[发明专利]纵向高场不对称波形离子迁移谱装置

说明书

技术领域  本发明涉及可集成离化源和屏蔽电极的高场不对称波形离子迁移检测领域，特别涉及一种纵向高场不对称波形离子迁移谱装置。

背景技术  随着恐怖主义的猖獗，爆炸物、毒品等物质的空气下检测变得越来越重要。以前的检测仪主要有质谱仪，快速离子迁移谱仪。

质谱仪非常灵敏并且选择性好、反映时间短，但是体积庞大、真空度要求高、功耗大、价格昂贵，不适合在公共场所运作。

快速离子迁移谱仪，通过测定各种不同离子的空间飞行时间来确定离子迁移率从而判定离子的归属，但是其灵敏度依赖于迁移管的长度，长度越长，分辨率越容易做得高，而这直接导致了其小型化的困难。若一定要小型化，那么对检测仪的要求就非常高，这会导致成本的增加。不仅如此，有很多的物质在低场下的离子迁移率非常接近，使得检测变得困难。

高场不对称波形例子迁移谱仪(FAIMS)最早是前苏联在上个世纪80年代开始研制的。气体中的离子在高电场作用下其迁移率会发生非线性变化，从而与低电场下的迁移率会产生一个差值，而不同的离子在不同的高低电场作用下，离子迁移率差值会有所不同，因此在等离子体上加一个交替变化的高低电场，不同的离子便在电场的方向上产生不同的位移，从而能够被有效地分离开来。FAIMS高的选择性和信噪比，引起了广泛的注意，但是其存在体积大、造价高、测量时间长、功率大、不方便携带且很难批量生产的缺点。

致力于FAIMS小型化的且取得有效成果的有两个公司，美国Sionex公司和加拿大Ionalytics公司。

Sionex公司主要研究平板型的微型离子迁移管，且已推出了它的系列核心产品microDMx。此产品体积小，灵敏度高，在与放射性金属元素镅离化源连用检测甲笨时，检测精度可达60ppb量级。此产品能够用在终端用户的检测产品上面，比如手持式检测器以及质谱仪等，2004年3月，Varian Inc公司使用Sionex公司的产品microDMx推出了新产品CP-4900便携式气相色谱检测器，目前该产品已进入中国市场。其主要研究人员拉安安·A·米勒等人在中国申请了相关发明专利(CN 1390361A)。

Ionalytics公司主要研究圆柱型微型离子迁移管，原理同平板型是一样的，只是其两个电极分别是内部的实心圆柱和外面的圆桶，与平板型相比其受外界的电场干扰较小，从而有更高的灵敏度，如与电喷雾离化源(ESI)-质谱仪(MS)连用检测高氯酸盐能够达到0.5-0.005ppb，检测时间为0.5-1min，但是这种离子迁移管圆柱型顶端容易产生电晕放电，所以对制作工艺要求非常高。

无论是Sionex公司还是Ionalytics公司，其产品都只是作为分析仪器的一部分存在的，都没有集成离化源和检测仪，而外接离化源一方面会增大装置的体积，另一方面会使得离化源和迁移管之间的距离过长，从而增加了等离子体复合时间，而这样会降低等离子体浓度，从而减小了可检测的离子数量，而这会降低装置的灵敏度，并且会提高对检测仪的要求。

常用的能够集成于小型装置里的离化源有低能β源，真空紫外灯，电晕放电，表面离化源。

低能β源在紧凑的装置中作为离化源有很大的优点，但是存在安全问题，并且离化效率低。

真空紫外灯可针对性离化，且体积小，易于集成，但是其能量低，约8-11eV，因此对所检测的物种有很大的限制。另外真空紫外灯是易碎的，所以需要防护，并且性能随着时间的推移而下降，这些都限制了它的应用。

电晕放电能够在小空间内使用，且能提供高的能量，但是容易受到污染。

表面离化大多用于真空系统中，在大气中使用会有功耗大，易脱落的缺点。而且装置整体结构较大，不适合集成。