Etude et réalisation d'un spectromètre à mobilité ionique miniaturisé utilisant une décharge couronne en régime pulsé

par Yuan An

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Jean-Paul Gilles.


  • Résumé

    La spectrométrie à mobilité ionique (IMS) est une technique pour détecter et caractériser des vapeurs organiques dans l'air. L'objectif majeur de cette étude était la conception, la réalisation et la caractérisation d'un nouveau type de spectromètre. Nous avons débuté ces travaux par des études théoriques concernant d'une part la méthode d'ionisation à pression atmosphérique et le transports des ions; d'autre part, les mécanismes de la décharge couronne et l'évaluation de ses potentiels comme source d'ionisation. Nous avons ensuite analysé expérimentalement le comportement électrique de la décharge couronne en mode pulsé. Pour une configuration des électrodes du type pointe-plan, une impulsion électrique d'une durée de 500ns et une tension maximale de 12 kV est utilisée pour amorcer la décharge. Le nombre d'ions collectés est de l'ordre de 10^7, ce qui correspond a une valeur 10 fois supérieure à celle obtenue avec les sources conventionnelles. Sur la base de ces données expérimentales, nous avons alors construit le spectromètre. Le fonctionnement de la décharge couronne en régime pulsé permet l'élimination de la grille pulsée entre la zone d'ionisation et celle de dérive. Enfin, nous avons entrepris la caractérisation du spectromètre. Celui-ci montre une grande efficacité dans la collection des ions. Le courant d'ion peut atteindre jusqu'à 3 nA. Le pouvoir de résolution est de l'ordre de 20. Au cours de cette étude, nous avons pu réaliser un spectromètre qui possède des avantages sur les systèmes conventionnels utilisant une source radioactive: meilleur rendement de collection des ions; absence de radioactivité; simplicité de fabrication; réduction de la puissance.

  • Titre traduit

    Study and development of a miniatured Ion Mobility Spectrometer (IMS) using pulsed corona discharge


  • Résumé

    Ion mobility spectrometry (IMS) is a technique for detection and characterization of organic vapors in air. The major objective of this study is to design, develop and characterize a novel type of IMS. We start the work with the theoretical studies concerning about, on one hand, the method of atmospheric pressure ionization (API) and ion transport; on the other hand, the mechanism of the corona discharge and its potential to be applied as ionization source. Then we analyzed the electric characteristics of the pulsed corona discharge by a series of experiments. In a point-plane electrode geometry, an electrical pulse up to 12 kV, and 500 ns pulse-width was used to generate a corona discharge in air. The number of ions collected is in the order of 10^7, which is 10 times as what can be obtained by radioactive sources. Based on the experimental data, we have constructed the spectrometer. The special features of pulsed discharge allow us to eliminate the ion gate between ionization region and drift region. Finally, the characterization of the IMS is accomplished. The prototype shows a great efficiency of the ion collection. The ion current can reach 3 nA. Its resolving power is in the order of 20. By this study, we accomplish a spectrometer which has several advantages over the conventional IMS using radioactive ionization source: higher efficiency of ion collection, free of radioactivity, simplicity of instrumentation as well as lower power consumption.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (154 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 137-141

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2005)90
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