[发明专利]一种高场非对称波形离子迁移谱仪

说明书

一种平板型高场非对称波形离子迁移谱仪，该离子迁移谱仪包括离子源、迁移区和检测区；其中迁移区内包括由两个上下电极构成的电极对，其中一个电极为栅型平板电极，另一个为金属平板电极。在此电极对上施加非对称波形电压，会在迁移区内产生空间不均匀分布的非对称波形电场。在这种电场下，特定离子在迁移区内产生向迁移区中心面的运动趋势，即产生迁移区内的离子聚焦。迁移区内的离子聚焦使得离子在迁移区内的扩散损失降低，从而提高了离子在迁移区内的通过效率。这种离子迁移谱仪能提高仪器的灵敏度，在相同的条件下，本发明的离子迁移谱仪测得的信号强度与现有平板型非对称波形离子迁移谱仪的信号强度相比有显著提高。

技术领域

本发明涉及一种高场非对称波形离子迁移谱仪，特别属于一种平板型高场非对称波形离子迁移谱仪，属于生化物质在线检测技术及设备技术领域。

背景技术

高场非对称波形离子迁移谱仪是二十世纪九十年代逐步发展起来的一种生化物质在线检测技术，其基本原理为离子迁移率在低电场情况下与电场强度无关，当电场强度大于10000V/cm，离子的迁移率将随电场强度发生非线性变化。离子在高场下的迁移率与电场强度的关系可用如下式子表示：

K＝K₀[1+α₁(E/N)²+α₂(E/N)⁴+···]，

式中，K为离子在高电场下的迁移率，K₀为离子在低电场下的迁移率，E为电场强度，N为气体分子密度，α₁、α₂为离子迁移率分解系数；令：α(E)＝[α₁(E/N)²+α₂(E/N)⁴+···]，则离子在高场下的迁移率与电场强度的关系式可变为K＝K₀[1+α(E)]，根据离子迁移率随电场强度变化的不同规律，可分为A，B，C三种类型的离子。当α(E/N)＞0时，K＞K₀，属于A类型的离子，K随电场强度E的增大而增大；当α(E/N)＜0时，K＜K₀，属于C类型的离子，K随着E的增大而减小；当α(E/N)≈0时，属于B类型的离子，K≈K₀。即在电场强度达到10000V·cm^-1以上时，离子的迁移率呈现出各自不同的非线性变化趋势，这就使在低电场强度条件下离子迁移率相同或相近的离子能够在高电场强度条件下被分离开。这里满足离子分离条件的电场成为分离电场，施加在电极上用来形成这种电场的电压称为分离电压，通常使用非对称高压高频的射频电源(RF电源)来提供。同时在电极上施加补偿电压(CV)，用来补偿分离电压产生的离子偏转，从而使某一特定的离子通过迁移区到达检测区。

高场非对称波形离子迁移谱仪可按其迁移区的几何特征分为平板型高场非对称波形离子迁移谱仪和圆筒型高场非对称波形离子迁移谱仪。其中平板型高场非对称波形离子迁移谱仪的迁移区电极由两个平行的电极施加分离电压，圆筒型高场非对称波形离子迁移谱仪的迁移区由两个同心圆柱体电极施加分离电压。圆筒型高场非对称波形离子迁移谱仪因为其迁移区内部电场分布的空间非均匀性，使得在特定离子通过迁移区时，会产生向迁移区中轴面运动的趋势，即迁移区内的离子聚焦。迁移区内的离子聚焦可以有效提高离子在迁移区内的通过率，从而能提高检测到的离子强度，提高仪器的灵敏度。

平板型迁移区因其工艺简便，加工精度高，易于微型化等优点被广泛应用。但是由于传统平板型高场非对称波形离子迁移谱仪的迁移区使用的上电极和下电极都是由金属平板构成的电极，因此其内部电场为均匀分布，使得其不拥有圆筒型高场非对称波形离子迁移谱仪所具有的迁移区内的离子聚焦能力，因此离子聚焦的圆筒型迁移区通常会比同规格的平板型迁移区具有更高的灵敏度。虽然有技术将离子聚焦功能引入到平板型高场非对称波形离子迁移谱仪中，例如在迁移区之前加入一个聚焦区域，使得离子在进行迁移区之前发生聚焦，但因为离子在迁移区内无法持续聚焦，所以这些方法对离子在迁移区内的通过率的提高效果有限。到目前为止，在平板型高场非对称波形离子迁移谱仪迁移区内部的离子聚焦还未见实现。