Устройство для микроанализа веществ

Полезная модель относится к области аналитического приборостроения, в частности к определению микроследов опасных веществ - взрывчатых веществ, наркотиков, токсичных веществ и т.п. - при прохождении контрольных пунктов в аэропортах, железнодорожных вокзалах, выставках, при поиске скрытых закладок взрывчатых и наркотических веществ на таможенных пунктах досмотра, аэропортах, вокзалах, производственных и жилых помещениях. Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции и повышение чувствительности, увеличение эффективности ионизации паров взрывчатых веществ, повышение предела обнаружения веществ. Технический результат достигается тем, что в устройстве для микроанализа веществ камера ионизации содержит корпус ионного источника в виде цилиндра с металлическими и изоляционными кольцами, причем цилиндр расположен внутри фторопластового стакана, в торце цилиндра установлен прогреваемый пробоотборный канал, в боковой поверхности корпуса ионного источника выполнено отверстие для эксилампы, закрепленной с возможностью регулирования ее положения в держателях через систему герметичных прокладок. 1 с.п.ф. 3 илл.

Полезная модель относится к области аналитического приборостроения, в частности к определению микроследов опасных веществ - взрывчатых веществ, наркотиков, токсичных веществ и т.п. - при прохождении контрольных пунктов в аэропортах, железнодорожных вокзалах, выставках, при поиске скрытых закладок взрывчатых и наркотических веществ на таможенных пунктах досмотра, аэропортах, вокзалах, производственных и жилых помещениях.

Известен волоконно-оптический газоанализатор, в котором в качестве источника излучения выбрана эксимерная лампа на хлориде криптона с длиной волны 222 нм и полушириной полосы 5 нм. Патент Российской Федерации на полезную модель 113004, МПК: G01N 21/61, 2011 г.

Известно устройство для микроанализа веществ, содержащее импульсно-периодический лазер УФ диапазона, фокусирующую линзу, систему регистрации ионов, систему транспортировки ионов, область ионизации, газодинамическую систему ввода и транспортировки молекул, 7 - исследуемую мишень, патрубок вывода анализируемого газа, патрубки ввода и вывода буферного газа, систему циркуляции газа. Патент Российской Федерации 2434225, МПК: G01N 21/63, 2011 г. Прототип. Устройство имеет сложную структуру и сравнительно низкий предел обнаружения веществ.

Данная полезная модель устраняет недостатки прототипа.

Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции и повышение чувствительности, увеличение эффективности ионизации паров взрывчатых веществ, повышение предела обнаружения веществ.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для микроанализа веществ, содержащем газодинамическую систему ввода и транспортировки, камеру ионизации, систему транспортировки ионов, систему регистрации ионов, патрубки ввода и вывода буферного газа, камера ионизации содержит корпус ионного источника в виде цилиндра с металлическими и изоляционными кольцами, причем цилиндр расположен внутри фторопластового стакана, в торце цилиндра установлен прогреваемый пробоотборный канал, в боковой поверхности корпуса ионного источника выполнено отверстие для эксилампы, закрепленной с возможностью регулирования ее положения в держателях через систему герметичных прокладок.

Существо полезной модели поясняется на фиг. 1-3.

На фиг. 1 схематично представлено устройство для микроанализа веществ, где: 1 - пробоотборная газодинамическая система; 2 - корпус ионного источника; 3 - эксимерная лампа; 4 - система транспортировки ионов; 5 - система регистрации ионов; 6 - система воздушной циркуляции и очистки; 7, 8, 9 - патрубки для подключения системы воздушной циркуляции и очистки.

На фиг. 2 представлен поперечный разрез ионного источника, где: 2 - корпус ионного источника; 3 - эксимерная лампа; 10, 12 - металлические потенциальные кольца; 11 - фторопластовое изоляционное кольцо; 13 - фторопластовый стакан; 14 - прогреваемый пробоотборный канал; 15, 16 - держатели эксимерной лампы; 17 - система герметичных прокладок.

На фиг. 3 представлены спектры приращения ионной подвижности тринитротолуола и гексагена.

УФ-лазерная ионизация в сочетании со спектрометрией приращения ионной подвижности увеличивает чувствительность детектора взрывчатых веществ и повышает предел обнаружения до 3·10^-15 г/см³ по тринитротолуолу.

Количество фотонов, излучаемое эксимерной лампой с объемом рабочей среды ~1 см³ и средней мощностью 20 мВт/см² можно оценить величиной 10¹⁶ единиц за 1 секунду.

Обычная резонансная лампа того же размера, излучающая в УФ диапазоне, обеспечивает в среднем 10¹⁴-10¹⁵ фотонов за секунду.

Твердотельный неодимовый лазер с генерацией гармоник при работе с частотой n=10 Гц и энергии в импульсе E=1 мДж на длине волны =266 нм за одну секунду излучает число фотонов N=(n·E·)/(h·c)=10¹⁵, где: h - постоянная Планка, с - скорость света.

Для процессов, не требующих высокой пиковой мощности и зависящих от общей энергии излучения, использование эксиламп предпочтительнее. Генерацию ультрафиолетового излучения осуществляют эксимерными источниками лампового типа (эксилампами).

Эксилампы имеют большую энергию фотона (3,5-10) эВ, узкую полосу излучения, относительно высокую удельную мощность излучения, возможность масштабирования и выбора произвольной геометрии излучающей поверхности.

В данной полезной модели использован эксимерный излучатель с энергией максимума спектра излучаемых фотонов немногим более 10 эВ, при длине волны 124 нм, что позволяет ионизировать молекулы взрывчатых веществ как по прямому механизму ионизации (когда энергия кванта возбуждения превосходит потенциал ионизации молекулы), так и через ионизацию органических примесей.

Работа устройства заключается в следующем.

Анализируемую пробу через пробоотборную газодинамическую систему 1 воздушным потоком транспортируют в корпус ионного источника 2 и при помощи ультрафиолетовой эксимерной лампы 3 ионизируют.

Образовавшиеся ионы попадают через систему транспортировки ионов 4 в систему регистрации ионов 5, двигаясь навстречу воздушному буферному потоку, поступающему из системы воздушной циркуляции и очистки 6 через патрубок 7. Буферный поток служит для предотвращения попадания внешней воздушной среды в систему транспортировки ионов 4 и систему регистрации ионов 5.

Буферный поток подхватывает и выводит внешний газовый поток в систему воздушной циркуляции и очистки 6 через патрубок 8. Патрубок 9 служит для вывода воздушного потока из устройства.

При спектрометрии приращения ионной подвижности ионы разделяют по величине зависимой от напряженности электрического поля компоненте подвижности. В сильных полях (>10 кВ/см) связь скорости ионного дрейфа с напряженностью поля перестает быть линейной.

Изменение подвижности в сильном электрическом поле определяется размером иона, его взаимодействием со средой и структурной жесткостью.

Ионы разделяют, используя различие их подвижности в сильных и в слабых полях, высокочастотным несимметричным по полярности электрическом поле.

Ионы, совершая осцилляции, разделяются в плоскости, ортогональной направлению потока газа-носителя.

Экспериментальной величиной, отражающей изменение ионной подвижности под воздействием сильного электрического поля, является компенсирующее напряжение.

Корпус ионного источника 2 (фиг. 2) представляет собой цилиндр, с металлическими кольцами 10 и 12 и изоляционное кольцо 11. Цилиндр расположен внутри фторопластового стакана 13.

Забор пробы осуществляют с торца цилиндра через прогреваемый пробоотборный канал 14.

Для ввода излучения эксилампы 3 в боковой поверхности корпуса ионного источника 2 выполнено отверстие.

Эксилампа 3, закреплена с возможностью регулирования ее положения в держателях 15 и 16 через систему герметичных прокладок 17 и введена в ионизационную область.

Устройство для микроанализа веществ, содержащее газодинамическую систему ввода и транспортировки, камеру ионизации, систему транспортировки ионов, систему регистрации ионов, патрубки ввода и вывода буферного газа, отличающееся тем, что камера ионизации содержит корпус ионного источника в виде цилиндра с металлическими и изоляционными кольцами, причем цилиндр расположен внутри фторопластового стакана, в торце цилиндра установлен прогреваемый пробоотборный канал, в боковой поверхности корпуса ионного источника выполнено отверстие для эксилампы, закрепленной с возможностью регулирования ее положения в держателях через систему герметичных прокладок.