[發明專利]實現痕量物質全譜掃描的高場不對稱波形離子遷移譜儀

有效

• 申請號: 201210135669.2
• 申請日: 2012-05-04
• 公開（公告）號: CN102683150A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 陳池來;陳然;劉有江;趙聰;王電令;孔德義
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H01J49/04
• 分類號: H01J49/04;H01J49/00;G01N27/68
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 奚華保

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技術領域

本發明涉及分析檢測儀器領域，尤其涉及高場不對稱波形離子遷移譜儀（FAIMS）。

背景技術

高場不對稱波形離子遷移譜儀（High-Field?Asymmetry?Ion?Mobility?Spectrometry,?FAIMS），也被稱為差分式離子遷移譜儀（Differential?Mobility?Spectrometry，DMS），是依據不同物質離子在高電場下離子遷移率的非線性變化不同的特性，在物質離子前進方向的縱向加上一個高低不對稱波形高頻電場（高場>10000V/cm，頻率0.5MHz~20MHz，高場占空比<0.5），利用該電場對物質離子不同差分作用而將其分離的離子分離檢測儀器。在分離電場上疊加一個低頻變化的低電場，就可以實現對目標離子的篩選，產生該電場的電壓稱為補償電壓，補償電壓與離子流強度之間的關系圖就是FAIMS譜圖。實現離子分離的器件成為FAIMS遷移管，產生離子的器件稱為離子源。FAIMS儀器具有核心器件體積小、離子損耗小、有大的分辨率提高空間、靈敏度高、易于與其他離子檢測技術聯用等優點，從而在檢測分析領域具有廣闊的應用前景。

FAIMS譜圖的獲得需要完整的補償電壓掃描，因離子通過FAIMS遷移管的時間一般在毫秒量級甚至更低，而補償電壓掃描時間在秒量級甚至更高，因此在進行檢測時，需要有連續長時間的穩定離子流。

痕量物質檢測是包括FAIMS在內的所有離子遷移譜主要用途所在，而因FAIMS對目標檢測物質的導入是通過氣流帶動的方式，所以痕量物質在檢測時在FAIMS遷移管前端以及內部存在時間短，遠小于FAIMS全譜掃描所需要的時間，因此容易出現假陰性結果。

專利US6815668B2為了得到完整FAIMS譜圖，在FAIMS前端加上了色譜，因色譜峰存在時間較長，在數秒至數分鐘量級，大于FAIMS全譜掃描所需時間，因此可實現痕量物質FAIMS全譜掃描，這種方法是現有FAIMS儀器全譜掃描最常用方法。該方法有如下缺點：其一，檢測時間過長。離子遷移譜優點之一在于檢測時間短，一般僅數秒，而該方法中FAIMS全譜掃描時間與色譜對所有物質分離完時間相同，一般需要十數分鐘甚至更多的時間，這犧牲了FAIMS的快速優點；其二，色譜本身具有分離檢測功能，FAIMS與其聯用僅起到尾端分離作用，整個系統功能提高有限；其三，體積增加過大。FAIMS優點之一在于體積小，適用于現場檢測，而與色譜聯用體積大大增加，犧牲了便攜式優點。

專利US20070029477為了得到完整FAIMS譜圖，在FAIMS前端后端采用了氣體循環-過濾系統，通過氣泵、濾膜等器件實現了FAIMS對痕量物質的循環檢測，獲得完整譜圖。該方法的的缺點非常明顯：其一，集成程度低。氣泵、濾膜、氣路接口等器件與FAIMS遷移管相互獨立，導致了體積難以進一步減小；其二，條件控制困難。FAIMS遷移管工作時需要溫度氣流控制，氣泵、濾膜等器件因需更換以及隔熱問題導致其很難實現低功耗的有效溫控，而氣泵對氣流的控制很難做到非常平穩，且氣泵振動在離子流檢測時極易帶入噪聲，影響檢測精度；其三，氣泵、濾膜長期使用易受污染，會導致FAIMS譜圖出現干擾峰影響檢測精度；其四，在檢測毒品、爆炸物等凝聚態痕量物質的時候，FAIMS遷移管需要工作于高溫下，而氣泵等外部器件在此條件下工作時極易損壞且揮發出各類氣體，同樣會出現大量干擾峰，影響甚至掩蓋目標物質譜圖峰。

發明內容

本發明針對現有FAIMS痕量物質檢測全譜掃描無法做到高集成、小體積、高穩定以及短時間的缺點，提出環式FAIMS遷移管結構，采用離子風作為氣體驅動器件，實現痕量物質的循環檢測，滿足FAIMS對痕量物質全譜掃描的需求，滿足FAIMS高集成、小體積、高穩定、快速檢測的要求。