本發(fā)明屬于離子漂移譜鑒定領域，涉及離子漂移譜鑒定過程中的離子接收極結(jié)構。

背景技術：

離子遷移譜(ionmobilityspectrometry,ims)是一種根據(jù)離子的遷移率對物質(zhì)進行鑒定的技術。遷移率是離子的一種屬性，在相同的漂移環(huán)境下，不同的離子具有不同的遷移率，經(jīng)過固定長度和場強的漂移區(qū)后，不同的離子將先后到達離子接收極，進而得到分離。

在ims儀器中，離子在漂移區(qū)電場和相向而來漂移氣的共同作用下運動，因此漂移區(qū)穩(wěn)定的氣流，是實現(xiàn)物質(zhì)鑒定的基礎與前提。漂移氣從漂移管的末端在流量計的精確控制下進入漂移管，如圖1所示。離子接收極位于漂移管后端是一種將離子入射轉(zhuǎn)化為電信號的裝置，傳統(tǒng)上，離子接收極是一塊被稱作法拉第盤的實心金屬圓盤。漂移氣從進氣口進入漂移管后，由于離子接收極的阻擋，漂移氣從離子接收極與漂移管壁之間的空隙進入漂移區(qū)，離子接收極變成了漂移氣氣路中的一塊屏障，離子接收極右側(cè)形成了一塊低壓區(qū)，這造成了離子接收極附近氣流的不穩(wěn)定。

vautzw等在文獻vautzw,sielemanns,baumbachji.3dgasflowsimulationasatoolforthecharacterisationandoptimisationofionmobilityspectrometers[j].intjionmobilspectrom,2004,7:19-24.中指出，當漂移氣的流量較小時，漂移區(qū)的氣體近乎穩(wěn)定，當漂移氣流量增大時，在接收極附近出現(xiàn)了明顯的湍流，流量越大，湍流越明顯，湍流的出現(xiàn)影響了儀器的靈敏度和分辨率；hli等在文獻hanf,zhangh,pengl,etal.asimulationmodelstudyofthecoupledfieldintheimsdrifttube[j].internationaljournalforionmobilityspectrometry,2016,19(4):219-226；hanf,duy,chengs,etal.computationalfluiddynamics-montecarlomethodforcalculationoftheiontrajectoriesandapplicationsinionmobilityspectrometry[j].internationaljournalofmassspectrometry,2012,309:13-21.中指出，當流量大于600ml/min時，接收極附近出現(xiàn)明顯的湍流，并影響分辨率；楊杰、曹樹亞、郭成海等在文獻離子遷移(ims)漂移管的多物理場模擬方法研究[j].現(xiàn)代科學儀器,2011(6):41-46.中通過仿真也同樣發(fā)現(xiàn)了不穩(wěn)定氣流的存在。多位研究者指出了接收極會影響漂移區(qū)氣流的穩(wěn)定，進而導致ims儀器性能的降低，但目前尚未發(fā)現(xiàn)針對該不平穩(wěn)氣流的解決方案。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了解決離子接收極采用實心金屬圓盤存在氣流不穩(wěn)定，進而導致ims儀器性能降低的問題，提供了一種離子接收極。

本發(fā)明所述離子接收極，包括左電極片、右電極片和導電圓環(huán)；左電極片和右電極片分別固接在導電圓環(huán)左右兩側(cè)；三者外徑相等，且與漂移管的內(nèi)徑相等；

左電極片和右電極片平行相對設置，左電極片上密集均布多個第一離子孔，右電極片上密集均布多個第二離子孔，且左電極片上的多個第一離子孔與右電極片上的多個第二離子孔相互交錯。

優(yōu)選地，左電極片具有m行第一離子孔，且行間等距，列向?qū)R；右電極片具有n行第二離子孔，且行間等距，列向?qū)R。

優(yōu)選地，左電極片上相鄰兩行孔之間的行距與右電極片上相鄰兩行孔之間的行距相等。

優(yōu)選地，m行第一離子孔與n行第二離子孔行間交錯排列，且|m-n|＝1。

優(yōu)選地，第一離子孔和第二離子孔的孔徑相等，行距大于或等于孔徑。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述離子接收極采用雙層帶孔結(jié)構代替了傳統(tǒng)接收極的實心金屬結(jié)構。在comsolmultiphysics中搭建氣流仿真平臺，分析不同進氣流量下兩種接收極對氣流的影響。結(jié)果表明，本發(fā)明離子接收極能夠有效的保證漂移區(qū)氣流的穩(wěn)定。，在進氣流量為1000ml/min時，漂移管中軸線上不穩(wěn)定氣流范圍較傳統(tǒng)接收極減小了97％。

附圖說明

圖1是漂移氣體的進氣原理圖；

圖2是本發(fā)明所述離子接收極的立體結(jié)構示意圖；

圖3是本發(fā)明所述離子接收極的主視圖；

圖4是采用傳統(tǒng)ims儀器在不同進氣流量下漂移區(qū)中心截面上氣體的速度分布，圖(a)進氣流量為200ml/min，(b)進氣流量為500ml/min，(c)進氣流量為800ml/min，(d)進氣流量為1000ml/min；

圖5是采用傳統(tǒng)ims儀器仿真時的截線與截線上的速度分布圖，(a)為y＝0截線，(b)為y＝0截線上的速度分布圖，(c)為x＝20截線，(d)為x＝20截線上的速度分布圖；

圖6是采用本發(fā)明離子接收極的ims儀器在不同進氣流量下漂移區(qū)中心截面上氣體的速度分布，圖(a)進氣流量為200ml/min，(b)進氣流量為500ml/min，(c)進氣流量為800ml/min，(d)進氣流量為1000ml/min；

圖7是采用本發(fā)明離子接收極的ims儀器仿真時的截線上的速度分布圖，(a)為y＝0截線上的速度分布圖，(b)為x＝20截線上的速度分布圖；

圖8是本發(fā)明與傳統(tǒng)離子接收極漂移區(qū)氣體的速度對比圖(入口流量為1000ml/min)；(a)為y＝0截線上的速度分布對比圖，(b)為x＝20截線上的速度分布對比圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明所述離子接收極采用雙層帶孔結(jié)構代替了傳統(tǒng)接收極的實心金屬結(jié)構。在comsolmultiphysics中搭建氣流仿真平臺，分析不同進氣流量下兩種接收極對氣流的影響。結(jié)果表明，新型離子接收極能夠有效的保證漂移區(qū)氣流的穩(wěn)定。

本發(fā)明離子接收極由前后兩塊圓形金屬極片構成，離子接收極直徑與漂移管直徑相等，這使得離子接收極與漂移管之間緊密相接，氣體無法從二者之間的管徑間隙通過。在每個極片上分布有密集的小孔，前后兩層極片上的小孔彼此交錯，小孔的存在可以使氣流穩(wěn)定通過，且小孔交錯排列避免了離子透過第一層極片的小孔而不被檢測的問題。兩層極片之間由導電圓環(huán)相連連接，兩層金屬極片和導電圓環(huán)構成一個電勢體，這樣無論離子打到哪一層極片上，均可以被檢測。

第一個實施例：采用傳統(tǒng)離子接收極來模擬離子接收極與氣流平穩(wěn)性。

對于大多數(shù)ims儀器，漂移氣入口位于漂移管的最末端，漂移氣在流量計的精確控制下由該入口進入漂移管，為研究接收極對氣流的影響，對ims儀器中的漂移區(qū)和接收極部分的氣流進行仿真。漂移區(qū)和接收極的仿真參數(shù)如表1所示。

表1漂移區(qū)和接收極的仿真參數(shù)

當入口流量分別為200ml/min，500ml/min，800ml/min和1000ml/min時，氣體在漂移區(qū)截面上的速度分布如圖4所示，顏色表征氣體的速度的梯度變化，顏色越深表征速度越大。氣體進入漂移管后，由于離子接收極的阻礙，氣體從接收極和漂移管之間的空隙進入漂移區(qū)。當流量較低時，接收極右側(cè)漂移區(qū)的氣流幾乎是穩(wěn)定的。當氣體流量增大后，在接收極右側(cè)有明顯的不穩(wěn)定氣流出現(xiàn)，流量越大，該不穩(wěn)定氣流越明顯，分布范圍越廣。

取y＝0mm的截線，即漂移管的中軸線位置，截線位置如圖5(a)所示，截線上不同進氣流量下的速度分布如圖5(b)所示，當進氣流量為200ml/min時，在接收極右側(cè)氣體速度從0cm/s開始逐漸增加，最終穩(wěn)定在0.9cm/s，在此流量下，沒有不穩(wěn)定氣流的出現(xiàn)。當氣體流量增大，不穩(wěn)定氣流開始出現(xiàn)，所波及的范圍不斷增加，截線上的氣流速度呈從0開始先升高再降低到0，而后再次升高并穩(wěn)定的趨勢。把從0開始升高再降低到0的區(qū)域稱為氣流不穩(wěn)定區(qū)域，當進氣流量為800ml/min時，不穩(wěn)定氣流的范圍為15mm，當進氣流量為1000ml/min時，不穩(wěn)定范圍擴大到了20mm。

離子接收極右側(cè)5mm，即x＝20mm截線上的速度分布如圖5(d)所示，當流量為200ml/min時，可以認為氣流的分布是穩(wěn)定的，而當流量增大時，在漂移管的管壁附近有明顯的不穩(wěn)定氣流出現(xiàn)，當流量為1000ml/min時，氣體速度從管壁的0cm/s驟升至7.5cm/s，而后降低，并在距管壁8mm處，穩(wěn)定在0.8cm/s左右。

基于上述分析，可見流量增加，不穩(wěn)定氣流所涉及的范圍不斷增大，不穩(wěn)定氣流將影響ims儀器的分辨率和靈敏度，因此優(yōu)化結(jié)構，穩(wěn)定氣流，是提高ims儀器性能的一種策略。

第二個實施例：采用本發(fā)明所述離子接收極來模擬離子接收極與氣流平穩(wěn)性。

本發(fā)明采用的雙層帶孔結(jié)構，可以在不漏檢離子的基礎上，保證氣流的穩(wěn)定。孔越密氣流穩(wěn)定效果越佳。設極板間距l(xiāng)＝1mm，極板厚度1mm，孔直徑φ＝0.5mm，兩行之間的孔間距d＝2mm，改變漂移氣進氣流量，得到了不同流量下漂移區(qū)的氣流情況，如圖5所示。隨著進氣流量的增大，漂移區(qū)氣流速度不斷增加，但即使在大進氣流量下，接收極右側(cè)的氣流總體上仍然是穩(wěn)定的。在接收極右側(cè)的每一個小孔附近有一定的不穩(wěn)定氣流，但不穩(wěn)定氣流所波及的范圍很小。

當入口流量分別為200ml/min，500ml/min，800ml/min和1000ml/min時，氣體在漂移區(qū)截面上的速度分布如圖6所示，顏色表征氣體的速度的梯度變化，顏色越深表征速度越大。不同流量下y＝0mm截線上的速度分布分別如圖7(a)所示，從接收極開始，氣流速度從0開始逐漸增大，在3mm范圍內(nèi)，氣流達到穩(wěn)定值，流量小于1000ml/min時，沒有不穩(wěn)定氣流出現(xiàn)，當流量為1000ml/min時，有極小范圍的不穩(wěn)定氣流。x＝20mm截線上的速度分布如圖7(b)所示，氣體速度從管壁的0cm/s開始上升，在據(jù)管壁4mm左右速度達到穩(wěn)定值，沒有不穩(wěn)定氣流出現(xiàn)。

基于上述分析，可見本發(fā)明與傳統(tǒng)離子接收極的差異：

當流量為1000ml/min時，兩種接收極對氣流速度分布的影響如圖8所示，不穩(wěn)定氣流范圍的數(shù)值對比如表2所示。圖8(a)為漂移管中軸線即y＝0mm截線上的速度分布，新型離子接收極能夠明顯減小不穩(wěn)定氣流所涉及的區(qū)域，不穩(wěn)定區(qū)域由20mm減小至0.6mm，降低了97％。x＝20mm截線上的速度對比如圖8(b)所示，使用新型離子接收極避免了在漂移管壁附近所出現(xiàn)的駝峰狀不穩(wěn)定氣流。

表2新型與傳統(tǒng)接收極漂移區(qū)不穩(wěn)定氣流范圍對比

本發(fā)明針對傳統(tǒng)離子接收極影響漂移區(qū)氣流穩(wěn)定的問題，提出了一種雙層帶孔結(jié)構的新型離子接收極。通過仿真對比，本發(fā)明離子接收極能有效的避免在大進氣流量下，傳統(tǒng)離子接收極所造成的接收極后側(cè)和漂移管壁附近所出現(xiàn)的不穩(wěn)定氣流。在進氣流量為1000ml/min時，漂移管中軸線上不穩(wěn)定氣流范圍降低了97％。漂移區(qū)氣流的穩(wěn)定可以提高儀器的分辨率和靈敏度，下一步將在實際ims儀器中評估新型離子接收極對儀器性能的影響。

雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術領域內(nèi)的技術人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。