Спектрометр ионной подвижности с источником ионизации на основе импульсного коронного разряда

• Автор: Головин, Анатолий Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 196 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Устройства обнаружения сверхмалых количеств химических веществ

1.1. Задачи и способы детектирования сверхмалых количеств веществ

1.2. Метод спектрометрии ионной подвижности

1.3. Источники ионизации при атмосферном давлении

1.4. Конструкция областей ионизации и дрейфа.

1.5. Методы расчета конструктивных и электрических параметров

1.6. Выводы

ГЛАВА 2. Управление источником ионизации на основе импульсного коронного разряда

2.1. Макет для исследования импульсного коронного разряда

2.2. Экспериментальные исследования источника ионизации на основе
коронного разряда в составе спектрометра ионной подвижности
2.3. Система управления и конструкция источника ионизации на основе
коронного разряда в составе спектрометра ионной подвижности
2.4. Выводы
ГЛАВА 3. Система управления спектрометром ионной подвижности.
3.1. Общая архитектура системы управления
3.2. Система коммутации и передачи данных
3.3. Система управления электростатическим затвором
3.4. Система управления электростатическим затвором и выталкивающим
электродом.
3.5. Система формирования высокого напряжения в области дрейфа
3.6. Система датчиков
3.7. Выводы
ГЛАВА 4. Теоретические основы конструирования дрейфовой трубки
4.1. Расчет стационарных полей.
4.2. Описание методики расчета и принципов работы программы
4.3. Численный расчет ионного затвора
4.4. Численный расчет дрейфовой области
4.5. Численный расчет источника ионизации.
4.6. Заключение.
ГЛАВА 5. Конструирование малогабаритною спектрометра ионной подвижности
5.1. Дрейфовая трубка на основе печатных плат.
5.2. Ионный затвор
5.3. Коллектор ионов
5.4. Формирование внешней герметичной оболочки областей ионизации и
дрейфа с интегрированной системой нагрева.
5.5. Общая компоновка прибора.
5.6. Выводы.
ГЛАВА 6. Экспериментальная апробация спектрометра ионной подвижности
6.1. Апробация электроники управления прибором.
6.2. Оценка влияния электростатического ионного затвора и источника
ионизации на основе коронного разряда.
6.3. Детектирование веществ.
6.4. Заключение.
Заключение.
Список литературы


Ионы анализируемых веществ попадают в дрейфовую камеру, в которой происходит разделение ионов по подвижностям во время движения в постоянном электрическом поле. Разделенные ионы попадают на коллектор ионного тока, сигнал с которого поступает на специальную систему обработки и усиления сигнала. Кроме того, прибор включает в себя систему подготовки пробы, систему очистки и систему концентрации анализируемых молекул. Рис. Структурная схема спектрометра ионной подвижности. В настоящее время серийно изготавливаются несколько типов как импортных, так и отечественных портативных переносных приборов, основанных на принципе спектрометрии ионной подвижности, оснащенных различными источниками ионизации и предполагающих работу с разными классами веществ. Анализ сильных и слабых сторон позволяет сделать вывод о перспективах развития приборов данного типа. Детектор взрывчатых веществ и наркотиков VaporTracer [] компании GE Security(CLUA) - портативный прибор, основанный на методе спектрометрии ионной подвижности с защитной мембраной на входе анализируемой пробы для предотвращения загрязнения прибора. VaporTracer имеет панель управления с пятью кнопками и жидкокристаллический индикатор. К достоинствам прибора следует отнести сравнительно небольшой вес в 3. Время выхода на рабочий режим составляет минут. Существенным недостатком прибора является использование радиоактивного источника ионизации на основе изотопа Ni, а также переключение полярности исследуемых ионов с помощью специальной механической перемычки. Sabre [S4] компании Smiths Detection (Великобритания) -портативный переносной детектор следовых количеств веществ, способный одновременно обнаруживать наличие взрывчатых, наркотических и токсичных веществ, а также химического оружия. Время выхода на рабочий режим составляет минут. SABRJE способен анализировать как пары веществ в воздухе, так и частицы на поверхности, что позволяет оператору применять наилучшую технику отбора пробы в конкретной ситуации. Известно, что некоторые взрывчатые вещества и наркотики имеют низкое давление насыщенных паров при комнатной температуре, поэтому для их обнаружения лучшим методом отбора пробы является сбор микрочастиц с поверхности исследуемого объекта. Недостатками данного детектора является применение радиоактивного источник ионизации на основе изотопа Ni6' и постоянный недогрев внутренней структуры прибора при реальной эксплуатации до высокой температуры. Quantum Sniffer [] компании Implant Science Corporation(CIIIA) -портативный детектор весом 4 кг, основанный на принципе спектрометрии ионной подвижности с источником ионизации на основе ультрафиолетовой лампы. Нерадиоактивный источник ионизации является большим преимуществом данного детектора, однако его применение делает невозможным детектирование положительных ионов, характерных для наркотических и некоторых взрывчатых веществ. Устройство пробоотбора оснащено устройством формирования вихревого потока горячего воздуха для подогрева поверхности, однако при этом возникает сильное разбавление паров исследуемого вещества и, как следствие, снижение предела обнаружения. Для обследования участков поверхности гораздо перспективнее использовать пробоотборное устройство, состоящее из сменных салфеток для снятия проб и устройства быстрой термической десорбции микроколичеств веществ при температуре выше 0 °С, что делает возможным обнаружение веществ с низким давлением насыщенных паров при комнатной температуре, таких как гексоген и некоторые наркотические вещества. Raid-M-0 [] компании Brueker Оакошсз(Германия) - портативный детектор весом 2,9 кг и временем работы от аккумулятора 6 часов. Данный прибор предназначен для детектирования взрывчатых и отравляющих веществ и используется вооруженными силами Германии и Дании. Прибор может комплектоваться сменными противопылевыми фильтрами и устройствами очистки для работы в сложных условиях боевых действий в пустыни. К недостаткам устройства следует отнести радиоактивный источник ионизации на основе изотопа Ni°J и устройство пробоотбора, позволяющее производить только отбор паров исследуемого вещества.