[发明专利]离子迁移谱议装置和方法

说明书

技术领域

本申请要求美国临时专利申请(申请号60/766,825，申请日2006 年2月14日)的权益和优先权，其全部内容在此引用作为参考。

典型的离子迁移谱仪(IMS)的基本部件包括一个离子化源，一 个包括反应区的漂移管，一个离子开关格栅，一个漂移区，和一个离 子检测器。在气相分析中，待分析试样通过一种惰性载气被导入反应 区，试样的离子化通常在使试样通过反应区和/或离子化区时完成。形 成的离子在电场的作用下流向漂移区，该电场施加于建立漂移区的漂 移环(有时也称作保护环或离子导向器)上。然后离子窄脉冲，通过 离子开关格栅，被注入和/或进入漂移区。一旦进入漂移区，试样的各 种离子就基于其离子迁移率被分离。各种离子在检测器中的到达时间 是离子迁移率的一个表征，其与离子质量相关。然而，本领域的技术 人员能够理解离子迁移率不仅与离子质量有关，而且在根本上更与离 子-漂移气体的相互作用势有关，而后者并非仅取决于离子质量。

背景技术

在现有技术中，离子迁移谱仪包括具有复杂机械零件的漂移管。 漂移管中的每个部件通常需要多个零件的组合。这样复杂的机械设计 显著增加了离子迁移谱仪的成本并且还限制了离子迁移谱仪的性能。 一般来说，漂移管设计中部件越多，漂移管出现技术问题的可能性越 大，例如气体泄漏，温度控制不当，压力控制不当，热和/或电绝缘泄 露。

在很多应用场合，例如在高度污染的环境下检测爆炸物时，由于 大量试样或污染物使得系统过载，因而频繁地阻碍谱仪的正常操作。 在这些应用场合下就非常需要快速的自清洁机制。传统的离子迁移谱 仪的漂移管构造如Ching Wu等人在2002年57期《Talanta》123-134 页的”Construction and Characterization of a High-Flow，High-Resolution Ion Mobility Spectrometer for Detection of Explosives after Personnel Portal Sampling”一文中所述。管结构中大量的热质阻止了系统出于 清洁目的而快速加热或充分冷却离子迁移谱部件。迁移谱部件可以通 过“烘出(baking out)”来进行清洁。但是，完成“烘出”通常需要数个小 时。

已有的文献已经表明了在离子迁移谱仪漂移区的均匀电场对于 在这样的设备中得到高迁移率分辨率来说是必需的。例如，如Ching Wu等人在1998年70期《Analytical Chemistry》4929-2938页 的”Electrospray Ionization High Resolution Ion Mobility Spectrometery/Mass Spectrometery”一文中所述。可以通过降低每一个 压降步骤的幅度和增加漂移环的数目来形成一个均匀的电场。狭窄的 漂移环可以用于产生所需的电场分布。但是，在一个漂移管中使用的 漂移环越多，在构成漂移管结构的壁中需要密封的导线就越多。结构 的复杂性极大地限制了在漂移管中形成高度均匀的电场的可能性。在 美国专利号为4,7120,080的专利和美国专利公告号为 2005/0211894A1的专利公告中描述了通常用于构造漂移管的多个传 导涂层。然而，使得沿漂移管的涂层厚度相同是非常有挑战性的。具 有不均匀涂层厚度的传导层会导致扭曲的电场分布和不可预知的系 统性能。

发明内容

本发明涉及离子迁移谱仪和操作离子迁移谱仪的方法。在一种实 施方式中，本发明的离子迁移谱仪使用一种简化的离子迁移谱仪设 计，其具有螺旋阻性材料，例如螺旋阻性导线。该螺旋阻性导线形成 用于引导离子运动的基本恒定的电场。本文中所述的用于离子迁移谱 仪的漂移管是这样构造的，其具有不导电的框架、阻性导线、离子门 组件、保护管、流体控制部件和离子检测器组件。在一些实施方式中， 单根或多根阻性导线卷绕在不导电的框架上形成各种形式的线圈，例 如圆形、椭圆形、正方形、矩形或其它多边形。该线圈产生一个均匀 而连续的电场来引导离子漂移通过该离子迁移谱仪。