[發(fā)明專利]平板型高場非對稱波形離子遷移譜儀的聚焦裝置及方法

有效

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• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102723254A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設計）人: 唐飛;徐初隆;王曉浩
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01J49/06
• 分類號: H01J49/06;H01J49/40
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發(fā)明涉及對生化物質(zhì)進行測定，屬于現(xiàn)場分析檢測領域，具體為一種對離子束進行聚焦，提高平板型高場非對稱波形離子遷移譜儀分辨率的裝置及方法。

背景技術

高場非對稱波形離子遷移譜(FAIMS，High-field?Asymmetric?Waveform?Ion?Mobility?Spectrometry)，是于上世紀九十年代逐步發(fā)展起來的一種生化物質(zhì)檢測技術。它主要利用高電場下離子的遷移率會隨電場強度的變化而不同的特性來分離檢測不同種類的生化物質(zhì)。它的基本原理如下：在低電場條件下，離子的遷移率系數(shù)與電場強度無關；當電場強度高到一定值（E/N>40Td）以后，離子的遷移率系數(shù)K就會以一種非線性的方式隨電場強度而變化。離子在高場下的遷移率與電場強度的關系可用如下式子表示：

K=K₀[1+α₁(E/N)²+α₂(E/N)⁴+…]，其中K為離子在高電場下的遷移率，K₀為離子在低電場下的遷移率，E為電場強度，N為氣體密度，α₁,α₂為離子遷移率分解系數(shù)。令α(E)=[α₁(E/N)²+α₂(E/N)⁴+…]，則K=K₀[1+α(E)]。當α(E)>0時，K>K₀，則K隨E增大而增大；當α(E)<0時，K<K₀，則K隨著E的增大而減小；當α(E)≈0時，K≈K₀。由上述分析可見，在高電場的作用下，離子的遷移率會呈現(xiàn)出各自不同的非線性變化趨勢，這就使得在低電場強度條件下離子遷移率相同或相近的離子能夠在高電場強度條件下被分離開。

目前，高場非對稱波形離子遷移譜主要有平板型和圓筒型兩種結構，相比于圓筒型，平板型高場非對稱波形離子遷移譜儀更易于用微機電系統(tǒng)技術（MEMS，Micro-Electro-Mechanical?System）進行加工集成，便于微型化，因此在便攜式生化檢測儀器方面具有更大的優(yōu)勢。

對平板型高場非對稱波形離子遷移譜儀進行深入研究的主要有美國新墨西哥州立大學和Sionex公司，其主體芯片結構采用MEMS加工技術設計加工，而離子源采用真空紫外燈離子源或63Ni離子源。這種平板型高場非對稱波形離子遷移譜儀有兩種結構形式，分別如圖1所示的載氣垂直于離子源和圖2所示的對著離子源進入的方式。這兩種結構方式都存在著不足：由于采用平板式結構，缺乏聚焦能力，經(jīng)離子源離子化后的離子將會彌漫在整個遷移區(qū)內(nèi)，并在非對稱電場的驅(qū)動下產(chǎn)生上下振動；當直流掃描補償電壓為某一特定值時，離子在一個射頻周期的凈位移為零；理論上，當直流掃描補償電壓偏離這個值時，信號強度會急劇減小，但是由于離子在遷移區(qū)內(nèi)的分布，信號強度不會迅速降低，這就導致在譜線測量的時候產(chǎn)生譜線擴展，導致分辨率降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有平板型高場非對稱波形離子遷移譜儀的不足，提供一種聚焦裝置和聚焦方法，使得離子在進入遷移區(qū)之前對離子束的寬度進行約束，減少因為離子在遷移區(qū)內(nèi)分散而造成的譜線展寬，提高系統(tǒng)的分辨率。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種平板型高場非對稱波形離子遷移譜儀的聚焦裝置，所述的平板結構高場非對稱波形離子遷移譜儀包括離子源、遷移區(qū)和檢測單元；在遷移區(qū)內(nèi)平行放置上基片和下基片，在上基片和下基片上分別設置上遷移區(qū)電極和下遷移區(qū)電極，上遷移區(qū)電極分別與非對稱波形射頻電源和直流掃描補償電源相連；聚焦裝置其特征在于：在遷移區(qū)前端設置至少一個聚焦區(qū)，在每個聚焦區(qū)的上基片和下基片上設置至少一副聚焦極板對，并上下正對。

采用上述聚焦裝置的一種平板型高場非對稱波形離子遷移譜儀聚焦方法，其特征在于：在每副聚焦極板對上施加電壓，使離子在進入遷移區(qū)之前向中心聚集，施加的電壓有兩種模式，

a.直流聚焦模式：直流聚焦模式為在聚焦極板對上間隔施加相同的直流電壓，與施加直流電壓的聚焦極板對相鄰的聚焦極板對不施加電壓；施加的直流電壓根據(jù)離子極性選擇極性，若為正離子施加正電壓，若為負離子施加負電壓；

b.射頻聚焦模式：射頻聚焦模式為在每副聚焦極板對上施加正弦波射頻電壓，相鄰聚焦極板對射頻電壓相位相差180°。