[发明专利]一种循环式离子迁移区结构及高分辨率离子迁移谱仪

说明书

本发明公开了一种循环式离子迁移区结构及高分辨率离子迁移谱仪，包括两片基板，在两片基板之间呈镜像对称设置有主径向约束电极组、辅径向约束电极组、轴向推动电极组、循环开启电极组及循环关闭电极组，基板与基板之间通过绝缘体形成板间间距；所述辅径向约束电极组相对于基板平面垂直安装，用于调制离子漂移传输方向并与所述主径向约束电极组共同形成离子径向约束阱势；所述循环开启电极组和循环结束电极组构成循环控制电极组，平行或垂直设置于基板平面上，用于开启和结束离子循环迁移；采用两片基板和各功能电极组共同组成离子迁移运动的三维通道，突破了传统离子迁移谱技术中电场强度和迁移区长度对仪器灵敏度和分辨率提升的制约。

技术领域

本发明涉及离子迁移谱技术等领域，具体的说，是一种循环式离子迁移区结构及高分辨率离子迁移谱仪。

背景技术

离子迁移谱是一种基于气相离子在轴向运动电场中具有不同迁移速率，从而实现对待测物质分离检测的分析技术。通过离子源电离的待测样品，根据其形成离子与背景气体的碰撞截面差异，可实现对待测物质的分析检测。这项技术具有灵敏度高，检测速度快，价格低廉等优势，被广泛应用于环境污染物、毒品、爆炸物的检测，且具有分离结构异构体和大分子构象解析的潜力。离子迁移谱仪通常由五大结构部件组成，分别为：离子源，离子化区，离子门，迁移区和检测器。其中，迁移区被认为是离子迁移谱仪的核心结构部件，起着对离子门进入离子通过漂移过程有效分离的重要作用。

传统的离子迁移区结构为定长的直线型柱状迁移管，通过施加梯度直流电压在管内形成均匀的电场，从而驱动待测离子的轴向漂移。因此，过低的场强将使得离子轴向驱动力不足，一定程度上仪器的分析灵敏度也随之降低。然而对于定长的漂移管而言，随着管内场强的增加，势必需要在迁移管两端施加更大的直流电压，进而不可避免的产生放电现象。

离子迁移谱仪的分辨率(Rp)通常被定义为：

式(1)中t代表离子在漂移管中的漂移时间，Δt为谱峰的半峰宽，T是迁移管温度，L是迁移管的长度，E是电场强度，z是带电量，e是基本电量，KB是玻尔兹曼常量。由等式可知，通过增加场强和迁移管长度的方式可有效提升仪器的分辨率。然而过高场强的放电限制，制约了场强的提升方案。此外，为维持一定的轴向离子驱动力，在固定场强的前提下增加迁移管长度，也同样需要在迁移管两端施加更大的直流电压。

发明内容

本发明的目的在于提供一种循环式离子迁移区结构及高分辨率离子迁移谱仪，采用两片基板和各功能电极组共同组成离子迁移运动的三维通道，突破了传统离子迁移谱技术中电场强度和迁移区长度对仪器灵敏度和分辨率提升的制约。

本发明通过下述技术方案实现：一种循环式离子迁移区结构及高分辨率离子迁移谱仪，包括两片基板，在两片基板之间呈镜像对称设置有主径向约束电极组、辅径向约束电极组、轴向推动电极组、循环开启电极组及循环关闭电极组，即，一片基板上设置主径向约束电极组、辅径向约束电极组、轴向推动电极组、循环开启电极组及循环关闭电极组，相应的另一片基板上也设在相同的部件，基板与基板之间通过绝缘柱控制板间间距，优选都两片基板之间的间距设为0.5～10mm；所述辅径向约束电极组相对于基板平面垂直安装，用于调制离子漂移传输方向并与所述主径向约束电极组共同形成离子径向约束阱势；所述循环开启电极组和循环结束电极组构成循环控制电极组，平行或垂直设置于基板平面上，用于开启和结束离子循环迁移。

进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述两片基板为尺寸相同的绝缘材质且平行安装，在两片基板间互为镜像的电极上施加的电压波形相同。

进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述主径向约束电极组用于施加周期性的振荡电压，且同一基板平面上主径向约束电极组内相邻的主径向约束电极施加电压振荡相位差为180°。

进一步为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述主径向约束电极组所施加周期性的振荡电压为正弦电压或方波电压。