[实用新型]一种反射式离子迁移谱仪

说明书

本实用新型提出一种反射式离子迁移谱仪，包括离子迁移管和信号探测和处理单元，离子迁移管包括离子存储区，离子门，第一迁移区，第一推斥电极、第二推斥电极，金属网和第二迁移区，其中，相互垂直或平行的第一迁移区和第二迁移区含有漏斗状电极。当离子迁移到第一迁移区末端时，在第一、二推斥电极排斥电极作用下，离子的运动速度不变，运动方向偏转90度或180度，进入第二迁移区，并在第二迁移区继续迁移，最后被信号探测与处理单元探测和分析，获得检测物的离子迁移谱图。利用这种反射式离子迁移谱技术，可使离子的迁移路径增加一倍以上，提高离子迁移谱的分辨率；两个迁移区漏斗状电极形成的迁移电场，可抑制离子在迁移过程中的径向扩散，提高仪器的检测灵敏度。

技术领域

本实用新型属于分析仪器与检测领域，具体涉及一种反射式离子迁移谱仪。

背景技术

离子迁移谱是利用大气压下离子在电场中迁移速度的差异，实现对离子的快速分离和探测，具有结构简单、探测灵敏度高、响应速度快等特点，广泛应用于爆炸物、毒品和化学战剂等毒害危险品的现场快速检测，据统计，目前在全球机场、海关等地运行的离子迁移谱检测设备达数十万台。除公共安全领域外，离子迁移谱也被应用于其他领域，如食品的纯度检测、环境污染物检测、制药工业中的质量控制和病人呼气中生物标志物查找等。

离子迁移谱的分辨率R是衡量其性能的核心参数之一。R越大，离子迁移谱分离和识别物质的能力越强。离子迁移的分辨率R可表示为(Analytical Chemistry,2008，80，6610)为：

其中，T为迁移区气体温度，q是离子带的电荷数，V是离子门-离子接收器间的电压，t_g是离子门开启宽度，t为被测物的迁移时间。根据上述公式，提高分辨率R的途径之一是增大被测物的迁移时间t。又因为

故：

其中，L为迁移管迁移区的长度，v为离子的迁移速度，K为待测物的迁移率，待测物一定时，K为恒定值，E为迁移区的电场强度。当迁移区气体温度T、离子门宽度t_g和迁移区电场强度E一定时，迁移管迁移区L越长，迁移时间t越大，单电荷检测物的R越大。然而随着迁移管加长，离子迁移路径增加，离子径向扩散丢失也严重，到达探测器上的离子数减少，从而降低仪器的检测灵敏度，此外，迁移管越长，离子迁移谱仪器尺寸越大，仪器的实用性越差。最近美国仪器公式Waters利用低气压下的离子容易被高频电场束缚的特性，借助离子回旋的办法，离子的迁移路径长达98cm，离子在2mbar氮气中的分辨率已达到750(Analytical Chemistry,2019，91，8564)，但在大气压力下，这种提高离子迁移谱分辨率的技术并不适用。

大气压环境下，在不损失、甚至提高检测灵敏度的情况下，提高离子迁移谱的分辨率仍然是离子迁移谱技术研究的热点和难点之一。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题为：针对在大气压力下通过延长离子的迁移路径来提高离子迁移谱的分辨率，以及抑制离子在迁移过程中的径向扩散等技术需求，提出一种反射式离子迁移谱仪，即在大气压力下，离子迁移管有两个空间上相互垂直或平行的迁移区，离子在第一个迁移区迁移一定距离后，在推斥电极作用下，离子迁移速度不变，运动方向发生偏转，进入下一个迁移区，在均匀电场中继续迁移，从而延长离子的迁移路径，提高离子迁移谱的分辨率。此外，为了抑制离子运动过程中的径向扩散，迁移区的电极采用漏斗结构，以抑制离子运动过程中的径向扩散，避免离子因迁移路径变长导致的离子丢失，提高离子迁移谱的检测灵敏度，最终增强仪器的检测能力。