[发明专利]一种正负离子同测二维分离离子迁移管

说明书

本发明公开一种基于非对称场离子迁移谱和迁移时间离子迁移谱二维正交联用的离子迁移管，具体地说，是一种同时包含非对称场离子分离通道和迁移时间离子分离通道的离子迁移管。其特征在于，非对称场离子分离通道与迁移时间离子分离通道同轴放置，非对称场离子分离通道由两个同轴放置的分离电极构成，离子出口位于迁移时间离子分离通道的轴线上；非对称场离子分离通道将电离源产生的正负离子同时进行第一维分离并聚焦，然后高效传输至迁移时间离子分离通道的轴线上；迁移时间离子分离通道内电场周期性切换，实现正负离子的第二维分离和同时检测。该离子迁移管可以实现高灵敏度二维正交分离检测，目标物识别准确性高，现场适用性强。

技术领域

本发明公开一种用于正负离子同测的二维分离离子迁移管。具体地说，是一种利用非对称场离子迁移谱与迁移时间离子迁移谱的正交联用和迁移时间离子迁移谱内分离电场极性快速切换，实现正负离子同时检测和二维正交分离的离子迁移管。

背景技术

离子迁移谱(IMS)是20世纪70年代初出现的一种气相离子分离检测技术。相比质谱技术，IMS的离子分辨能力比较弱。但是，IMS具有高灵敏、大气压下工作、仪器便携等优点。目前，IMS除了在炸药、毒品现场筛查等国家、公共安全领域中发挥着主流技术的作用外，其与气相色谱、液相色谱的联用在环境污染、食品安全、生物医药研究领域的现场快速检测中也发挥着越来越重要的作用。

IMS根据离子迁移率分离方式可分为迁移时间离子迁移谱(DTIMS)、非对称场离子迁移谱(FAIMS/DMS)、差分迁移率离子迁移谱(DMA)、吸入式离子迁移谱(AIMS)等等。其中，DTIMS利用均匀直流弱电场(E/N4Td,E表示电场强度、N表示气体的分子数密度)中不同离子通过相同距离所需时间的差异进行离子分离分析，是应用最广泛的IMS技术。相对于质谱、色谱等，IMS技术分辨能力普遍较低，例如，DTIMS通常在40～50之间，FAIMS在10～20之间，DMA在10～20之间。单一的IMS技术，通常难以满足现场快速检测复杂样品对分辨能力的需求。因此，构建基于IMS技术的二维甚至三维联用系统，保持仪器对现场检测适应性的同时获得高分辨能力和峰容量，是IMS技术研究的一个重要方向。

FAIMS是一种通过在平行片状分离极板间或同轴筒状分离极板间施加高频非对称电场实现正负离子同时分离检测的技术，而且采用同轴式分离极板的FAIMS还具有离子空间聚焦和高效传输的功能。Shvartsburg等(US7170053)和Guevremont等(US7368709)均将FAIMS的离子分离极板分成若干段电极，在分离极板间施加高频非对称电场的同时引入沿极板间隙轴向的直流弱电场，实现FAIMS与DTIMS二维正交联用。但是该设计无法满足DTIMS对直流弱电场均匀性需求高的特点，分辨能力提高有限，并且仅能检测单极性离子。

Sionex公司(Proc.of SPIE,2008,6954,69540H)将双DTIMS分离通道放置在FAIMS离子检测极板两侧实现了二维正交分离下的正负离子同时检测。在该设计中，FAIMS平行分离极板间的离子向DTIMS中引出效率较低，造成系统灵敏度差；另外，DTIMS上电压需要采用逆向施加方式，离子接受极处于高电平，信号提取困难。

Bohnhorst等人(Anal.Chem.2018,90,1114)通过在DTIMS的迁移管内嵌合电压可调制的三平行栅网电极，也将DMS与DTIMS联用并提高了系统分辨能力。但是，该设计不具有二维正交分离特性，并且仅能检测单极性离子。

本发明公开一种基于FAIMS与DTIMS联用的离子迁移管设计。该离子迁移管的结构简单，含有一个FAIMS分离通道和一个DTIMS分离通道，可以在二维正交分离下实现正负离子同测；另外，FAIMS分离通道可以同步进行离子分离和离子聚焦，并将其高效传输至DTIMS分离通道中，系统灵敏度高。

发明内容：

本发明的目的是构建一种可同时检测正负离子的二维离子迁移率分离分析系统，一方面获得高的峰容量和分辨能力，另一方面，获得目标物的全景离子信息，从而实现复杂基质中目标物的准确识别。