[發明專利]一種脈沖場離子遷移管

有效

• 申請號: 201611040352.5
• 申請日: 2016-11-21
• 公開（公告）號: CN108091536B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 陳創;李海洋;黃衛;陳紅;王衛國
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01J49/00
• 分類號: H01J49/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明為一種提高離子遷移管電離區中離子利用效率的新技術，具體說是一種脈沖場離子遷移管。通過在離子遷移管的電離區和遷移區施加脈沖變化的電場，在離子門開啟的瞬間，提高電離區中的電場并同時降低遷移區的中電場，使電離區中的離子被全部注入到遷移區中，并利用電離區和遷移區電場強度的差別對上述離子團進行空間聚焦壓縮，從而極大提高離子遷移管靈敏度，同時保證離子遷移管具有較好的分辨能力。

技術領域

本發明為一種提高離子遷移管電離區中離子利用效率的新技術，具體說是一種脈沖場離子遷移管。通過在離子遷移管的電離區和遷移區施加脈沖變化的電場，在離子門開啟的瞬間，提高電離區中的電場并同時降低遷移區的中電場，使電離區中的離子被全部注入到遷移區中，并利用電離區和遷移區電場強度的差別對上述離子團進行空間聚焦壓縮，從而極大提高離子遷移管靈敏度，同時保證離子遷移管具有較好的分辨能力。

背景技術

離子門是遷移時間離子遷移譜儀器的一個重要組成部件，其對反應區中離子的利用效率決定了離子遷移譜最終所檢測到離子信號的強度。低的離子利用效率往往造成差的信噪比。

Bradbury-Nielsen離子門(BNG)是離子遷移譜中廣泛使用的一種離子門。目前，已經出現了多種制作BNG的方法，包括蝕刻、機械編織、微機械加工及PCB板穿絲等。通常，BNG由以交叉指型共面放置且相互絕緣的兩組金屬絲構成。通過在這兩組金屬絲上施加不同的電壓，相鄰金屬絲之間會產生與遷移區中電場方向相垂直的電場，該電場能夠阻斷反應區中的離子進入到遷移區中。

為了保證離子遷移管具有較好的分辨能力，在一個控制周期內，BNG型離子門通常僅僅打開很短的一段時間讓反應區的離子通過并進入到遷移區中，例如，每20ms內開門200μs。這意味著反應區中的離子僅有1％能夠進入到遷移區中被分離和檢測，其余99％的離子最終會中和在離子門電極組件上被消耗掉。另外，清空效應是BNG型離子門的結構和操作原理所造成的一個固有特征。在離子門關門的時候，相鄰金屬絲之間的電場會向離子門平面以外擴散。這種擴散造成了與離子門相鄰的反應區和遷移區中電場的畸形，增大離子門的實際斬切寬度，造成離子門實際開門時間小于其名義開門時間。這將進一步降低進入到反應區中離子的比例。

另外文獻報道顯示，強脈沖電場具有高效捕集離子能力，并且電場強度的階梯變化有助于離子團在時間和空間上進一步實現壓縮。利用強脈沖電場和階梯變化電場的這些特性，設計一種脈沖場離子遷移管，有助于提高離子門對離子遷移管電離區中離子利用效率并同時獲得較好的分辨能力。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種提高離子遷移管電離區中離子利用效率的新技術，在保證離子遷移管分辨能力的同時，極大的提高離子遷移管的信噪比，從而獲得更好的檢測靈敏度。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：在離子遷移管的電離區和遷移區施加脈沖變化的電場，在離子門開啟的時間間隔內，提高電離區中的電場并同時降低遷移區的中電場，使電離區中的離子被全部注入到遷移區中，并利用電離區和遷移區電場強度的差別對上述離子團進行空間聚焦壓縮；在離子門關閉后，降低電離區中國的電場并同時提高遷移區中的電場，使二者內部的電場強度保持一致，并對遷移區中的離子團進行分離和檢測。

具體為：

一種脈沖場離子遷移管一中空柱狀腔體，在腔體兩端分別設置反應離子產生裝置離子源以及離子接收裝置法拉第盤；在腔體內部位于離子源和法拉第盤之間設置離子門，將腔體內部分成兩個區域，其中離子源和離子門之間構成電離區，離子門和法拉第盤之間構成遷移區；電離區和遷移區均由環狀平板電極與平板狀環形絕緣體交替疊合構成；其特征在于：

離子注入時，離子門開啟，于電離區和遷移區的電極分別施加脈沖電壓，于電離區和遷移區分別形成周期變化的脈沖電場，此時電離區的電場定義為聚焦場，此時遷移區的電場定義為壓縮場；