專利名稱：用于離子遷移譜儀的進樣裝置和離子遷移譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及離子遷移檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本實用新型描述一種用于離 子遷移譜儀的進樣裝置以及一種使用上述進樣裝置對固體顆粒和氣體待測樣品進行檢測 的方法。此外，本實用新型還涉及一種具有上述進樣裝置的離子遷移譜儀。
背景技術(shù)：
基于離子遷移譜(IMS)技術(shù)的探測儀器可用于檢測痕量級的爆炸物、毒品、化學 毒劑等違禁物品，由于具備快速、靈敏、可便攜操作等特點，目前已在軍事與安檢領(lǐng)域得到 廣泛應用。大多商業(yè)化便攜式離子遷移譜設備具備兩種采樣方法，即固體采樣或擦拭采樣 以及氣體采樣前者采用潔凈的采樣載體如拭紙擦拭可疑物表面，采集待測物顆粒，隨后將 粘附樣品顆粒的拭紙或采樣載體放入儀器入口，通過熱脫附的方法使固體爆炸物氣化以供 分析。采樣和測試過程中操作人員需佩戴手套或使用專門設計的安裝有采樣載體的擦拭取 樣器，以免污染采樣載體和檢測設備；后者使用抽氣泵直接將待測氣氛或固體表面的蒸氣 樣品吸入儀器的進樣裝置進行分析。氣體采樣法操作簡單，不需耗材，且可避免與待測物的直接接觸，但由于大多待測 物如炸藥、毒品的蒸氣壓都很低(ppb以下)，因而單靠直接吸入樣品的采集方式很難達到 儀器的檢測下限值。如在分析系統(tǒng)前端設置預濃縮或富集裝置，則可大大提升儀器的探測 能力。預濃縮器主要包括吸附材料和加熱器，其工作原理是首先使待測氣體通過吸附材料 產(chǎn)生富集，一段時間后加熱吸附材料使吸附的氣體在短時間內(nèi)解析，從而得到更高的氣體 濃度。有的商業(yè)化儀器如GE的VaporTracer采用外置便攜式真空吸氣裝置進行氣體樣品 的采集，首先將采樣載體置于真空裝置的吸氣口，使包含待測物蒸氣的空氣通過采樣載體 一段時間后，將待測物分子捕獲于其上，隨后再將采樣介質(zhì)置于檢測器中，通過熱脫附的方 法將待測物分子釋放出來以供分析，因而該裝置實際起到樣品富集的作用。目前已有多個相關(guān)專利，分別描述用于離子遷移譜儀或其它同類分析儀器的預濃 縮裝置。專利US516^552描述了一種樣品混合濃縮引入技術(shù)，抽取密封行李中的部分氣體 并在一封閉腔體中與環(huán)境大氣相結(jié)合，使該混合樣品通過一收集器，將某種待測分子集聚 到收集表面上加以濃縮，隨后再將所吸附的分子由表面釋放出來并送至離子遷移譜儀進行 分析；專利US6604406描述了一種可人工攜帶的預濃縮裝置，通過一可透過的篩網(wǎng)，將目 標物捕獲，再通過加熱使這些物質(zhì)釋放到腔體中；專利US5083019描述了一種吸附探針濃 縮裝置，將表面有吸附涂層的金屬絲線圈制備的吸附探針在低溫時置于進樣氣流中，用其 表面收集氣體樣品，在測試過程中則通過滑動軸將探針手動送入離子遷移裝置的離化反 應區(qū)后快速加熱，使待測物質(zhì)解吸出來，再加以離化；專利W02007091998描述了固相微萃 取光纖采集濃縮技術(shù)，采用暴露在空氣中的固相微萃取光纖采集爆炸物、標簽劑或其混合 物樣品，將光纖在經(jīng)過熱解吸附作用后放入預濃縮裝置以濃縮樣品，并使其進入離子遷移 譜儀進行探測。專利US20090M9958描述了一種可更換濃縮載體的裝置組件，由外殼和 內(nèi)部機架組成，利用可收縮的彈簧壓緊裝置形成一可容納若干濃縮載體的空腔和通向探測儀器進樣裝置的通道，使連續(xù)氣流可將濃縮載體采集的物質(zhì)帶入儀器中進行分析；專利 W02008074981中涉及的濃縮裝置位于離子遷移進樣裝置內(nèi)，通過一與遷移管腔相連接的脈 沖壓力發(fā)生器，向管腔內(nèi)交替施加較小的負壓和正壓，將空氣以仿效喘息的方式吸入或排 出進樣裝置，使待測組分不能進入離化區(qū)而被預濃縮裝置有效吸附，等待測組分積聚一段 時間后，壓力發(fā)生器產(chǎn)生一較大負壓，將預濃縮裝置釋放出的待測物吸入儀器內(nèi)部的離化 區(qū)進行分析；專利W02007113486中描述的預濃縮裝置與離子遷移譜儀的入口相連，由內(nèi)表 面具有一層硅膠吸附材料的金屬管構(gòu)成，吸附層下設置和電源相連的電阻加熱元件，用于 周期性加熱硅膠吸附層使所吸附的物質(zhì)脫附并以較高的濃度釋放到離子遷移譜儀中。在實際使用中，由于固體擦拭采樣仍為目前離子遷移設備常規(guī)使用的樣品采集 方式，儀器前端多設置采樣載體進樣裝置和用于加熱載體的熱解析器。為了不影響儀器 的固體進樣裝置及功能，上面所述專利中描述的濃縮器，(例如US5162652、US6604406、 W02007091998、US20090249958等)一般都采用外置設計，需要獨立于儀器的單獨裝置，完 成樣品采集后，再以和固體采樣相同的方式進樣，由此使得整個檢測操作過程繁瑣、復雜； 另一方面，在具有內(nèi)置濃縮器的離子遷移譜設備中，(例如W02008074981、W02007113486 等)，由于濃縮器中的吸附元件需要在低溫下工作，儀器前端都不設置熱解析器，造成設備 只能用于氣體樣品的分析。因此，現(xiàn)有技術(shù)中需要開發(fā)一種更具實用性的離子遷移譜設備，同時兼具固體采 樣和氣體采樣的功能，一方面，其具備內(nèi)置的濃縮裝置，以簡化設備配置及操作程序，另一 方面，其可對待測物的痕量固體殘留和極低濃度氣氛進行靈敏而便捷的檢測。

實用新型內(nèi)容鑒于此，本實用新型的目的旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題和缺陷的至少一 個方面。相應地，針對上述現(xiàn)有可對氣體樣品進行檢測的離子遷移譜痕量分析設備設計中 存在的不足，本實用新型的目的之一在于提出一種新型的離子遷移譜儀的進樣裝置的設計 和使用方法，將固體顆粒樣品分析和低濃度氣體分析功能集成在單一儀器中，從而能夠通 過同一采樣裝置兼顧固體采樣和氣體采樣的功能。本實用新型的另一目的在于提供一種新型的離子遷移譜儀的進樣裝置的設計和 使用方法，其無需另外配備氣體樣品采集濃縮裝置，既可簡化操作程序，提高氣體樣品的靈 敏度和分析效率，又能同時實現(xiàn)對痕量固體樣品的有效檢測。根據(jù)本實用新型的一個方面，其提供一種用于離子遷移譜儀的進樣裝置，其用于 將待測樣品導入到離子遷移譜儀的遷移管的入口中，所述進樣裝置包括內(nèi)套筒部件，所 述內(nèi)套筒部件在其內(nèi)部限定有內(nèi)腔體，其一端通過內(nèi)層通道與所述遷移管的所述入口相連 通，其另一端設置有具有內(nèi)開孔的內(nèi)端蓋；以及外套筒部件，所述外套筒部件設置成與所述 內(nèi)套筒部件同軸并可相對于所述內(nèi)套筒部件旋轉(zhuǎn)的偏心套筒以在所述內(nèi)、外套筒部件之間 形成套筒空腔，其一端設置有至少一個選擇性地與所述內(nèi)層通道相連通的連通開孔，其另 一端設置有外端蓋，其上設置有選擇性地與所述內(nèi)開孔連通的第一外開孔和與所述套筒空 腔相連通的第二外開孔，其中所述外端蓋設置成相對于內(nèi)端蓋可在第一位置和第二位置之 間轉(zhuǎn)動，以選擇性地將待測樣品通過所述內(nèi)腔體和所述套筒空腔之一導入到所述內(nèi)層通道中。在上述實施方式中，當外端蓋設置成相對于內(nèi)端蓋處于第一位置時，所述外端蓋 上的第一外開孔與所述內(nèi)端蓋上的內(nèi)開孔相連通，所述連通開孔與所述內(nèi)層通道不連通， 所述待測樣品通過所述內(nèi)腔體被導入到所述內(nèi)層通道中；當外端蓋設置成相對于內(nèi)端蓋處 于第二位置時，所述外端蓋上的第一外開孔與所述內(nèi)端蓋上的內(nèi)開孔不相連通，所述外端 蓋上的第二外開孔與所述套筒空腔相連通，所述連通開孔與所述內(nèi)層通道相連通，待測樣 品通過所述套筒空腔被導入到所述內(nèi)層通道中。優(yōu)選地，所述內(nèi)套筒部件的外部設置有加熱部件，用于對所述內(nèi)腔體進行加熱以 形成熱解析腔體，在所述熱解析腔體中，固態(tài)的待測樣品被加熱以形成氣態(tài)待測樣品。優(yōu)選地，所述加熱部件的外部還設置有絕熱層，以使所述內(nèi)套筒部件和所述外套 筒部件之間形成熱隔離。具體地，所述內(nèi)開孔設置在所述內(nèi)端蓋上臨近圓心位置的一側(cè)上；以及所述第一 外開孔設置在所述外端蓋上臨近圓心位置的一側(cè)上，所述第二外開孔設置在所述外端蓋上 遠離所述圓心與所述第一開孔相反的另一側(cè)上。更具體地，在所述內(nèi)開孔和所述第一外開孔為方形孔，所述第二外開孔包括多個 圓孔。在一種實施方式中，所述用于離子遷移譜儀的進樣裝置還包括設置在所述遷移 管的所述入口與所述內(nèi)層通道之間的半透膜，用于選擇性透過被導入到所述遷移管中的氣 態(tài)待測物質(zhì)。進一步地，所述用于離子遷移譜儀的進樣裝置還包括設置在所述半透膜和所述 內(nèi)層通道之間、鄰近半透膜位置處的富集體，用于對進入到內(nèi)層通道中的待測物質(zhì)進行預 濃縮。具體地，所述富集體由多個相互疊置的富集片層構(gòu)成，所述多個富集片層中的每 一個包括主體，由表面存在微孔的金屬薄膜或篩網(wǎng)構(gòu)成；以及吸附劑，其附著于所述主體 表面上，以吸附所述待檢測的物質(zhì)。更具體地，所述多個相互疊置的富集片層中的微孔相互交錯排列，以使當氣體垂 直穿過富集體時，增加樣品氣流和富集片層中的吸附劑之間的接觸面積。更具體地，所述裝置還包括與所述富集體連接的脈沖加熱裝置，用于對所述富集 體進行可控脈沖加熱。根據(jù)本實用新型的另一方面，其提供一種使用上述用于離子遷移譜儀的進樣裝置 導入固體待測樣品的方法，其包括步驟啟動設置于所述內(nèi)套筒部件外部的加熱部件，用于 在操作過程中對所述內(nèi)腔體進行持續(xù)加熱以形成熱解析腔體；旋轉(zhuǎn)外端蓋，以使所述外端 蓋設置成相對于內(nèi)端蓋處于所述第一位置；將固體待測樣品通過所述外端蓋上的第一外開 孔與所述內(nèi)端蓋上的內(nèi)開孔導入到所述熱解析腔體中，在所述熱解析腔體中，固態(tài)的待測 樣品被加熱以形成氣態(tài)待測樣品；將氣態(tài)待測樣品通過內(nèi)層通道導入到所述遷移管的所述 入口中。根據(jù)本實用新型的再一方面，其提供一種使用上述用于離子遷移譜儀的進樣裝置 導入氣體待測樣品的方法，其包括步驟啟動設置于所述內(nèi)套筒部件外部的加熱部件，用于 在操作過程中對所述內(nèi)腔體進行持續(xù)加熱以形成熱解析腔體；旋轉(zhuǎn)外端蓋，以使所述外端蓋設置成相對于內(nèi)端蓋處于所述第二位置；將氣體待測樣品通過所述外端蓋上的第二外開 孔、套筒空腔導入到內(nèi)層通道中，并在所述富集體上進行預濃縮；在氣體待測樣品在富集體 上進行預濃縮達到預定時間之后，旋轉(zhuǎn)外端蓋，以使所述外端蓋設置成相對于內(nèi)端蓋處于 所述第一位置；將氣流通過所述熱解析腔體導入到所述富集體上，同時可激發(fā)連接富集體 的脈沖加熱裝置，從而將預濃縮在所述富集體上的待測樣品解析出來，以形成氣態(tài)待測樣 品；以及將氣態(tài)待測樣品導入到所述遷移管的所述入口中。根據(jù)本實用新型的還一方面，其提供一種離子遷移儀，其包括遷移管，用于對導 入到其中的待測樣品進行離化和遷移操作；氣路裝置，其用于向所述離化區(qū)提供載氣和向 所述遷移區(qū)提供遷移氣體；以及如前所述的進樣裝置，其用于將待測樣品導入到所述遷移 管的入口中。在上述技術(shù)方案中，所述離子遷移譜儀還包括進樣泵，其用于提供負壓以將氣體 待測樣品導入到所述進樣裝置中。具體地，所述遷移管包括離化區(qū)，待測樣品分子在所述離化區(qū)中電離以形成離子 團；以及遷移區(qū)，所述離子團在所述遷移區(qū)完成定向遷移和分離過程。本實用新型的上述不特定的實施方式至少具有下述一個或者多個方面的優(yōu)點和 效果1.本實用新型通過采用內(nèi)外套筒的結(jié)構(gòu)設計，使其相互之間可以在兩個不同位置 之間切換，從而選擇性地提供兩條不同的氣流通路。通過采用上述方案，其將固體顆粒樣品 分析和低濃度氣體分析功能集成在單一儀器中，從而能夠通過同一采樣裝置兼顧固體采樣 和氣體采樣的功能。2.另外，在本實用新型的一種實施方式中，其無需配備外置氣體樣品采集濃縮裝 置，既可簡化操作程序，提高氣體樣品的靈敏度和分析效率，又能同時實現(xiàn)對痕量固體樣品 的有效檢測。具體地，在本實用新型的實施例中，將富集載體設置在進樣裝置內(nèi)與半透膜相 鄰的位置處，進樣端采用獨特的帶旋蓋的套筒式結(jié)構(gòu)設計，在不影響儀器固體進樣功能的 情況下，通過控制氣體的進入通道，充分利用固體進樣裝置的熱源，實現(xiàn)富集載體對氣體樣 品的低溫吸附和快速升溫脫附，從而起到有效的預濃縮作用，使儀器兼具對痕量固體顆粒 樣品分析和極低濃度氣體樣品的功能，而無需另外配備單獨的氣體采集和濃縮裝置，簡化 了儀器配置和操作程序，可大大提高儀器對氣體樣品的分析效率。3.另外，在本實用新型中，將富集載體設置在進樣裝置內(nèi)與半透膜相鄰的位置處， 脫附過程中釋放的待測物能夠很快到達膜表面，完成選擇性透過過程，從而避免了樣品在 氣流通道中由于吸附或冷凝沉積造成的損失，進一步提高了儀器的靈敏度。

圖1是根據(jù)本實用新型的一種具體實施方式
的離子遷移譜儀的組成和原理示意圖；圖2是顯示根據(jù)本實用新型的一種具體實施方式
的用于離子遷移譜儀的進樣裝 置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2A是顯示固體顆粒樣品被導入到進樣裝置中的示意圖，圖2B是顯 示氣體樣品被導入到進樣裝置中的示意圖；以及圖3是顯示根據(jù)本實用新型的一種實施方式中用于離子遷移譜儀的富集體的示意圖。
具體實施方式
下面通過實施例，并結(jié)合附圖1-3，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的說 明。在說明書中，相同或相似的附圖標號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本實用 新型實施方式的說明旨在對本實用新型的總體實用新型構(gòu)思進行解釋，而不應當理解為對 本實用新型的一種限制。圖1是根據(jù)本實用新型的一種具體實施方式
的離子遷移譜儀的組成和原理示意 圖。如圖1所示，根據(jù)本實用新型的離子遷移譜儀1，其包括遷移管4，用于對導入到其中 的待測樣品進行離化和遷移操作；以及進樣裝置2，其具有引入待測樣品的進樣口，可通過 吸入含待測物氣氛的空氣樣品或插入收集到固體顆粒樣品的采樣載體，將待測樣品導入到 遷移管4中。進樣裝置2靠近遷移管4的入口 41處設置一具有選擇透過性的半透膜3，將 離子遷移譜儀內(nèi)部與和外部環(huán)境相通的進樣裝置2隔開。參見圖1，離子遷移譜儀還包括進樣泵10，其用于提供負壓以將氣體待測樣品導 入到進樣裝置2中。通過固體顆?；驓怏w進樣方式由進樣裝置2引入的氣態(tài)被測物質(zhì)分子， 在進樣泵10的作用下，由空氣流帶至半透膜3前，經(jīng)過半透膜3的篩選作用，進入離子遷移 譜儀1內(nèi)的核心元件離子遷移管4，未能透過半透膜3的組分則在進樣泵10的作用下排出。遷移管4由可周期性開啟的離子門5分隔成離化反應區(qū)6和遷移區(qū)7兩部分。待 測樣品分子在離化區(qū)中電離以形成離子團，電離形成的離子團在遷移區(qū)完成定向遷移和分 離過程。在遷移區(qū)7內(nèi)通過在環(huán)狀電極片8上施以電壓以提供均勻分布的電場。在離子遷 移管4的離化區(qū)5，待測物分子被電離并形成離子團，當離子門5打開時，這些離子團在電場 的作用下進入遷移區(qū)7并繼續(xù)在電場的作用下遷移前進。在遷移區(qū)7中，離子團的遷移速 度與其質(zhì)量、所帶電荷數(shù)、體積大小等因素相關(guān)，因此不同的離子團到達位于遷移區(qū)末端的 檢測器9的時間各不相同，通過檢測來自檢測器的微弱脈沖電流及其到達時間，并將其與 標準物質(zhì)庫進行匹配，就可以判斷出物質(zhì)的種類。另外，離子遷移譜儀1包括氣路裝置，其用于向離化區(qū)提供載氣和向遷移區(qū)提供 遷移氣體。由儀器后端引入的遷移氣流方向和離子運動方向相反，在離化室中接近離子門 5的位置處導出，在循環(huán)氣泵11的推動作用下，通過過濾器12凈化干燥后的氣體部分用作 遷移氣流Sl進入遷移區(qū)后部，另一部分氣流S2則由包含摻雜劑源13的氣路形成載氣氣路 進入離化反應區(qū)6。
以下結(jié)合附圖2A-2B對根據(jù)本實用新型的一種具體實施方式
的用于離子遷移譜 儀的進樣裝置的結(jié)構(gòu)和原理進行簡要說明。圖2示出了一種根據(jù)本實用新型的具體實施方式
的用于離子遷移譜儀的進樣裝 置2，其用于將待測樣品導入到離子遷移譜儀1的遷移管4的入口 41中，其包括內(nèi)套筒部 件21，內(nèi)套筒部件在其內(nèi)部限定有內(nèi)腔體23，其一端通過內(nèi)層通道M與遷移管4的入口 41相連通，其另一端設置有具有內(nèi)開孔31的內(nèi)端蓋25;以及外套筒部件22，外套筒部件設 置成與內(nèi)套筒部件21同軸并可相對于內(nèi)套筒部件21旋轉(zhuǎn)的偏心套筒，以在內(nèi)、外套筒部件 22、21之間形成套筒空腔沈，其一端設置有至少一個選擇性地與內(nèi)層通道M相連通的連通 開孔27，其另一端設置有外端蓋觀，其上設置有選擇性地與內(nèi)開孔31連通的第一外開孔32和與套筒空腔26相連通的第二外開孔33，其中外端蓋觀設置成相對于內(nèi)端蓋25可在第一 位置，(如圖2A所示的位置)和第二位置(如圖2B所示的位置)之間轉(zhuǎn)動，以選擇性地將 待測樣品通過內(nèi)腔體23和套筒空腔沈之一導入到內(nèi)層通道M中。如圖2所示，內(nèi)層通道 24包括與內(nèi)腔體23相連通的分支通道2 和通過連通開孔27與套筒空腔沈相連通的分 支通道Mb。 參見圖2，內(nèi)套筒部件21的外部設置有加熱部件四，用于對內(nèi)腔體23進行加熱以 形成熱解析腔體，在熱解析腔體中，固態(tài)的待測樣品被加熱以形成氣態(tài)待測樣品。常見實例 為由金屬材料如不銹鋼制成的扁平狀進樣裝置，其外部纏繞加熱絲，形成熱解析腔體。通過 持續(xù)加熱的方式，使進樣裝置保持高溫，以加熱解析或氣化采樣載體上所采集的固體樣品 顆粒。內(nèi)套筒部件21的內(nèi)部設置有內(nèi)層通道24，在進樣泵10的作用下，將空氣流由進樣裝 置2引入離子遷移譜儀1內(nèi)部。在上述實施方式中，加熱部件的外部還設置有絕熱層30，以使內(nèi)腔體23和套筒空 腔沈之間形成熱隔離。這樣，進樣裝置被分隔成溫度不同的內(nèi)、外兩層，內(nèi)層為由內(nèi)套筒部 件21包圍的內(nèi)腔體23，其與分支通道2 相連通。外層為由內(nèi)套筒部件21和與內(nèi)套筒部 件21同軸的外套筒部件22構(gòu)成的套筒空腔沈，其通過連通開孔27選擇性地與分支通道 24b相通。在本實用新型中的上述實施方式中，其形成可控制或改變氣體樣品進入內(nèi)層通道 24的機構(gòu)。典型實例如圖2所示內(nèi)開孔31設置在內(nèi)端蓋25上臨近圓心位置的一側(cè)上。 外套筒為與內(nèi)套筒同軸的偏心套筒形式，相應地，其端蓋為偏心圓形式，其外端蓋觀上具 有不對稱的若干開孔，其中第一外開孔32設置在鄰近中心位置，形狀與內(nèi)層進樣裝置完全 重合，其余各孔33則分布在周邊位置，與套筒空腔沈相通，且套筒空腔內(nèi)也具有多個與內(nèi) 層通道M選擇性連通的連通開孔27，可通過對外套筒部件進行旋轉(zhuǎn)操作而改變其端部第 一、第二開孔和連通開孔27的位置。參見圖2，第一外開孔32設置在外端蓋28上臨近圓心 位置的一側(cè)上，形狀與內(nèi)層進樣裝置完全重合；第二外開孔33，例如多個圓形孔，則分布在 周邊位置，例如設置在外端蓋觀上遠離圓心與第一開孔32相反的另一側(cè)上，并與套筒空腔 26相通。雖然，在圖2中，內(nèi)開孔和第一外開孔為方形孔，第二外開孔33包括多個圓孔，但 是本實用新型并不僅限于此，例如其可以采用任何其它適宜的形狀。參見圖2，當外端蓋觀設置成相對于內(nèi)端蓋25處于圖2A中的第一位置以進行固 體顆粒采樣時，使外端蓋28的鄰近中心的第一外開孔32轉(zhuǎn)至與內(nèi)端蓋25上的內(nèi)開孔31 完全重合的位置，外端蓋28上的第一外開孔32與內(nèi)端蓋25上的內(nèi)開孔31相連通，連通開 孔27與偏心套筒空腔沈不連通，待測樣品通過內(nèi)腔體23被導入到內(nèi)層通道M中；當外端 蓋觀設置成相對于內(nèi)端蓋25處于圖2B中的第二位置以進行氣體采樣時，可旋轉(zhuǎn)外套筒部 件，使其端部的鄰近中心的第一外開孔32轉(zhuǎn)至與內(nèi)端蓋25上位置相反的一側(cè)，外端蓋觀 上的第一外開孔32與內(nèi)端蓋25上的內(nèi)開孔31不相連通，而這時偏心套筒空腔沈和內(nèi)層 通道M間通過多個開孔27相通，這樣氣體由套筒空腔沈進入內(nèi)層通道24。內(nèi)外端蓋25、28的旋轉(zhuǎn)可手動完成或通過控制電路自動實現(xiàn)。在內(nèi)層通道對和 半透膜3之間接近半透膜3的位置處設置一富集載體14，用于對將被導入到遷移管中的物 質(zhì)進行預濃縮。具體地，參見圖3，富集體14由多個相互疊置的富集片層140構(gòu)成，多個富 集片層140中的每一個包括主體141，由表面存在微孔的金屬薄膜或篩網(wǎng)構(gòu)成；以及吸附劑，其附著于主體141表面上，以吸附待檢測的物質(zhì)。金屬一般為不銹鋼，載體上附著活性 碳粉等吸附物質(zhì)或涂漬對待測物有吸附作用的吸附劑?？刹捎貌煌脑O計使該富集載體具 有較大的吸附面積，如折疊成波浪狀，而且，使各層載體表面設置的微孔交錯排布，當氣體 垂直穿流載體層時，就會產(chǎn)生沿載體表面孔間區(qū)域的流動，從而提高樣品氣流和載體收集 表面的吸附劑間的接觸面積。在一種實施例中，該裝置還包括與所述富集體14相連接的脈 沖加熱裝置(未示出)，通過操作脈沖加熱裝置，可以對所述富集體14進行可控脈沖加熱。
以下結(jié)合附圖對使用上述進樣裝置進行固體顆粒采樣和氣體采樣的具體操作進 行說明采樣操作前啟動設置于所述內(nèi)套筒部件外部的加熱部件四，用于在操作過程中對 所述內(nèi)腔體23進行持續(xù)加熱以形成熱解析腔體。當進行固體顆粒采樣時，如圖2A所示，旋 轉(zhuǎn)外端蓋28，以使外端蓋觀設置成相對于內(nèi)端蓋處于圖2A所示的第一位置；將固體待測 樣品通過外端蓋觀上的第一外開孔32與內(nèi)端蓋25上的內(nèi)開孔31導入到形成熱解析腔 體，在熱解析腔體中，固態(tài)的待測樣品被加熱以形成氣態(tài)待測樣品；將氣態(tài)待測樣品通過內(nèi) 層通道24導入到遷移管4的入口 41中。當進行氣體采樣時，如圖2B所示，旋轉(zhuǎn)外端蓋28，以使外端蓋28設置成相對于內(nèi) 端蓋25處于圖2B所示的第二位置；將氣體待測樣品通過外端蓋28上的第二外開孔32、套 筒空腔沈?qū)氲絻?nèi)層通道M中，并在富集體14上進行預濃縮；在氣體待測樣品在富集體 14上進行預濃縮達到預定時間之后，旋轉(zhuǎn)外端蓋28，以使外端蓋觀設置成相對于內(nèi)端蓋25 處于圖2A所示的第一位置；將氣流通過熱解析腔體導入到富集體14上，有選擇地，可激發(fā) 連接富集體的脈沖加熱裝置，以將預濃縮在富集體14上的待測樣品氣化并解析出來；以及 將氣態(tài)待測樣品通過內(nèi)層通道M導入到遷移管4的入口 41中。在實際檢測中，離子遷移譜儀1進樣裝置的熱解析腔體23始終處于持續(xù)加熱的狀 態(tài)，當進行固體采樣時，將進樣裝置2的外套筒部件22旋轉(zhuǎn)至圖2A所示的第一位置，使其 端部鄰近中心的開孔32和內(nèi)端蓋25上的內(nèi)開孔31相通，而其連通內(nèi)孔27則和套筒空腔 沈不相連通，氣體由熱解析腔體23進入離子遷移譜儀1的內(nèi)部。將固體采樣載體通過上述 內(nèi)外開孔31、32插入進樣裝置2中，載體采集到的固體顆粒樣品即發(fā)生氣化，隨空氣流進入 離子遷移譜儀1進行分析。當離子遷移譜儀1進行氣體采樣時，先將旋轉(zhuǎn)外套筒部件22至圖2B所示的第二 位置，使其外端蓋觀鄰近中心的開孔32轉(zhuǎn)到與內(nèi)端蓋25上的內(nèi)開孔31相反的一側(cè)，而其 連通內(nèi)孔27則與套管空腔沈相通，氣體由套筒空腔沈進入內(nèi)層通道24。由于套筒空腔 26與熱解析腔體23間存在絕熱層，由套筒空腔沈引入內(nèi)層通道M的氣體溫度接近環(huán)境 溫度，流經(jīng)富集載體14時溫度仍較低，利于對氣體樣品的有效吸附；當采集一段時間后，旋 轉(zhuǎn)外套筒部件22至圖2A所示的第一位置，即對應固體顆粒采樣的位置，此時氣體在進樣泵 10的作用由熱解析腔體23進入離子遷移譜儀1。這時由于氣流通過高溫的熱解析腔體23，溫度會迅速提高，流經(jīng)富集載體14時， 將加熱金屬材料制成的富集載體14，同時也可激發(fā)富集載體14的脈沖加熱功能，使載體 溫度迅速升高而釋放出所吸附的待測物質(zhì)。由于氣體采集時氣流通路上的氣阻較小，樣品 采集或吸附過程中氣體流量較大，可吸入較多的待測物氣氛，而脫附過程中氣體流路狹窄， 流量較小，所吸附的組分釋放到小流量的氣流中，從而增強濃縮的效果。此外，由于富集載體14設置在距離半透膜3較近的位置處，脫附過程中釋放的待測物能夠很快到達半透膜3 表面，完成選擇性透過過程，由此，避免了樣品在氣流通道中由于吸附或冷凝沉積造成的損 失，進一步提高了離子遷移譜儀1的靈敏度。 雖然本總體實用新型構(gòu)思的一些實施例已被顯示和說明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將 理解，在不背離本總體實用新型構(gòu)思的原則和精神的情況下，可對這些實施例做出改變，本 實用新型的范圍以權(quán)利要求和它們的等同物限定。
權(quán)利要求1.一種用于離子遷移譜儀的進樣裝置，其用于將待測樣品導入到離子遷移譜儀的遷移 管的入口中，其特征在于，所述進樣裝置包括內(nèi)套筒部件，所述內(nèi)套筒部件在其內(nèi)部限定有內(nèi)腔體，其一端通過內(nèi)層通道與所述遷 移管的所述入口相連通，其另一端設置有具有內(nèi)開孔的內(nèi)端蓋；以及外套筒部件，所述外套筒部件設置成與所述內(nèi)套筒部件同軸并可相對于所述內(nèi)套筒部 件旋轉(zhuǎn)的偏心套筒以在所述內(nèi)、外套筒部件之間形成套筒空腔，其一端設置有至少一個選 擇性地與所述內(nèi)層通道相連通的連通開孔，其另一端設置有外端蓋，其上設置有選擇性地 與所述內(nèi)開孔連通的第一外開孔和與所述套筒空腔相連通的第二外開孔，其中所述外端蓋設置成相對于內(nèi)端蓋可在第一位置和第二位置之間轉(zhuǎn)動，以選擇性地 將待測樣品通過所述內(nèi)腔體和所述套筒空腔之一導入到所述內(nèi)層通道中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子遷移譜儀的進樣裝置，其特征在于當外端蓋設置成相對于內(nèi)端蓋處于第一位置時，所述外端蓋上的第一外開孔與所述內(nèi) 端蓋上的內(nèi)開孔相連通，所述連通開孔與所述內(nèi)層通道不連通，所述待測樣品通過所述內(nèi) 腔體被導入到所述內(nèi)層通道中；當外端蓋設置成相對于內(nèi)端蓋處于第二位置時，所述外端蓋上的第一外開孔與所述內(nèi) 端蓋上的內(nèi)開孔不相連通，所述外端蓋上的第二外開孔與所述套筒空腔相連通，所述連通 開孔與所述內(nèi)層通道相連通，待測樣品通過所述套筒空腔被導入到所述內(nèi)層通道中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于離子遷移譜儀的進樣裝置，其特征在于所述內(nèi)套筒部件的外部設置有加熱部件，用于對所述內(nèi)腔體進行加熱以形成熱解析 腔體，在所述熱解析腔體中，固態(tài)的待測樣品被加熱以形成氣態(tài)待測樣品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于離子遷移譜儀的進樣裝置，其特征在于所述加熱部件的外部還設置有絕熱層，以使所述內(nèi)套筒和所述外套筒之間形成熱隔1 O
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于離子遷移譜儀的進樣裝置，其特征在于所述內(nèi)開孔設置在所述內(nèi)端蓋上臨近圓心位置的一側(cè)上；以及所述第一外開孔設置在所述外端蓋上臨近圓心位置的一側(cè)上，所述第二外開孔設置在 所述外端蓋上遠離所述圓心與所述第一開孔相反的另一側(cè)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于離子遷移譜儀的進樣裝置，其特征在于所述內(nèi)開孔和所述第一外開孔為方形孔，所述第二外開孔包括多個圓孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于離子遷移譜儀的進樣裝置，其特征在于還包括設置在所述遷移管的所述入口與所述內(nèi)層通道之間的半透膜，用于過濾被導入到所述 遷移管中的氣態(tài)物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于離子遷移譜儀的進樣裝置，其特征在于還包括設置在所述半透膜和所述內(nèi)層通道之間、鄰近半透膜位置處的富集體，用于對進入到 內(nèi)層通道中的待測物質(zhì)進行預濃縮。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于離子遷移譜儀的進樣裝置，其特征在于所述富集體由多個相互疊置的富集片層構(gòu)成，所述多個富集片層中的每一個包括主體，由表面存在微孔的金屬薄膜構(gòu)成；以及吸附劑，其附著于所述主體表面上，以吸 附所述待檢測的物質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于離子遷移譜儀的進樣裝置，其特征在于還包括 與所述富集體相連接的脈沖加熱裝置，以對所述富集體進行可控脈沖加熱。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于離子遷移譜儀的進樣裝置，其特征在于所述多個相互疊置的富集片層中的微孔相互交錯排列，以使當氣體垂直穿過富集體 時，增加樣品氣流和富集片層中的吸附劑之間的接觸面積。
12.—種離子遷移譜儀，其包括遷移管，用于對導入到其中的待測樣品進行離化和遷 移操作；氣路裝置，其用于向所述離化區(qū)提供載氣和向所述遷移區(qū)提供遷移氣體；以及如 權(quán)利要求1-11所述的進樣裝置，其用于將待測樣品導入到所述遷移管的入口中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的離子遷移譜儀，其特征在于還包括 進樣泵，其用于提供負壓以將氣體待測樣品導入到所述進樣裝置中。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的離子遷移譜儀，其特征在于所述遷移管包括離化區(qū)，待測樣品分子在所述離化區(qū)中電離以形成離子團；以及遷移區(qū)，所述離子團 在所述遷移區(qū)完成定向遷移和分離過程。
專利摘要本實用新型公開了一種用于離子遷移譜儀(IMS)的進樣裝置，包括內(nèi)套筒部件，在其內(nèi)部限定有內(nèi)腔體，其一端通過內(nèi)層通道與遷移管的入口相連通，其另一端設置有具有內(nèi)開孔的內(nèi)端蓋；以及外套筒部件，設置成與內(nèi)套筒部件同軸并可相對于內(nèi)套筒部件旋轉(zhuǎn)的偏心套筒以在內(nèi)、外套筒部件之間形成套筒空腔，其一端設置有至少一個選擇性地與內(nèi)層通道相連通的連通開孔，其另一端設置有外端蓋，其上設置有選擇性地與內(nèi)開孔連通的第一外開孔和與套筒空腔相連通的第二外開孔，其中外端蓋設置成相對于內(nèi)端蓋可在第一位置和第二位置之間轉(zhuǎn)動，以選擇性地將待測樣品通過內(nèi)腔體和套筒空腔之一導入到內(nèi)層通道中。
文檔編號G01N1/40GK201935894SQ20102070050
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者張仲夏, 彭華, 李元景, 楊小輝, 林津, 王耀昕, 薛昕, 陳志強 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司