[发明专利]离子迁移谱漂移区复用装置及方法

说明书

本公开提供一种离子迁移谱漂移区复用装置，包括：离子源，设置于所述复用装置的一侧；离子门，紧邻离子源设置；离子检测区，设置于所述复用装置的另一侧，以及离子迁移谱漂移区，设置于所述离子门和离子检测区之间，包括：至少一组电阻膜，每组电阻膜包括：上电阻膜，处于离子迁移谱漂移区上边界内壁，两端分别引出电极1和电极3；以及下电阻膜，处于离子迁移谱漂移区下边界内壁，两端分别引出电极2和电极4，从而得到更高的离子分辨率及更快的检测速度，更快地获得特征离子迁移率的更多信息。

技术领域

本发明属于痕量物质快速检测的离子迁移谱技术，具体涉及到离子迁移谱的复用装置及方法，可以提高离子迁移谱对样品快速检测与识别能力。

背景技术

离子迁移谱(Ion Mobility Spectrometry，IMS)是从二十世纪六十年代末发展起来的一种新的检测技术，传统的离子迁移谱(Time of Flight-Ion MobilitySpectrometry，TOF-IMS，)与飞行时间质谱(Time Of Flight-Mass Spectrometry，TOF-MS，)分析技术有些类似，但IMS不像质谱分析那样需要高真空条件，而是在大气压强下工作。痕量爆炸物、毒品及化学战剂检测是推动IMS发展的主要原因之一。与一般化学分析仪器相比，IMS有体积小、重量轻、功耗低的优点，它对炸药、毒品等物质的探测灵敏度高达10^-8—10^-14g或者ppb-ppt量级，特别适合用于行李包裹中此类违禁物品的实时检测。

离子迁移谱仪由漂移管及外围检测控制电路、气路构成。漂移管是离子形成和分离检测的场所，也是IMS中最重要的组成部分，如图2所示，外围的控制电路和设备提供了IMS工作的环境和条件，对整个工作过程进行控制以及进行信号检测和数据处理，典型的漂移管主要由四部分组成：1离子源和离化区；2离子漂移区；3位于离化区与离子漂移区之间的离子门；4作为离子检测器的法拉第盘。使用IMS检测样品时，首先被测物(可以是气体或者微粒)在离化区离化形成带电离子，然后通过离子门进入漂移区，在电场作用下经过一定时间漂移至法拉第盘，测量离子簇通过漂移区所需的时间可以计算出离子的迁移率(即在单位电场强度作用下离子的漂移速度)。离子迁移率受漂移气体、温度、压强等外界因素影响，在一定条件下各种物质特征离子的迁移率互不相同，测量漂移时间可间接得到样品的有关信息，离子簇漂移时间t_d(s)与离子簇漂移速度v_d(cm/s)以及离子迁移率k(cm²/Vs)的关系为：v_d＝L/t_d；K＝v_d/E＝L²/Vt_d。其中L(cm)为漂移区长度，E(V/cm)为漂移区电场强度，V(V)为加在漂移区两端的电势差。不同离子漂移时间之间的差别决定了IMS的选择性。离子迁移率K是化合物(或者功能基团)的特性，它与漂移气体有关，在弱电场中，有Mason-Schamp方程：

上式中Ze为离子电荷，N为迁移气体的分子量，m为待测物分子量，M为漂移气体分子量，k为波耳兹曼常数，α为校正系数，当m＞M时，α小于0.02。Ω为待测物特征离子的碰撞截面。在一定的漂移气体中，小离子的迁移率主要取决于它的分子量，但是当离子相对比较大时，迁移率主要是由碰撞截面(离子结构)决定。离子迁移率也受到温度T和压力P的影响，通常情况下可将K换算成标准条件273K和1.013×10⁵Pa下的约化迁移率K₀：K₀＝K(273/T)(P/1.013×10⁵)，式中T、P分别为离子漂移管中漂移气体的温度(K)和气压(Pa)。当漂移电场增大到一定范围后，离子的约化迁移率不再为常量，而成为E/N(单位Td)的函数(E为漂移电场强度，N为漂移气体密度)，这是因为K与离子在碰撞间隙从电场中获得的能量有关。当E/N的值很小时，离子从电场中获得的能量与其热运动能量相比可忽略不计，因为离子与漂移气体碰撞将消耗掉离子从电场获得的能量；而当E/N值增大时，迁移率将与电场强度有关，可表示为：