[發(fā)明專利]用于提高FAIMS檢測(cè)精度的差分RF裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010156946.2
• 申請(qǐng)日: 2020-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN111403258A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘倫超;龔濤;田川
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院
• 主分類號(hào): H01J49/02
• 分類號(hào): H01J49/02;H01J49/00;H01J49/04;G01N27/62
• 代理公司: 北京市誠(chéng)輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 范盈

本發(fā)明公開一種用于提高FAIMS檢測(cè)精度的差分RF裝置，包括在內(nèi)部設(shè)置有兩條相互平行的樣品通道和離子通道的反應(yīng)筒，設(shè)置在樣品通道內(nèi)用于將輸入入的樣品氣體電離的離子源，用于將樣品通道內(nèi)電離后的離子通過連通口引入離子通道的分離電極，設(shè)置在離子通道的下游用于形成輸送電子的遷移通道的遷移區(qū)，提供直流高壓電源、高場(chǎng)補(bǔ)償電路以及產(chǎn)生階梯狀差分RF方波的差分RF分離電路的電源，和用于將離子信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)并給出檢測(cè)結(jié)果的檢測(cè)單元。本發(fā)明采用差分RF的方法來進(jìn)一步減小功耗和電壓，并設(shè)計(jì)產(chǎn)生階梯狀差分RF波形，提高FAIMS檢測(cè)的信噪比，提升傳感器的檢測(cè)范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及FAIMS樣品檢測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及一種能夠提高檢測(cè)精度的FAIMS系統(tǒng)的差分RF裝置。

背景技術(shù)

近年來，F(xiàn)AIMS技術(shù)已廣泛運(yùn)用于爆炸物、毒品、化學(xué)試劑、環(huán)境污染物等有害有毒物質(zhì)實(shí)時(shí)在線快速的檢測(cè)和分析，是一種敞開式環(huán)境下、無需前處理的重要檢測(cè)手段之一。

其中，高場(chǎng)非對(duì)稱波形電源系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)FAIMS效應(yīng)的關(guān)鍵部分，加在遷移區(qū)上的高場(chǎng)非對(duì)稱波形不同，離子在遷移區(qū)中運(yùn)動(dòng)軌跡也將不同，離子不同的運(yùn)動(dòng)軌跡將直接影響離子的分離及檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度和分辨率，因此非對(duì)稱波形實(shí)驗(yàn)研究十分必要。

此外，電源系統(tǒng)的功耗和體積是制約整個(gè)FAIMS檢測(cè)系統(tǒng)功耗和體積的關(guān)鍵因素。現(xiàn)有FAIMS的傳統(tǒng)工作模式采用單路RF電壓輸入作為分離電壓，電壓幅值由高壓直流電源提供，特別是當(dāng)分離電壓幅值達(dá)到上千伏時(shí)，需要高壓直流電源提供相等的輸入，對(duì)電源要求較高。隨著分離電壓幅值的增加，F(xiàn)AIMS譜峰信號(hào)。傳統(tǒng)的RF分離電壓模式，遷移區(qū)的兩個(gè)極板中，一個(gè)接RF分離電壓，另一個(gè)接地，在遷移區(qū)中產(chǎn)生相應(yīng)的分離電場(chǎng)。

美國(guó)新墨西哥州立大學(xué)的Eiceman等人提出基于后過沖發(fā)生器的RF電源，采用軟開關(guān)半諧振式的方波來產(chǎn)生射頻非對(duì)稱波形，其特點(diǎn)是頻率高、功率消耗小、所能產(chǎn)生的非對(duì)稱波形電壓峰峰值可達(dá)1700V，頻率最高為2MHz，占空比為30％，補(bǔ)償電壓范圍為-30V～+30V。加拿大國(guó)家研究委員會(huì)國(guó)家測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)研究所采用的一種非對(duì)稱方波脈沖，但是功率消耗比較大。同時(shí)，也有研究者采取兩頻率合成諧振電路，但是脈沖是由兩個(gè)或更多的諧振波形疊加得到，所以每個(gè)波形能否準(zhǔn)確地在某個(gè)相位點(diǎn)上疊加非常重要，如果滿足不了這一點(diǎn)，產(chǎn)生波形將不能滿足要求，另外，采用電感耦合時(shí)得到的輸出脈沖波形還受溫度和器件參數(shù)漂移的影響很大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要提供一種能夠提高檢測(cè)精度的FAIMS系統(tǒng)差分RF裝置。

特別地，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中提供一各路用于提高FAIMS檢測(cè)精度的差分RF裝置，包括：

反應(yīng)筒，包括設(shè)置在內(nèi)部的兩條相互平行的樣品通道和離子通道，在樣品通道和離子通道的一端分別設(shè)置有引入樣品氣體的樣品孔和引入載氣的載氣孔，另一端分別設(shè)置有排氣口，樣品通道和離子通道之間設(shè)置有連通口；

離子源，設(shè)置在樣品通道的樣品孔和連通口之間，用于將輸入的樣品氣體電離；

分離電極，包括上分離電極和下分離電極，分別設(shè)置在與連通口相對(duì)的樣品通道和離子通道的側(cè)壁上，用于將樣品通道內(nèi)電離后的離子通過連通口引入離子通道；

遷移區(qū)，設(shè)備在離子通道的連通口下游，包括相對(duì)設(shè)置的上極板和下極板，上極板和下極板之間的空間形成輸送電子的遷移通道；

電源，包括與分離電極連接以在分離電極之間加載一個(gè)垂直于樣品氣體輸入方向電壓的直流高壓電源，和與上極板連接以對(duì)其提供高場(chǎng)非對(duì)稱波形射頻電壓和直流掃描補(bǔ)償電壓的高場(chǎng)補(bǔ)償電路，以及分別與上極板和下極板連接以產(chǎn)生階梯狀差分RF方波的差分RF分離電路；

檢測(cè)單元，設(shè)置在離子通道的排氣口一端，用于將離子信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)并給出檢測(cè)結(jié)果。