[發明專利]微型二維離子遷移譜儀

有效

• 申請號: 201010206535.6
• 申請日: 2010-06-21
• 公開（公告）號: CN101881752A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 陳池來;趙聰;孔德義;殷世平;王煥欽;高鈞
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 奚華保

技術領域

本發明涉及現場檢測儀器領域，更具體涉及微型離子遷移譜儀。

背景技術

離子遷移譜儀是一種廣譜快速現場檢測儀器，也被稱為離子淌度譜或者大氣壓下質譜，是利用不同物質離子在電場作用下運動行為的差別對其進行分離檢測的儀器，因其具有速度快、靈敏度高、便捷的優點而廣泛用于公共安全檢測、揮發性氣體監測以及分析化學中的碰撞截面測量。

離子遷移譜儀以其分離原理的不同主要分為三類：常規離子遷移譜儀，吸氣式離子遷移譜儀和高場不對稱波形離子遷移譜儀。其中常規離子遷移譜儀，吸氣式離子遷移譜儀工作于直流低電場下(電場強度＜1000V/cm)，高場不對稱波形離子遷移譜儀工作于高頻高電場下(最高電場強度＞10000V/cm)。

常規離子遷移譜儀利用不同物質離子在低電場下離子遷移率的差別，在離子遷移管內構建一個供離子飛行的勻強電場，通過離子在勻強電場中的飛行時間不同而實現對不同離子的鑒別，這種離子遷移譜儀已經廣泛用于公共安全中的毒品、爆炸物檢測。

吸氣式離子遷移譜儀也是不同物質離子在低電場下離子遷移率的差別，在吸氣式離子遷移管內通過一系列電壓不同的電極構建一個直流牽引電場，利用氣流和電場對離子的耦合作用實現對不同離子的分離，不同離子遷移率的離子到達不同的電極，從而實現對不同物質離子的鑒別，該離子遷移譜廣泛用于有毒氣體的現場檢測，其優點是結構簡單易微型化和離子損耗小。

高場不對稱波形離子遷移譜儀利用不同物質離子在高電場下(＞10000V/cm)離子遷移率非線性變化行為的差異特性，在高場不對稱離子遷移管內垂直于離子前進方向構建一個高頻、高場強、非對稱的高頻分離電場，不同離子在前進方向的縱向被分離，其作用效果如同光學里的分光計。該離子遷移譜儀優點在于結構簡單易微型化、離子損耗小、連續檢測及易與其他檢測方法聯用等。

離子遷移譜儀是一種現場檢測儀器，其發展需要解決高分辨能力和微型化之間的矛盾。離子遷移譜工作在大氣壓下，因而無法避免因擴散導致的分辨率不足的問題，現有的離子遷移譜儀單獨使用僅在分辨率要求不十分高的場合，而在其他場合這必須與其他分離技術聯用，如色譜-離子遷移譜聯用、離子遷移譜-質譜聯用、固相萃取-離子遷移譜聯用及色譜-離子遷移譜-質譜聯用等，而這無法體現其現場檢測的優勢。

美國熱電公司專利US7368709，將高場不對稱離子遷移管內的離子分離電極分成若干，在電極保持高頻分離電場的同時加入直流牽引電場，將常規離子遷移譜儀融入高場不對稱波形離子遷移譜儀，然而這種結構不符合常規離子遷移譜對直流牽引電場均勻性要求高的特性，從而分辨能力提高有限，而且這種結構不僅加工工藝復雜，更重要的是會導致譜圖解析困難。

美國巴特爾紀念研究所專利US7170053，將高場不對稱波形離子遷移譜儀和常規離子遷移譜儀聯用以提高分辨能力，然而這種聯用屬于直接聯用方式，無法實現高度集成，而常規離子遷移譜儀因存在較大空間的離子遷移管使其微型化困難，不僅如此，這種直接聯用還存在接口復雜和離子損耗過大的問題。

美國巴特爾紀念研究所專利US0069120，在不與其他技術聯用的情況下，通過改變高頻分離電場的波形，利用離子遷移率在高電場下非線性變化的多階展開系數的差別，提高高場不對稱離子遷移譜儀的分辨能力，但是這種方案的實施對電路有極高的要求，無法實現電路的小型化，而且非線性變化的二階以上的展開系數非常小，其影響比離子遷移率的零階展開小五個數量級以上，難以觀測。

所有這些提高離子遷移譜儀分辨率的手段，都無法做到微型化和高分辨能力的統一，而且還可能導致離子損耗、工藝復雜等其它問題。

發明內容

針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提出一種融合吸氣式離子遷移譜儀和高場不對稱波形離子遷移譜儀的微型二維離子遷移譜儀，以滿足離子遷移譜儀的高分辨能力和微型化的現場檢測需求。