[发明专利]一种平板式离子迁移谱

说明书

技术领域

本发明涉及离子迁移管，具体地说是一种夹角平板式非对称场离子迁移管。该迁移管的突出特点在于可以弥补传统非对称场迁移管的不足，即在不改变电场强度或者补偿电压的情况下，可以同时检测出各种具有电场依赖迁移率的离子。另外，本发明的迁移管具有结构简单，离子的利用率高等特点，可以实现连续无间断检测。

背景技术

离子迁移谱技术是一种基于离子迁移率的分离分析技术。目前广泛应用于机场安检、反恐爆炸物检测、毒品及易制毒化学品检测、生化战剂检测等领域，并且应用范围还在不断扩大。离子迁移谱技术主要分为两类，一类是由英美等国率先研发的传统式的离子迁移谱。另一类是由前苏联Buryakov等人于1993年提出的非对称场式离子迁移谱。前者利用低场(E/N＜2Td，1Td＝10^-17Vcm²)下同一物质气相离子的迁移率在一定条件下有一确定值、基于不同物质迁移率的不同来进行分离检测，特点是定性能力比较高，物质与谱峰的对应关系较易确定。后者则是利用同一物质的气相离子在高电场(E/N＞40Td)和低电场下的迁移率的不同来进行分离检测，特点是仪器结构非常简单，易于实现小型化。

高电场下，离子的迁移率可以表示为：

K＝K₀(1+α)

其中，K为高场下离子的迁移率，K₀为低场下离子的迁移率，为高场下离子迁移率相对于低场下的变化率，其值可正可负，因物质而异。低场下α＝0。

非对称场离子迁移谱的原理如下：以载气使物质离子垂直于电场方向通过漂移区，漂移区施加以射频正负切换的非对称场，整个射频周期内，电压的时间平均值为零。这样，在高低场区段内，离子以迁移率K沿电场都有一垂直位移，但是，若高场与低场下的迁移率不同，在一个周期内离子总体上将在垂直于方向上离开原来的位置，产生一个净位移。经过一定时间的积累，离子的这种位移将使其打到极板上而被中和。为了使这种离子顺利通过检测区，可以在原来的电场上叠加一直流电场，当所加直流电场适当时，离子在垂直方向上的净位移为零，进而可以顺利通过检测通道被检测到。通过扫描上述的直流电场，就可以检测不同的离子。

非对称场离子迁移谱有平板式和同轴圆柱式两种构型。

研究发现，平板式结构能够实现所有离子的检测，对不同离子没有歧视效应，但不能实现聚焦功能，因而灵敏度较低。同轴圆柱式结构能够实现离子汇聚，可以对具有某种迁移率特征的离子产生很好的聚焦效果，有利于实现高灵敏度检测。传统的平板式非对称迁移管采用两极板平行的设计，在同一射频电压和补偿电压下只能检测出具有相同迁移率电场依赖性α的离子。

本发明的夹角平板式非对称场离子迁移管建立了一个在垂直于载气方向上具有渐变特征的电场，不同α的离子可以在不同的横向位置通过，其基本原理在于，对于在某射频电压电场和补偿电压电场下可以通过的离子，在同比例减小了这两个场后，因α也将改变，离子将不能通过分离区而到达检测极。(请参考文献：Analyst，2007，132，842-864)

发明内容

本发明涉及一种夹角平板式非对称场离子迁移管。该迁移管的突出特点在于可以弥补传统非对称场迁移管的不足，即在不改变射频电压和补偿电压的情况下，可以同时检测出各种具有电场依赖迁移率的离子。另外，本发明的迁移管具有结构简单，离子的利用率高等特点，可以实现连续无间断检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种平板式离子迁移谱，包括上极板、下极板、离子接收器，垂直于样品气的流动方向的、上极板与下极板的截面延长线相交成锐角，下极板为一平板状结构，上极板在下极板的法向投影与下极板形状大小相同、且相互重合；

样品气从上极板和下极板的一端通入，并流经上极板和下极板间的区域；于上极板和下极板的另一端设有离子接收器，所述离子接收器为垂直于下极板排布的离子接收器阵列，离子接收器的接收面垂直于样品气的气流方向，阵列中的离子接收器分别经信号放大器与信号采集处理系统相连。

上极板为一平板状结构或倒V字形结构，V字形的顶端夹角为钝角。

上极板或下极板与射频高压电源和直流扫描电源相连，下极板或上极板接地；所述信号放大器微电流放大器；所述信号采集处理系统由信号采集卡和电脑构成。

本发明的优点在于：

1.本发明保留了非对称场离子迁移管的优点，即，结构简单，易于小型化。