[发明专利]一种离子迁移谱中双平行栅离子门的控制方法

说明书

本发明公开一种离子迁移谱中双平行栅离子门的控制方法，通过调控离子门的第一栅门电极、第二栅门电极上的电压，可以在离子门控注入的过程中，一体化实现离子预富集、离子无歧视门控注入和离子团时空压缩。离子门开门之前的较短时间间隔内，于电离区内形成强度逐渐降低的非均匀直流电场对其中的离子流进行离子富集；离子门开门期间，利用离子门双平行栅之间所形成高强度注入电场的加速效应将电离区紧邻离子门区域内的离子无歧视地注入迁移区中形成离子团；最终获得兼具高灵敏度和高分辨能力的离子迁移谱图。本发明无需对离子迁移管进行特殊改造，方法简单，普适性强。

技术领域

本发明涉及离子迁移谱中双平行栅离子门的控制方法，具体地说，是一种一体化实现离子富集、无歧视注入和离子团时空压缩的离子门控制方法。

背景技术

迁移时间离子迁移谱(Ion Mobility Spectrometry,IMS)是一种类似飞行时间质谱的脉冲离子团分离与检测技术。而脉冲离子团的形成，主要通过离子门控注入技术来实现。对于工作在大气压条件下的IMS来说，单平面结构的Bradbury-Nielsen型离子门和双平行栅结构的Tyndall-Powell型离子门最为常用。经离子门注入IMS迁移区内的离子团是否存在离子歧视效应、离子团的离子数密度以及时间宽度直接决定了离子迁移谱检测的灵敏度。

大气压离子富集是调高IMS检测灵敏度的一种有效手段。2004年李海洋等人(CN1544931A)、2007年李元景等人(CN101470100B)以及2017年夏磊等人(CN108133877B)分别提出了使用直流无场区进行离子囚禁富集。但是，大气压下离子与中性分子碰撞剧烈，离子无法在直流无场区中停留并被富集。在离子迁移管内设置非均匀电场是操纵离子运动的一种有效方法。1989年，Blanchard首次提出在离子迁移管内设置非均匀电场操纵离子的运动行为。2011年韩丰磊等人(CN102954995A)、2015年周庆华等人(Scientific Reports,5,10659)、2018年倪凯等人(Anal.Chem.90,4514)先后验证了电场强度沿离子运动方向递增的非均匀直流电场可以在离子迁移管的径向上对离子团进行汇聚，从而提高离子数密度并获得增强的离子电流信号。但是，这种方法无益于离子迁移谱分辨率的提升。

陈创等人(Sensor.Actuat.B-Chem.,2019,295:179；Anal.Chim.Acta,2019,1052:96)在研究中发现，电场强度沿离子运动方向递减的非均匀直流电场可以在离子运动方向上使离子流的离子数密度升高，而时域跳变增强的直流电场可以使离子团的时域宽度降低。基于此，陈创等于2019年(CN110828281B)公开了一种离子富集离子迁移管。离子迁移管采用Tyndall-Powell型离子门，使电离区和迁移区的电场可以进行独立的设置。离子迁移管电离区的内部采用锥形设计，内径沿离子源至离子门方向逐渐减小，通过在电离区的内表面设置能够沉积电荷的绝缘涂层并于电离区内设置沿离子源至离子门方向逐渐降低的非均匀直流电场，实现对离子源产生离子的富集。然而，离子迁移管的结构较为复杂，电离区内电场控制电路复杂，普适性差。2020年，陈创等(CN112490108B)又公开了一种基于Bradbury-Nielsen型离子门的自动富集离子的离子门控制方法。该发明首次利用离子门电压调制的方法，于电离区内诱导产生非均匀直流电场，对其中离子流的离子数密度进行提升。但是，该方法中离子门关门时，共面的两组丝状门电极间电压差升高，丝状门电极附近的清空区增大，造成了离子歧视效应的增强。目前为止，还有离子门控注入方法，可以在离子门控注入的过程中，一体化实现离子预富集、离子无歧视门控注入和离子团时空压缩。

发明内容：

本发明提供一种离子迁移谱中双平行栅离子门的控制方法。通过调控离子门第一栅门电极、第二栅门电极上的电压，在离子门控注入的过程中，一体化实现离子预富集、离子无歧视门控注入和离子团时空压缩，最终获得兼具高灵敏度和高分辨能力的离子迁移谱图。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：