[發(fā)明專利]單片集成多針板放電離子源與FAIMS分析器的裝置及工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010186339.0
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111370291B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李山;陳池來;劉友江;胡俊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: H01J49/16
• 分類號: H01J49/16;G01N27/622
• 代理公司: 合肥國和專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34131
• 代理人: 張祥騫

1.單片集成多針板放電離子源與FAIMS分析器的裝置，其特征在于：包括自上向下依次設(shè)置的上基板、中基板與下基板；

所述上基板與中基板之間設(shè)有中空的離子源中間墊片，上基板的底部、離子源中間墊片的內(nèi)壁和中基板的頂部圍成離化腔體；

所述中基板與下基板之間設(shè)有中空的FAIMS分析器中間墊片，中基板的底部、FAIMS分析器中間墊片的內(nèi)壁和下基板的頂部圍成檢測腔體；

所述離化腔體為離化區(qū)，包括設(shè)置在上基板底部的多針板電極和設(shè)置在中基板頂部的離子源板電極；所述多針板電極與多針放電電壓源相連，離子源板電極與板電極地相連；

所述檢測腔體的中段為分析區(qū)，包括設(shè)置在中基板底部的FAIMS分離上電極和設(shè)置在下基板頂部的FAIMS分離下電極；所述FAIMS分離上電極與FAIMS分離電壓源相連，F(xiàn)AIMS分離下電極與FAIMS補償電壓源相連；

所述檢測腔體的右端為離子檢測區(qū)，包括設(shè)置在中基板底部的FAIMS致偏電極和設(shè)置在下基板頂部的樣品特征離子檢測電極；所述FAIMS致偏電極和FAIMS致偏電壓源相連，樣品特征離子檢測電極和微弱電流探測器相連；所述上基板的左端開設(shè)有進(jìn)樣口，分析區(qū)左側(cè)的中基板上開設(shè)有連通離化腔體與檢測腔體的FAIMS分析器離子入口，F(xiàn)AIMS分析器中間墊片的右端開設(shè)有尾氣出口。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多針板放電離子源與FAIMS分析器的裝置，其特征在于：所述上基板、中基板和下基板均采用石英玻璃或高硼硅玻璃材質(zhì)；所述上基板、中基板和下基板的結(jié)構(gòu)采用高精度機(jī)械加工裝置制作。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多針板放電離子源與FAIMS分析器的裝置，其特征在于：所述多針板電極包括若干均勻分布的針板；所述針板采用金屬薄片通過金屬刻蝕工藝制成；所述上基板上開設(shè)有若干通孔；所述針板的上端插入至通孔中，下端為針尖狀，且其針尖的曲率半徑小于50μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多針板放電離子源與FAIMS分析器的裝置，其特征在于：所述上基板的底部設(shè)有套設(shè)在多針板電極外側(cè)的針電極屏蔽電極；所述針電極屏蔽電極接地；所述針電極屏蔽電極采用厚膜和薄膜工藝實現(xiàn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多針板放電離子源與FAIMS分析器的裝置，其特征在于：所述中基板的頂部設(shè)有套設(shè)在離子源板電極外側(cè)的板電極屏蔽電極，所述板電極屏蔽電極接地；所述板電極屏蔽電極采用厚膜和薄膜工藝實現(xiàn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多針板放電離子源與FAIMS分析器的裝置，其特征在于：所述FAIMS分離上電極與FAIMS分離下電極的間距小于0.5mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多針板放電離子源與FAIMS分析器的裝置，其特征在于：所述多針放電電壓源，用于向多針板電極施加直流高壓；所述板電極地，用于將離子源板電極接地；所述FAIMS分離電壓源，用于向FAIMS分離上電極施加高頻非對稱高電壓，其電壓頻率大于1MHz，幅值大于1000V；所述FAIMS補償電壓源，用于向FAIMS分離下電極施加直流緩變電壓，其電壓范圍為-30V～30V，時間為30s；所述FAIMS致偏電壓源，用于向FAIMS致偏電極施加大于4V的直流電壓。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單片集成多針板放電離子源與FAIMS分析器的裝置，其特征在于：所述通孔采用噴砂工藝在上基板上加工成通孔；所述離子源板電極采用金屬銀或金材質(zhì)，且離子源板電極采用磁控濺射鍍金屬工藝實現(xiàn)；所述上基板與下基板采用同質(zhì)熱鍵合工藝鍵合。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片集成多針板放電離子源與FAIMS分析器的裝置，其特征在于：所述上基板上設(shè)有套設(shè)在FAIMS致偏電壓源外側(cè)的致偏屏蔽電極；所述下基板上設(shè)有套設(shè)在樣品特征離子檢測電極外側(cè)的離子檢測屏蔽電極；所述致偏屏蔽電極和離子檢測屏蔽電極均采用玻璃穿孔工藝實現(xiàn)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1～9任意一項所述的單片集成多針板放電離子源與FAIMS分析器的裝置的工作方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

(1)待測樣品隨載氣一同由進(jìn)樣口進(jìn)入離化腔體內(nèi)；

(2)多針板電極上施加有直流高壓電，離子源板電極接地，在多針板電極與離子源板電極之間形成離化電場；在多針板電極附近的局部電場強度大于待測樣品的電離場強，將大量待測樣品分子離化為離子狀態(tài)，變成離子狀態(tài)的待測樣品隨載氣由FAIMS分析器離子入口進(jìn)入到檢測腔體中；

(3)由于FAIMS分離上電極上施加有高頻非對稱電壓，F(xiàn)AIMS分離下電極上施加有直流緩變電壓，因此，在FAIMS分離上電極與FAIMS分離下電極之間形成由高頻非對稱電場和直流緩變電場組成的特殊混合電場FAIMS電場，在該特殊混合電場FAIMS電場的作用下，只有樣品特征離子隨載氣穿過分析區(qū)達(dá)到檢測區(qū)；

(4)由于FAIMS致偏電極上施加有大于4V的直流電壓，樣品特征離子檢測電極接地，因此，在FAIMS致偏電極與樣品特征離子檢測電極之間形成牽引電場，在牽引電場作用下，待測樣品的特征離子被牽引至樣品特征離子檢測電極上，產(chǎn)生的微弱電流被微弱電流探測器探測到，并輸出至顯示界面；同時，尾氣通過尾氣出口排出。