[發(fā)明專利]一種循環(huán)式離子遷移區(qū)結(jié)構(gòu)及高分辨率離子遷移譜儀

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010544560.9
• 申請(qǐng)日: 2020-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN111710586A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊燕婷;郭星
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都西奇儀器有限公司
• 主分類號(hào): H01J49/06
• 分類號(hào): H01J49/06;H01J49/10;H01J49/42
• 代理公司: 成都其高專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51244
• 代理人: 梁周霆

本發(fā)明公開了一種循環(huán)式離子遷移區(qū)結(jié)構(gòu)及高分辨率離子遷移譜儀，包括兩片基板，在兩片基板之間呈鏡像對(duì)稱設(shè)置有主徑向約束電極組、輔徑向約束電極組、軸向推動(dòng)電極組、循環(huán)開啟電極組及循環(huán)關(guān)閉電極組，基板與基板之間通過絕緣體形成板間間距；所述輔徑向約束電極組相對(duì)于基板平面垂直安裝，用于調(diào)制離子漂移傳輸方向并與所述主徑向約束電極組共同形成離子徑向約束阱勢(shì)；所述循環(huán)開啟電極組和循環(huán)結(jié)束電極組構(gòu)成循環(huán)控制電極組，平行或垂直設(shè)置于基板平面上，用于開啟和結(jié)束離子循環(huán)遷移；采用兩片基板和各功能電極組共同組成離子遷移運(yùn)動(dòng)的三維通道，突破了傳統(tǒng)離子遷移譜技術(shù)中電場(chǎng)強(qiáng)度和遷移區(qū)長(zhǎng)度對(duì)儀器靈敏度和分辨率提升的制約。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及離子遷移譜技術(shù)等領(lǐng)域，具體的說，是一種循環(huán)式離子遷移區(qū)結(jié)構(gòu)及高分辨率離子遷移譜儀。

背景技術(shù)

離子遷移譜是一種基于氣相離子在軸向運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)中具有不同遷移速率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物質(zhì)分離檢測(cè)的分析技術(shù)。通過離子源電離的待測(cè)樣品，根據(jù)其形成離子與背景氣體的碰撞截面差異，可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物質(zhì)的分析檢測(cè)。這項(xiàng)技術(shù)具有靈敏度高，檢測(cè)速度快，價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染物、毒品、爆炸物的檢測(cè)，且具有分離結(jié)構(gòu)異構(gòu)體和大分子構(gòu)象解析的潛力。離子遷移譜儀通常由五大結(jié)構(gòu)部件組成，分別為：離子源，離子化區(qū)，離子門，遷移區(qū)和檢測(cè)器。其中，遷移區(qū)被認(rèn)為是離子遷移譜儀的核心結(jié)構(gòu)部件，起著對(duì)離子門進(jìn)入離子通過漂移過程有效分離的重要作用。

傳統(tǒng)的離子遷移區(qū)結(jié)構(gòu)為定長(zhǎng)的直線型柱狀遷移管，通過施加梯度直流電壓在管內(nèi)形成均勻的電場(chǎng)，從而驅(qū)動(dòng)待測(cè)離子的軸向漂移。因此，過低的場(chǎng)強(qiáng)將使得離子軸向驅(qū)動(dòng)力不足，一定程度上儀器的分析靈敏度也隨之降低。然而對(duì)于定長(zhǎng)的漂移管而言，隨著管內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)的增加，勢(shì)必需要在遷移管兩端施加更大的直流電壓，進(jìn)而不可避免的產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

離子遷移譜儀的分辨率(Rp)通常被定義為：

式(1)中t代表離子在漂移管中的漂移時(shí)間，Δt為譜峰的半峰寬，T是遷移管溫度，L是遷移管的長(zhǎng)度，E是電場(chǎng)強(qiáng)度，z是帶電量，e是基本電量，KB是玻爾茲曼常量。由等式可知，通過增加場(chǎng)強(qiáng)和遷移管長(zhǎng)度的方式可有效提升儀器的分辨率。然而過高場(chǎng)強(qiáng)的放電限制，制約了場(chǎng)強(qiáng)的提升方案。此外，為維持一定的軸向離子驅(qū)動(dòng)力，在固定場(chǎng)強(qiáng)的前提下增加遷移管長(zhǎng)度，也同樣需要在遷移管兩端施加更大的直流電壓。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種循環(huán)式離子遷移區(qū)結(jié)構(gòu)及高分辨率離子遷移譜儀，采用兩片基板和各功能電極組共同組成離子遷移運(yùn)動(dòng)的三維通道，突破了傳統(tǒng)離子遷移譜技術(shù)中電場(chǎng)強(qiáng)度和遷移區(qū)長(zhǎng)度對(duì)儀器靈敏度和分辨率提升的制約。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種循環(huán)式離子遷移區(qū)結(jié)構(gòu)及高分辨率離子遷移譜儀，包括兩片基板，在兩片基板之間呈鏡像對(duì)稱設(shè)置有主徑向約束電極組、輔徑向約束電極組、軸向推動(dòng)電極組、循環(huán)開啟電極組及循環(huán)關(guān)閉電極組，即，一片基板上設(shè)置主徑向約束電極組、輔徑向約束電極組、軸向推動(dòng)電極組、循環(huán)開啟電極組及循環(huán)關(guān)閉電極組，相應(yīng)的另一片基板上也設(shè)在相同的部件，基板與基板之間通過絕緣柱控制板間間距，優(yōu)選都兩片基板之間的間距設(shè)為0.5～10mm；所述輔徑向約束電極組相對(duì)于基板平面垂直安裝，用于調(diào)制離子漂移傳輸方向并與所述主徑向約束電極組共同形成離子徑向約束阱勢(shì)；所述循環(huán)開啟電極組和循環(huán)結(jié)束電極組構(gòu)成循環(huán)控制電極組，平行或垂直設(shè)置于基板平面上，用于開啟和結(jié)束離子循環(huán)遷移。

進(jìn)一步為更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式：所述兩片基板為尺寸相同的絕緣材質(zhì)且平行安裝，在兩片基板間互為鏡像的電極上施加的電壓波形相同。

進(jìn)一步為更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式：所述主徑向約束電極組用于施加周期性的振蕩電壓，且同一基板平面上主徑向約束電極組內(nèi)相鄰的主徑向約束電極施加電壓振蕩相位差為180°。

進(jìn)一步為更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式：所述主徑向約束電極組所施加周期性的振蕩電壓為正弦電壓或方波電壓。