[发明专利]一种两级压缩离子门及控制方法

说明书

本发明涉及一种两级压缩离子门及控制方法。该离子门由依次设置在离子迁移管内的离子源和离子接收极法拉第盘之间的三个平行，同轴，间隔的栅网一、栅网二和栅网三组成。栅网一和离子源之间的区域为反应区，栅网三与法拉第盘之间的区域为迁移区。通过周期性控制该离子门中三个栅网之间的电场，实现离子在注入迁移区过程中的两级压缩。其中，离子在穿过栅网三后被压缩一次，在穿过栅网三后面的导电环后再被压缩一次。这种离子门和控制方法，可以对注入的离子团进行两级压缩，实现分辨率和灵敏度的同时提高。

技术领域

本发明涉及一种迁移谱离子门装置和控制方法。

背景技术

离子迁移谱由于分析速度快，灵敏度高，体积小巧，操作简单等优点，被广泛应用于化学毒剂，炸药，毒品等的检测。^[1]此外由于离子迁移谱能分离同分异构体，还经常和质谱联用检测生物样品。^[2]近年来，离子迁移谱的应用深入到医疗诊断领域，例如检测呼出气中的小分子代谢物，血液中的麻醉剂等。^[3,4]对复杂样品的检测，需要更高的分辨能力和灵敏度。离子门是迁移管中的关键零件之一，其作用是周期性的将一团离子注入到迁移区进行分离和检测。所以，离子门的性能很大程度上决定了迁移谱的分辨能力和灵敏度。

离子迁移管中最常用的离子门是Bradbury-Nielsen gate(BN门)，^[1]这种离子门由两组平行，绝缘，依次交替，处于同一平面的金属丝组成。在开门时，两组丝上的电势相同。在关门时，在其中一组丝上叠加一个电压，或者在两组丝上叠加相反的电压，使相邻的两根丝之间形成和迁移电场垂直的电场，以阻止离子的通过。但是实际上离子门关门时，关门电压会在离子门前后的区域产生不均匀的电场，并在离子门后形成清空区，稀释区和压缩区。^[5]这些区域的存在，一方面会使注入的离子成锯齿状，开门时间越小，注入的离子越不均匀，产生峰拖尾现象。

离子迁移管中另一种比较常用的离子门是场切换离子门。^[1]这种离子门的结构为一个金属栅网。在关门时，离子源的电势比离子门的电势稍微低，使离子被局限在离子源和离子门之间，开门时，将离子源处的电势提高几百甚至上千伏，将电离区的离子全部注入迁移区。这种离子门不会造成离子门附近的不均匀电场。但是它的应用范围比价窄，不适用于电离范围比较长的电离源，如真空紫外灯，或者本身需要维持一定电势才能工作的电离源，如电喷雾或者电晕放电电离源。^[6]

离子门注入离子团的过程中，如果设法使离子团由高电场向低电场运动时，那么离子团会被压缩，离子厚度变窄，密度增大。因此法拉第盘接收到的信号峰更高，更窄，分辨率和灵敏度同时被提高。

[1]EICEMAN G A,KARPAS Z,HILL JR H H.ion mobility spectrometry[M].3rded.:CRC Press,2013；

[2]JIANG W,ROBINSON R A S.Ion Mobility-Mass Spectrometry[M].JohnWileySons,Ltd,2013；

[3]JIANG D,LI E,ZHOU Q,et al.Online Monitoring of IntraoperativeExhaled Propofol by Acetone-Assisted Negative Photoionization Ion MobilitySpectrometry Coupled with Time-Resolved Purge Introduction[J].AnalyticalChemistry,2018,90(8):5280-9；