PL229390B1 - Spektrometr ruchliwości jonowej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest spektrometr ruchliwości jonowej IMS (ang. ion mobility spectrometry) służący do analizy gazów.

Spektrometria ruchliwości jonowej umożliwia wykrywanie i identyfikację większości substancji organicznych uznawanych za wysokotoksyczne. Są to najczęściej klasyczne spektrometry pracujące w temperaturze ok. +50°C, charakteryzujące się dobrą czułością, ale niezbyt dużą rozdzielczością, co w rozwiązaniach praktycznych prowadzi do powstawania tzw. „fałszywych” alarmów. Sygnalizator, po wykryciu skażenia chemicznego, generuje sygnał ostrzegawczy tzn. załącza sygnał dźwiękowy oraz świetlny lub wysyła sygnał do włączenia urządzeń zdefiniowanych przez użytkownika, np. urządzeń filtrowentylacyjnych lub instalacji alarmowych. Ilość „fałszywych” alarmów powinna być jak najmniejsza, gdyż podważa to zaufanie do systemu wykrywania skażeń oraz może powodować niepotrzebne wprowadzenie procedur alarmowych.

Komora znanego detektora IMS podzielona jest na dwa obszary. Pierwszy to obszar od membrany półprzepuszczalnej do siatki dozującej, w którym jonizacja dokonywana jest za pomocą źródła β- lub a- promieniotwórczego, drugi to obszar dryftowy - od siatki dozującej do elektrody zbiorczej. W obszarze tym usytuowane są pierścienie metalowe. Do siatki przed źródłem promieniotwórczym podawane jest wysokie napięcie (na ogół od 1.5 kV do 3 kV), natomiast pierścienie metalowe kolejno od źródła do elektrody zbiorczej posiadają coraz niższe potencjały. Wobec tego pole jest tak ukształtowane, aby jony od obszaru jonizacji przemieszczały się po torach liniowych do elektrody zbiorczej. Większość substancji gazowych ma różne ruchliwości, a zatem czas przelotu jonów przez obszar dryftowy jest różny co daje możliwość ich identyfikacji.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 187470 znana jest komora spektrometru ruchliwości jonów. W obszarze dryftowym komory znajduje się zespół pierścieni metalowych, wytwarzających elektryczne pole liniowe, poprzedzielanych pierścieniami ceramicznymi, spełniającymi funkcje izolatorów.

Z europejskiego opisu patentowego EP 2 343 546 znany jest spektrometr ruchliwości jonowej. W obszarze dryftowym komory znajdują się metalowe pierścienie, wytwarzające elektryczne pole liniowe.

Z publikacji zgłoszenia międzynarodowego WO 2009/122017A1 firmy Environics OY znany jest sposób i spektrometr ruchliwości jonowej dla analizy gazu. Sposób obejmuje etapy, jonizacji próbki gazowej, przepływ zjonizowanego gazu wzdłuż wydłużonej komory pomiarowej, pomiaru ruchliwości jonów na elektrodzie pomiarowej, separacji jonów o różnych ruchliwościach na elektrodach zbiorczych i końcowej elektrodzie pomiarowej. Ze zjonizowanej próbki gazu przepływającej pomiędzy parami płaskich elektrod, których jest od kilku do kilkunastu i do których przyłożone jest wysokie napięcie o wysokim natężeniu pola elektrycznego przy wysokiej częstotliwości, wychwytywane są jony o określonych ruchliwościach.

Z publikacji opisu patentowego nr LJS2007176092 A1, znany jest układ DMS o podwyższonej zdolności do rozdzielania jonów z dwoma przepływami i dodatkowym układem gazowym z neutralnymi cząsteczkami. W rozwiązaniu tym analiza jest prowadzona na podstawie dwóch przebiegów, umożliwiając uzyskanie znacznie większej liczby informacji, polepszając w ten sposób rozdzielanie jonów.

Z publikacji opisu patentowego nr US2011/0068264 A1 znany jest spektrometr hybrydowy zawierający układ dwóch spektrometrów, spektrometr IMS oraz DMS. Spektrometr IMS zbudowany jest klasycznie, tj. ma szereg pierścieni metalowych, poprzedzielanych izolatorami oraz typową siatkę dozującą Bandury-Nelson.

Celem wynalazku było opracowanie komory o zwiększonej funkcjonalności w zakresie oznaczania gazów.

Cel ten udało się osiągnąć w komorze spektrometru według wynalazku, składającej się z zespołu spektrometru IMS i połączonego z nim szeregowo, zespołu spektrometru DMS, zawierającej wlot i wylot gazu, źródło jonizacji, elektrodę sterującą, elektrodę zbiorczą. Istota komory polega na tym, że w komorze, począwszy od wlotu gazu wydzielono strefę spektrometru IMS a następnie strefę spektrometru DMS, przy czym zarówno spektrometr IMS jak i DMS wykonane są w układzie planarnym. W obszarze jonizacyjnym strefy planarnego IMS usytuowane jest źródło jonizacji, w obszarze dryftowym strefy IMS znajdują się dwie elektrody, elektroda zbiorcza i elektroda sterująca, która sterowana jest napięciem, zmieniającym się w ustalonym cyklu, wytwarzające zmienne pole prostopadłe do kierunku przepływającego gazu, zaś w strefie planarnego DMS usytuowane są elektrody sterujące oraz elektrody zbiorcze.

PL 229 390 Β1

W komorze według wynalazku, za pomocą jednej sterowanej elektrody usytuowanej w obszarze dryftowym strefy IMS osiągnięto efekt jaki daje zastosowanie kilku lub nawet kilkunastu par elektrod zbiorczych i pomiarowych. Przez to spektrometr jest prostszy i tańszy w budowie oraz znacznie bardziej funkcjonalny pod względem analizy sygnałów pochodzących od wykrywanych gazów.

Komorę spektrometru według wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, przedstawiającym na fig. 1 jej schemat budowy, zaś na fig. 2 sterowanie elektrodami.

Komora z wlotem gazu 1 i wylotem 2 jest podzielona na strefę IMS 3 oraz strefę DMS 4. Strefa IMS dzieli się na obszar jonizacji 5 i obszar dryftowy 6. W obszarze jonizacji znajduje źródło jonizacji 7. W obszarze dryftowym usytuowana jest elektroda sterująca 8 oraz elektroda zbiorcza IMS 9, połączona z układem sterowania 10. W strefie DMS znajdują się elektrody sterujące 11 i elektrody zbiorcze 12. Komora zamocowana jest w uchwytach mocujących 13 i 14.

Claims (1)

1. Komora spektrometru, zawierająca zespół spektrometru IMS i połączonego z nim szeregowo, zespół spektrometru DMS, zawierająca wlot i wylot gazu, źródło jonizacji, elektrodę sterującą, elektrodę zbiorczą, znamienna tym, że w komorze począwszy od wlotu gazu (1) wydzielono strefę spektrometru IMS (3), a następnie strefę spektrometru DMS (4), przy czym zarówno spektrometr IMS jak i DMS wykonane są w układzie planarnym, w obszarze jonizacyjnym (5) strefy planarnego IMS usytuowane jest źródło jonizacji (7), w obszarze dryftowym (6) strefy IMS znajdują się dwie elektrody, elektroda zbiorcza (9) i elektroda sterująca (8), która sterowana jest napięciem (10), zmieniającym się w ustalonym cyklu, wytwarzające zmienne pole prostopadłe do kierunku przepływającego gazu, zaś w strefie planarnego DMS usytuowane są elektrody sterujące (11) oraz elektrody zbiorcze (12).