[發明專利]一種用于離子遷移譜儀的離子門及其控制方法

在審

• 申請號: 202011286953.0
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112331550A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 徐秀明
• 申請（專利權）人: 遼寧警察學院
• 主分類號: H01J49/06
• 分類號: H01J49/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 房艷萍;李馨

本發明公開一種用于離子遷移譜儀的離子門及其控制方法。該離子門由兩個平行設置的Bradbury?Nielsen型離子門構成；通過調控兩個Bradbury?Nielsen型離子門分別在開門、場壓縮、關門狀態之間周期變化，可以將兩個Bradbury?Nielsen型離子門之間存在的離子無歧視地注入離子遷移區，并在此過程中對所注入的離子團進行兩級電場壓縮，從而實現離子遷移譜儀對全遷移率K范圍內離子的分辨能力和檢測靈敏度的同時提高。與利用三個平行柵網電極實現離子無歧視注入的三態離子門相比，該離子門僅在兩個平面內設置離子門電極，可有效降低離子通過離子門電極平面時碰撞電極造成的損失。

技術領域

本發明涉及離子遷移譜儀中離子遷移管的重要組件離子門及其控制方法，具體地說是一種由兩個Bradbury-Nielsen型離子門平行設置構成的離子門，通過控制離子門各電極的電勢，將遷移率K不同的離子無歧視地注入離子遷移區，并對所注入的離子團進行兩級電場壓縮，從而實現離子遷移譜儀對全遷移率K 范圍內離子的分辨能力和檢測靈敏度的同時提高。

背景技術

遷移時間離子遷移譜(Ion Mobility Spectrometry,IMS)需要周期開啟的離子門向離子遷移區內注入離子團實現其對目標離子的分離和檢測。離子門注入遷移區內離子團的時間寬度和離子總量決定了離子遷移譜的分辨能力 (Resolving Power,R)和檢測靈敏度。

對于遷移區長度L固定的IMS，R由離子門開門時間w_inj以及離子團遷移造成的峰展寬(16k_BTln2/eU_d)^1/2(L²/KU_d)決定，如公式1所示。在儀器參數固定時，離子團遷移造成的峰展寬固定不變，離子門開門時間w_inj就成了R的唯一決定因素：w_inj越小，R越高。

其中，L為離子遷移區長度，K為離子遷移率(K＝K₀(T/273.5)(760/P)，T為溫度，P為壓強)，U_d為遷移區總電壓，t_d為離子峰遷移時間，w_0.5為離子峰半峰寬，w_inj為離子門開門時間，16k_BTln2/eU_d為離子擴散造成峰展寬系數。

Bradbury-Nielsen型離子門(BNG)是目前商品化IMS儀器中普遍采用的離子門構型。2012年，大連化物所李海洋教授在研究BNG關門電壓對IMS分辨能力的影響時發現：BNG關門時，其關門電場會向著與BNG緊鄰的離子遷移區和離子反應區方向滲透。關門電場向著遷移區的滲透，造成遷移區中緊鄰離子門區域的電場瞬時增強，對通過BNG的離子團在時間域w_inj上進行壓縮，使得IMS實際檢測到離子峰的半峰寬變窄，提高IMS的分辨能力^[11]；但是，關門電場的滲透同時造成BNG電極平面兩側均產生離子清空區，其軸向寬度與BNG 絲間距相當(典型地，絲間距為1mm時，離子清空區平均寬度約為1mm)。一方面，在BNG開門時間w_inj內，只有通過離子清空區的離子才能進入離子遷移區中被分離和檢測，造成BNG注入IMS遷移區中離子團的實際時間寬度遠遠小于BNG的開門時間，降低了IMS檢測的靈敏度；另一方面，在BNG開門時間結束后，BNG關門電場在BNG臨近IMS遷移區一側形成的離子清空區會將一部分已經進入IMS遷移區的離子重新拉回BNG的電極上消耗掉，進一步降低 IMS檢測的靈敏度。