. Bei der US-Patentschrift Nr. 7,223,969 wird ein Verfahren zum Abwechseln zwischen starken und schwachen statischen elektrischen Feldern beim Ionenfokussieren verwendet, um die Ionendurchlässigkeit zu erhöhen. Wiederum führt dieses Verfahren zu einer komplexen Struktur.
1 zeigt eine Driftröhrenstruktur im Stand der Technik. Sie umfasst eine Probeneingabeeinheit 1, einen halbdurchlässigen Film, eine Ionisierungsquelle 2, ein Ionengatter 3, eine Driftröhre 4, eine Faraday-Schale und eine Frontschaltungsanordnung 5 usw., die in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Das innere elektrische Feld der Driftröhre unterliegt einer Interferenz, und die peripheren Ionen werden auf Grund dessen, dass das elektrische Feld einen ungleichmäßigen Rand aufweist, oft zerstreut und verschwinden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Driftröhrenstruktur zu liefern, die die Ionendurchlässigkeit für die Driftröhre auf einfache und effiziente Weise verbessern kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Driftröhrenstruktur gemäß Anspruch 1 gelöst.
Bezüglich eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist eine Driftröhrenstruktur für ein Ionenbeweglichkeitsspektrometer vorgesehen, die abwechselnd angeordnete Elektrodenlagen und Isolierungsteile aufweist, wobei jede Elektrodenlage ein Maschenmetallblech ist, die einen Radian- oder Verjüngungsabschnitt aufweist.
Vorzugsweise weist der Radian- oder Verjüngungsabschnitt der Elektrodenlage Maschen einer größeren Transparenz auf.
Vorzugsweise ist die Mitte der Elektrodenlage ein Loch, das einen Durchmesser in der Größenordnung eines Millimeters aufweist.
Vorzugsweise ist die Mitte der Elektrodenlage ein kreisförmiges Loch.
Vorzugsweise ist die Peripherie der Elektrodenlage eine Metallkonfiguration, die auf einer oder beiden Seiten Metallringe aufweist.
Vorzugsweise weist die nahe bei der Faraday-Platte befindliche Elektrodenlage ein kleineres Mittenloch auf als die von der Faraday-Platte weit entfernte Elektrodenlage.
Vorzugsweise ist das Isolierungsteil in einer Ringform gebildet.
Vorzugsweise sind die Elektrodenlagen in gleichem oder ungleichem Abstand koaxial angeordnet, und vorzugsweise sind Inkrement- oder Dekrementspannungen an diese angelegt.
Bei der obigen Struktur der vorliegenden Erfindung kann in der Migrationszone ein elektrisches Feld gebildet werden, das eine Peripherie einer gleichförmigen Fokussierungsmitte aufweist. Die kreisförmige Ringkonfiguration der Peripherie des elektrischen Feldes kann das elektrische Migrationsfeld vor jeglichem Einfluss äußerer elektrischer Felder abschirmen. Die Elektroden sind jeweils maschenartig und weisen in der Mitte ein kreisförmiges Loch auf, somit können sie so viele Ionen wie möglich fokussieren und einfangen, die sich nicht entlang der Mittelachse bewegen, und diejenigen Ionen, die sich entlang der Mittelachse bewegen, können auf transparente Weise durch die Elektroden hindurchtreten. Die Elektroden, die sich nahe bei der Faraday-Platte befinden, weisen kleinere Mittenlöcher auf. Diese Konfiguration ermöglicht einerseits das Hindurchtreten fokussierter Ionenstrahlen und kann andererseits die Faraday-Platte vor jeglichem Einfluss einer vorherigen Ionenbewegung an diesen Elektroden abschirmen, wodurch die Ionendurchlässigkeit drastisch erhöht wird. Da der Ionenstrahl sehr dünn ist, kann die Faraday-Platte sehr klein gestaltet sein. Dies führt zu einer verringerten Eingangskapazität der Frontschaltungsanordnung und zu weniger Leitungsrauschen.
Die obigen Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die in Verbindung mit den Zeichnungen zu sehen ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein schematisches Schnittdiagramm einer Driftröhrenstruktur im Stand der Technik;
2 und 2A bis 2G schematische Diagramme einer Maschenelektrodenkonfiguration, die bei einer Driftröhre gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
3 und 3A bis 3G schematische Diagramme einer Elektrodenkonfiguration, die zusammen mit der Maschenelektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
4 ein schematisches Diagramm der Konfiguration einer Driftröhre gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ein schematisches Diagramm der Konfiguration einer Driftröhre gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
6 ein schematisches Diagramm der Konfiguration einer Driftröhre gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Nun werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher be schrieben, bei denen dasselbe Bezugszeichen, obwohl es in verschiedenen Figuren gezeigt ist, dieselbe oder eine ähnliche Komponente bezeichnet. Der Übersichtlichkeit und Einfachheit halber wird auf eine ausführliche Beschreibung bekannter Funktionen und Strukturen, die hier aufgenommen sind, verzichtet, sonst kann dadurch der Gegenstand der vorliegenden Erfindung unklar werden.
Unter Bezugnahme auf 2 sind die bei der Driftröhre des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendeten Elektroden jeweils eine Maschenmetalllage, die einen Radian- oder Verjüngungsabschnitt aufweist, der beispielsweise den Maschenradian- oder Verjüngungsabschnitt 7 der Elektrodenlage umfasst. Die Totzone weist sehr dünne Metallfäden auf. Die Mitte 8 der Elektrodenlage ist ein kreisförmiges Loch oder ein Loch einer beliebigen anderen Form. Die Peripherie 6 der Elektrodenlage ist eine Metallkonfiguration 9, die auf einer oder beiden Seiten kreisförmige Metallringe oder Ringe einer beliebigen anderen Form, beispielsweise quadratisch, aufweist. Die nahe bei der Faraday-Platte befindliche Elektrode muss ein kleineres Mittenloch 8 aufweisen als die von der Faraday-Platte weit entfernte Elektrode.
2A zeigt eine schematische Schnittansicht der Elektrode, deren Peripherieabschnitt keinen kreisförmigen Metallring aufweist. 2B, 2C und 2D zeigen jeweils eine schematische Schnittansicht der Elektrode, deren Peripherieabschnitt kreisförmige Metallringe aufweist. Eine derartige Elektrode ist für einen größeren Isolator geeignet. 2E, 2F und 2G zeigen jeweils eine schematische Schnittansicht der Elektrode, deren Peripherieabschnitt kreisförmige Metallringe einer großen Dicke aufweist. Eine derartige Elektrode ist für einen kleineren Isolator geeignet.
3 zeigt eine Ringelektrode, die zusammen mit der Maschenelektrode bei der Driftröhre gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die Ringelektrode kann eine Peripherie mit einem oder ohne ei nen Abschirmmechanismus 10 aufweisen. Die Ringelektrode kann abwechselnd mit der Maschenelektrode verwendet werden, um die Leistungsfähigkeit und Kosten zu optimieren.
Unter Bezugnahme auf 4, 5 und 6 sind die Elektroden 12, 15, 18 durch die Elektroden der in 2A, 2C bzw. 2F gezeigten Formen gebildet. Die näher bei der Faraday-Platte befindlichen Elektroden 13, 16, 19 sind ebenfalls durch die Elektroden der in den 2A, 2C bzw. 2F gezeigten Formen gebildet, und jede derselben weist ein kleineres Mittenloch 8 auf. Zwischen diesen Elektroden sind die Isolatoren 11, 14, 17 zwischen zwei benachbarten Elektroden angeordnet.
Die vorstehende Beschreibung ist lediglich die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und soll die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Fachleuten wird einleuchten, dass jegliche Modifikation oder Substitution bei dem Prinzip der vorliegenden Erfindung in den durch die angehängten Patentansprüche definierten Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4855595 [0003]
- US 5189301 [0003]
- US 6727495 [0003]
- US 7223969 [0003]

Claims

Driftröhrenstruktur für Ionenbeweglichkeitsspektrometer, die abwechselnd angeordnete Elektrodenlagen und Isolierungsteile aufweist, wobei jede Elektrodenlage eine Maschenmetalllage ist, die einen Radian- oder Verjüngungsabschnitt aufweist.
Driftröhrenstruktur gemäß Anspruch 1, bei der der Radian- oder Verjüngungsabschnitt der Elektrodenlage Maschen einer größeren Transparenz aufweist.
Driftröhrenstruktur gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Mitte der Elektrodenlage ein kreisförmiges Loch ist.
Driftröhrenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Peripherie der Elektrodenlage eine Metallkonfiguration ist, die auf einer oder beiden Seiten Metallringe aufweist.
Driftröhrenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die nahe bei der Faraday-Platte befindliche Elektrodenlage ein kleineres Mittenloch aufweist als die von der Faraday-Platte weit entfernte Elektrodenlage.
Driftröhrenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Isolierungsteil in einer Ringform gebildet ist.
Driftröhrenstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Elektrodenlagen koaxial angeordnet und Inkremental- oder Dekrementalspannungen an dieselben angelegt sind.