带电气溶胶检测器的离子阱与检测室之间的接口的制作方法

本发明整体涉及带电气溶胶检测器，并且具体地涉及用于将气溶胶从离子阱输送到检测室的接口。

背景技术：

1、带电气溶胶检测器（cad）通常可被配置为生成分析物的干燥的二次气溶胶，该干燥的二次气溶胶随后与带正电的离子混合以通过电荷扩散生成带电的二次气溶胶。为了可靠地测量带电的气溶胶粒子，通常在离子阱中过滤过量的离子。随后，将带电的二次气溶胶引导到检测室中，其中可在法拉第杯中测量二次气溶胶的离子电流。

2、通常，在将带电的二次气溶胶从其被带电的区域（例如，混合室）引导通过离子阱并到达检测室期间，可能期望抑制（并且理想地防止）气溶胶粒子上的任何电荷损失，同时移除过量的离子。

3、气溶胶粒子上的电荷损失可能主要由于输送损失（由于电荷扩散而引起）以及由于无法流走的局部生成的电荷（通过摩擦电引起的电荷聚集）而发生。气体流中的表面上由摩擦电引起的电荷聚集可能不利地提供电场，类似于离子阱，该电场可使带电气溶胶偏转到壁，从而使其不可测量。因此，有利地可使这些源最小化。

4、另外，虽然使用法拉第杯可以有利地是可靠且稳健的，并且还允许对在时间上恒定的离子电流进行绝对测量，但法拉第杯是非常灵敏的并且应该与装置的周围环境良好地电绝缘。这通常可通过厚的绝缘材料层来实现，因此与期望保持流动路径为短以最小化扩散损失相矛盾。

5、此外，法拉第杯可包括相对长的时间常数（通常为约0.1s），这是由于其固有的电容以及电流计中非常高的放电电阻（10 gohm）。这些通常可导致与理论上可能的情况相比的较差的检测灵敏度（通常为2000个离子/秒）和较低的带宽，这导致长响应时间。

6、因此，由于离子电流测量的灵敏度和惯性（并且还由于对带电粒子的负面效应），可能需要格外注意以确保抑制并理想地防止电荷的局部聚集，即所有表面都可具有良好的导电性。否则，经由法拉第杯自发地流走或通过气体流自发地输送走的电荷聚集将不利地导致与测量不相关的信号。然而，这也可能需要法拉第杯与装置的周围环境（包括法拉第杯的入口）非常好地电绝缘。

7、在当前设计中，法拉第杯相对于离子阱的绝缘通过使用用于将气溶胶引导到由绝缘材料制成的法拉第杯中的馈送件来实现。可通过选择合适的材料来实现绝缘特性。通常，可使用塑料来用于该目的。然而，特别地，当携带带电气溶胶的气体流流过塑料的表面时，塑料可不利地导致通过摩擦电效应生成电荷。所得的电荷聚集可具有如上文所讨论的多个缺点。

8、就这一点而言，pctfe（聚三氟氯乙烯）可显示出最佳的绝缘特性，同时具有合适的摩擦电特性（表面上几乎没有摩擦电荷感应）。然而，可能需要一定的厚度以另外提供期望的绝缘特性。这可能在某种程度上限制将气溶胶的输送路径保持为短距离以便减少电荷随时间扩散的负面效应的可能性。相反，使用peek（聚醚醚酮）或ptfe（聚四氟乙烯）的测试表明，这些材料通常可能是不合适的，因为它们由于气体流过而在表面上生成高程度的电荷。

9、引导带电气溶胶通过塑料馈送件可另外包括以下缺点：馈送件必须密封到离子阱的出口，并且可能需要与离子阱的出口良好配合，使得流动路径中没有边缘，否则可能阻碍气体流。

10、鉴于上述内容，本发明的目的是克服或至少减轻现有技术的缺点和不足。更具体地，本发明的目的是提供一种从cad的离子阱到检测室中的改进的馈送件。

技术实现思路

1、本发明实现了这些目的。

2、在第一方面，本发明涉及一种用于将带电粒子从离子阱引导到检测室中的接口，该接口包括：导电管，该导电管被配置为在离子阱与检测室之间建立用于带电粒子的连接；和绝缘构件，该绝缘构件包围管的至少一部分并且被配置为在管与检测室之间建立电绝缘连接。

3、换句话说，本发明涉及一种（例如，cad内的）离子阱与检测室之间的接口，其中，带电粒子仅被引导通过导电管，并且不与包围该管的绝缘构件直接接触。与现有技术相比，这可有利地允许改进此类接口的性能，因为可抑制或甚至防止绝缘构件上例如由于摩擦电而引起的电荷聚集。此外，由于管本身不涉及将离子阱与检测室绝缘，因此其可比当前设计中的管更短，这允许减少扩散损失。

4、管可被配置为部分地突出到检测室中。

5、管可由金属制成。这可以是优选的，因为对于管而言，通常可期望高导电率。

6、管通常可被配置为将气体和/或气溶胶从离子阱的出口引导到检测室。

7、管可提供从管入口到管出口的流动路径。流动路径可由管的连续无缝内壁限定。

8、管的下游端部可延伸超过绝缘构件的下游端部。这又可帮助防止被引导通过管的带电粒子与绝缘构件的任何相互作用，并且因此降低例如由于摩擦电而引起的电荷聚集的风险。

9、管可被配置为流体地连接到离子阱并且电连接到离子阱。因此，管可被配置为从离子阱接收气体流和/或带电气溶胶，同时处于与离子阱相同的电势，该离子阱可优选地为接地的。

10、管可包括在0.1mm至300mm的范围内、优选地在10mm至50mm的范围内的管长度lt。附加地或另选地，管包括在1mm至50mm的范围内、优选地在2mm至10mm的范围内的内管直径dt。

11、绝缘构件可由电绝缘材料制成。特别地，绝缘构件可由塑料制成。例如，绝缘构件可由ptfe、pctfe或peek制成，优选地由peek或ptfe制成。另选地，绝缘构件可由陶瓷制成。

12、绝缘构件可被配置为将管同轴地固定到检测室（或反之亦然）。也就是说，绝缘构件不仅可使检测室与管电绝缘，而且还可通过将管和检测室彼此固定来确保管与检测室的相对位置，使得该相对位置得以维持，由此管相对于检测室同轴地延展。

13、绝缘构件的上游部分可邻接管。这可允许绝缘构件相对于检测室来固定管，绝缘构件也可连接到检测室。

14、绝缘构件可优选地密封地连接到管。接口可包括用于将绝缘构件密封地连接到管的o形环。另选地，绝缘构件可密封地胶合或压配合到管。特别地，绝缘构件的上游部分可密封地连接到管。

15、接口可包括绝缘构件的下游部分与管之间的绝缘间隙。换句话说，绝缘构件的下游部分可包围管，使得绝缘间隙设置在绝缘构件的下游部分与管之间。

16、绝缘间隙可填充有空气。因此，绝缘间隙可以是空气间隙。另选地，绝缘间隙可填充有固体绝缘材料。例如，绝缘间隙可填充有胶、泡沫或树脂。通常，绝缘间隙可被配置为使绝缘构件的下游部分与管绝缘。绝缘构件的下游部分与管之间的距离可以在100μm至10mm的范围内。应当理解，该距离表示绝缘构件的下游部分与管之间的绝缘间隙的宽度。

17、在一些实施方案中，绝缘构件和管可由复合材料制成。也就是说，它们可由包括一侧上的金属表面和另一侧上的绝缘表面的复合材料制成。此类复合材料可例如通过双组分注射成型来提供。

18、在另一方面，本发明涉及一种组件，该组件包括离子阱、检测室和（例如如上所述的）根据本发明的接口。管可流体地连接到离子阱。特别地，管入口可流体地连接到离子阱出口。此外，管入口可流体地连接到离子阱的室出口。

19、管可电连接到离子阱。

20、管可永久地连接到离子阱。

21、离子阱可包括壳体，并且其中，管可与离子阱的壳体一体成形。也就是说，离子阱的壳体和管可由单个部件形成。这可有利地确保它们之间的良好电连接，并且避免由于分离的部件之间的不完美配合而引起的任何不期望的不均匀性（例如，边缘或间隙）。

22、管可延伸到检测室中。优选地，管的下游端部可以比绝缘构件的下游端部更进一步地延伸到检测室中。换句话说，管可以比绝缘构件更进一步地延伸到检测室的内部容积中。

23、管出口可位于检测室内。

24、管可通过绝缘构件同轴地安装到检测室。

25、绝缘间隙可流体地连接到检测室。特别地，绝缘间隙可填充有与检测室相同的空气。

26、检测室可以是法拉第杯。

27、绝缘构件可密封地连接到检测室。附加地或另选地，绝缘构件可以被包括在检测室中。绝缘构件可永久地固定到检测室的一部分。例如，绝缘构件以及检测室的至少一部分可由复合材料制成。

28、在另一方面，本发明涉及一种带电气溶胶检测器（cad），该带电气溶胶检测器（cad）包括雾化器、喷雾室（包括撞击器）、干燥管、混合室、电晕充电器、离子阱、检测室和例如如上所述的根据本发明的接口。cad可包括组件，该组件包括离子阱、检测室和接口，其中该组件是例如如上所述的根据本发明的组件。

29、在另一方面，本发明涉及一种在带电气溶胶检测器（cad）内将带电粒子从离子阱引导到检测室的方法，该方法包括将带电粒子从离子阱引导到检测室中，其中，不沿着绝缘材料的表面引导带电粒子。这可有利地允许抑制并且理想地防止摩擦电效应，否则摩擦电效应可能导致绝缘材料上的不期望的电荷聚集。

30、将带电粒子从离子阱引导到检测室中的步骤可包括引导粒子通过单个连续金属管。

31、将带电粒子从离子阱引导到检测室中的步骤包括引导粒子通过例如如上所述的根据本发明的接口。

32、离子阱和检测室可以被包括在例如如上所述的根据本发明的组件中。

33、该方法还可包括在离子阱内施加电场，该电场被配置为移除高迁移性带电粒子。

34、该方法还可包括检测提供到检测室的带电粒子的电荷。

35、下面，将参考接口实施方案。这些实施方案缩写为字母“i”后跟数字。每当本文提及“接口实施方案”时，均意指这些实施方案。

36、i1．一种用于将带电粒子从离子阱引导到检测室中的接口，该接口包括：

37、导电管，该导电管被配置为在该离子阱与该检测室之间建立用于该带电粒子的连接；和

38、绝缘构件，该绝缘构件包围该管的至少一部分并且被配置为在该管与该检测室之间建立电绝缘连接。

39、i2．根据前一接口实施方案所述的接口，其中，该管被配置为部分地突出到该检测室中。

40、i3．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该管由金属制成。

41、i4．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该管被配置为将气体和/或气溶胶从该离子阱的出口引导到该检测室。

42、i5．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该管提供从管入口到管出口的流动路径。

43、i6．根据前一接口实施方案所述的接口，其中，该流动路径由该管的连续无缝内壁限定。

44、i7．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，管的下游端部延伸超过该绝缘构件的下游端部。

45、i8．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该管被配置为流体地连接到该离子阱并且电连接到该离子阱。

46、i9．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该管包括在0.1mm至300mm的范围内、优选地在10mm至50mm的范围内的管长度lt。

47、i10．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该管包括在1mm至50mm的范围内、优选地在2mm至10mm的范围内的内管直径dt。

48、i11．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该绝缘构件由电绝缘材料制成。

49、i12．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该绝缘构件由塑料制成。

50、i13．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该绝缘构件由ptfe、pctfe或peek制成，优选地由peek或ptfe制成。

51、i14．根据接口实施方案i1至i12中任一项所述的接口，其中，该绝缘构件由陶瓷制成。

52、i15．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该绝缘构件被配置为将该管同轴地固定到该检测室（或反之亦然）。

53、i16．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该绝缘构件的上游部分邻接该管。

54、i17．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该绝缘构件密封地连接到该管。

55、i18．根据前一接口实施方案所述的接口，其中，该接口包括用于将该绝缘构件密封地连接到该管的o形环。

56、i19．根据倒数第二个接口实施方案所述的接口，其中，该绝缘构件被密封地胶合或压配合到该管。

57、i20．根据前述3个接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该绝缘构件的上游部分密封地连接到该管。

58、i21．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该接口包括该绝缘构件的下游部分与该管之间的绝缘间隙。

59、换句话说，该绝缘构件的下游部分可包围该管，使得绝缘间隙设置在该绝缘构件的该下游部分与该管之间。

60、i22．根据前一接口实施方案所述的接口，其中，该绝缘间隙填充有空气。

61、i23．根据倒数第二个接口实施方案所述的接口，其中，该绝缘间隙填充有固体绝缘材料。

62、i24．根据前一接口实施方案所述的接口，其中，该绝缘间隙填充有胶、泡沫或树脂。

63、i25．根据前述4个接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该绝缘间隙被配置为使该绝缘构件的该下游部分与该管绝缘。

64、i26．根据前述5个接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该绝缘构件的该下游部分与该管之间的距离在100μm至10mm的范围内。

65、i27．根据前述接口实施方案中任一项所述的接口，其中，该绝缘构件和该管由复合材料制成。

66、也就是说，它们可由包括一侧上的金属表面和另一侧上的绝缘表面的复合材料制成。

67、i28．根据前述接口实施方案中除了i27之外的任一项所述的接口，其中，该绝缘构件通过压配合或胶合安装到该管。

68、下面，将参考组件实施方案。这些实施方案缩写为字母“a”后跟数字。每当本文提及“组件实施方案”时，均意指这些实施方案。

69、a1．一种组件，该组件包括离子阱、检测室和根据前述接口实施方案中任一项所述的接口。

70、a2．根据前一组件实施方案所述的组件，其中，该管流体地连接到该离子阱。

71、a3．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该接口包括i5的特征，并且其中，管入口流体地连接到离子阱出口。

72、a4．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该接口包括i5的特征，并且其中，该管入口流体地连接到该离子阱的室出口。

73、a5．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该管电连接到该离子阱。

74、a6．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该管永久地连接到该离子阱。

75、a7．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该离子阱包括壳体，并且其中，该管与该离子阱的该壳体一体成形。

76、a8．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该管延伸到该检测室中。

77、a9．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该管的下游端部比该绝缘构件的下游端部更进一步地延伸到该检测室中。

78、换句话说，该管可以比该绝缘构件更进一步地延伸到该检测室的内部容积中。

79、a10．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该接口包括i5的特征，并且其中，该管出口位于该检测室内。

80、a11．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该管通过该绝缘构件同轴地安装到该检测室。

81、a12．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该接口包括i21的特征，并且其中，该绝缘间隙流体地连接到该检测室。

82、a13．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该接口包括i21的特征，并且其中，该绝缘间隙填充有与该检测室相同的空气。

83、a14．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该检测室是法拉第杯。

84、a15．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该绝缘构件被包括在该检测室中。

85、a16．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该绝缘构件密封地连接到该检测室。

86、a17．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该绝缘构件以及该检测室的至少一部分由复合材料制成。

87、a18．根据前述组件实施方案中任一项所述的组件，其中，该绝缘构件永久地固定到该检测室的一部分。

88、下面，将参考cad实施方案。这些实施方案缩写为字母“c”后跟数字。每当本文提及“cad实施方案”时，均意指这些实施方案。

89、c1．一种带电气溶胶检测器（cad），该带电气溶胶检测器（cad）包括雾化器、喷雾室（包括撞击器）、干燥管、混合室、电晕充电器、离子阱、检测室和根据前述接口实施方案中任一项所述的接口。

90、c2．根据前一cad实施方案所述的带电气溶胶检测器，其中，该cad包括组件，该组件包括该离子阱、该检测室和该接口，其中该组件是根据前述组件实施方案中任一项所述的组件。

91、下面，将参考方法实施方案。这些实施方案缩写为字母“m”后跟数字。每当本文提及“方法实施方案”时，均意指这些实施方案。

92、m1．一种在带电气溶胶检测器（cad）内将带电粒子从离子阱引导到检测室的方法，该方法包括：

93、将带电粒子从离子阱引导到检测室中，

94、其中，不沿着绝缘材料的表面引导该带电粒子。

95、m2．根据前一方法实施方案所述的方法，其中，将带电粒子从该离子阱引导到该检测室中的步骤包括引导该粒子通过单个连续金属管。

96、m3．根据前述方法实施方案中任一项所述的方法，其中，将带电粒子从该离子阱引导到该检测室中的步骤包括引导该粒子通过根据前述接口实施方案中任一项所述的接口。

97、m4．根据前述方法实施方案中任一项所述的方法，其中，该离子阱和该检测室被包括在根据前述组件实施方案中任一项所述的组件中。

98、m5．根据前述方法实施方案中任一项所述的方法，其中，该方法还包括在该离子阱内施加电场，该电场被配置为移除高迁移性带电粒子。

99、m6．根据前述方法实施方案中任一项所述的方法，其中，该方法还包括检测提供到该检测室的该带电粒子的电荷。