[发明专利]具有嵌入的FAIMS单元的离子迁移谱仪设备

说明书

技术领域

本申请涉及化学分析领域，尤其涉及离子迁移谱。

背景技术

在场应用中，不管是室内还是室外环境，化学分析仪器可能面临各种不同的复杂混合物。由于分子干扰物的存在，这些混合物可能导致仪器污染和混淆，分子干扰物产生与感兴趣的化学化合物一样的特征或产生分析仪器因其分辨率有限而不能分辨的特征。干扰物还可通过影响感兴趣的化合物的检测极限而显露其存在。因此，多级分析方法可用于减少干扰并产生足够的分离以进行确定性检测和识别。多级分析可包括单一分离技术如MSⁿ仪器中的质谱（MS）或不同分离技术的组合。这些均称为正交技术，因为，尽管它们可级联运行，但它们通过产生多维谱因而增加检测概率和检测准确度而测量同一分子的不同性质。对于场仪器，这些技术可在物理上及运行上集成在一起以产生补充信息因而在不牺牲速度和灵敏度的情况下提高总选择性。

在痕迹爆炸物检测领域，离子迁移谱通常在机场的乘客检查点使用。该技术依赖于在乘客皮肤、衣服及个人物品上有足够的爆炸物残留（颗粒和/或蒸汽）以发出威胁信号。假定由于其高附着系数，在处理炸弹过程期间很难避免爆炸物颗粒的污染。同样，高附着系数导致极低的汽压，因而使它们的检测很困难。蒸汽和/或颗粒样本的采集可通过在“嫌疑”行李或人的表面挥过而实现，或者在入口的情形下，通过发送压缩空气的脉冲以从人的衣服、皮肤、鞋等上释放颗粒。在两种情形下，样本均引入离子迁移谱仪（IMS）进行分析。

离子迁移谱利用相当低的电场推进离子通过漂移气体室并根据它们的漂移速度分离这些离子。在IMS中，离子漂移速度与低电场(～200V/cm)情形下的场强成正比，因而离子的迁移率(K)独立于所施加的电场。在IMS中，被分析物和背景分子通常使用放射性α或β发射器电离，及离子被注入具有恒定低电场(300V/cm或更低)的漂移管内，离子在漂移管内基于其漂移速度因而基于其迁移率进行分离。迁移率受控于与按相反方向流动的漂移气体分子的离子碰撞。离子-分子碰撞截面取决于大小、形状、电荷、及相对于漂移气体分子质量的离子质量。所得的色谱图与已知图库进行比较以鉴别所收集的物质。由于碰撞截面取决于一个以上离子特性，峰鉴别并不唯一。IMS系统测量目标分子的次要及不太特有的性质—离子化分子在电场下漂移通过充满粘性气体的管所花的时间—分子的身份从强度-时间谱进行推导。由于不同的分子可能具有类似的漂移时间，IMS固有地具有有限的化学特异性，因而易受到干扰分子的影响。

高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)是新出现的检测技术，其可在大气压力下运行以分离和检测离子，最早由Buryakov,I.A.、Krylov,E.V.、Nazarov,E.G.、Rasulev,U.K.在International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes1993,128(3)中143-148页详细描述，其通过引用组合于此。FAIMS通过利用离子在高和低电场下的迁移率差而分离离子。相比于传统的离子迁移，FAIMS在高得多的电场下运行(～10,000V/cm)，其中离子迁移率与所施加的电场有关并由K_h即不恒定高场迁移率术语更好地表示。K_h与低场K相比的变化及依赖于该变化的化合物有助于FAIMS的分离能力。FAIMS利用交流(AC)和直流(DC)电压的组合传送感兴趣的离子并滤除其它离子，因而提高特异性并降低化学干扰。FAIMS可减少假阳性，因为具有同样的低场迁移率的两种不同化合物通常可在高场环境中进行区分。

离子在FAIMS中通过它们在高电场中的迁移率(K_h)和低电场中的迁移率(K)的差进行分离。在恒定气体数量密度N时，高电场中的离子迁移率的非线性相关性可由等式（1）描述：

K_h(E)=K₀[1+α(E/N)²+β(Ε/Ν)⁴+...]    等式1