[发明专利]平板型高场非对称波形离子迁移谱仪的聚焦装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及对生化物质进行测定，属于现场分析检测领域，具体为一种对离子束进行聚焦，提高平板型高场非对称波形离子迁移谱仪分辨率的装置及方法。

背景技术

高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS，High-field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry)，是于上世纪九十年代逐步发展起来的一种生化物质检测技术。它主要利用高电场下离子的迁移率会随电场强度的变化而不同的特性来分离检测不同种类的生化物质。它的基本原理如下：在低电场条件下，离子的迁移率系数与电场强度无关；当电场强度高到一定值（E/N>40Td）以后，离子的迁移率系数K就会以一种非线性的方式随电场强度而变化。离子在高场下的迁移率与电场强度的关系可用如下式子表示：

K=K₀[1+α₁(E/N)²+α₂(E/N)⁴+…]，其中K为离子在高电场下的迁移率，K₀为离子在低电场下的迁移率，E为电场强度，N为气体密度，α₁,α₂为离子迁移率分解系数。令α(E)=[α₁(E/N)²+α₂(E/N)⁴+…]，则K=K₀[1+α(E)]。当α(E)>0时，K>K₀，则K随E增大而增大；当α(E)<0时，K<K₀，则K随着E的增大而减小；当α(E)≈0时，K≈K₀。由上述分析可见，在高电场的作用下，离子的迁移率会呈现出各自不同的非线性变化趋势，这就使得在低电场强度条件下离子迁移率相同或相近的离子能够在高电场强度条件下被分离开。

目前，高场非对称波形离子迁移谱主要有平板型和圆筒型两种结构，相比于圆筒型，平板型高场非对称波形离子迁移谱仪更易于用微机电系统技术（MEMS，Micro-Electro-Mechanical System）进行加工集成，便于微型化，因此在便携式生化检测仪器方面具有更大的优势。

对平板型高场非对称波形离子迁移谱仪进行深入研究的主要有美国新墨西哥州立大学和Sionex公司，其主体芯片结构采用MEMS加工技术设计加工，而离子源采用真空紫外灯离子源或63Ni离子源。这种平板型高场非对称波形离子迁移谱仪有两种结构形式，分别如图1所示的载气垂直于离子源和图2所示的对着离子源进入的方式。这两种结构方式都存在着不足：由于采用平板式结构，缺乏聚焦能力，经离子源离子化后的离子将会弥漫在整个迁移区内，并在非对称电场的驱动下产生上下振动；当直流扫描补偿电压为某一特定值时，离子在一个射频周期的净位移为零；理论上，当直流扫描补偿电压偏离这个值时，信号强度会急剧减小，但是由于离子在迁移区内的分布，信号强度不会迅速降低，这就导致在谱线测量的时候产生谱线扩展，导致分辨率降低。

发明内容

本发明的目的是克服现有平板型高场非对称波形离子迁移谱仪的不足，提供一种聚焦装置和聚焦方法，使得离子在进入迁移区之前对离子束的宽度进行约束，减少因为离子在迁移区内分散而造成的谱线展宽，提高系统的分辨率。

本发明的技术方案如下：

一种平板型高场非对称波形离子迁移谱仪的聚焦装置，所述的平板结构高场非对称波形离子迁移谱仪包括离子源、迁移区和检测单元；在迁移区内平行放置上基片和下基片，在上基片和下基片上分别设置上迁移区电极和下迁移区电极，上迁移区电极分别与非对称波形射频电源和直流扫描补偿电源相连；聚焦装置其特征在于：在迁移区前端设置至少一个聚焦区，在每个聚焦区的上基片和下基片上设置至少一副聚焦极板对，并上下正对。

采用上述聚焦装置的一种平板型高场非对称波形离子迁移谱仪聚焦方法，其特征在于：在每副聚焦极板对上施加电压，使离子在进入迁移区之前向中心聚集，施加的电压有两种模式，

a.直流聚焦模式：直流聚焦模式为在聚焦极板对上间隔施加相同的直流电压，与施加直流电压的聚焦极板对相邻的聚焦极板对不施加电压；施加的直流电压根据离子极性选择极性，若为正离子施加正电压，若为负离子施加负电压；

b.射频聚焦模式：射频聚焦模式为在每副聚焦极板对上施加正弦波射频电压，相邻聚焦极板对射频电压相位相差180°。