[發明專利]一種時域增強離子遷移管

在審

• 申請號: 202011329365.0
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112490109A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 陳創;厲梅;蔣丹丹;肖瑤;李海洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01J49/06
• 分類號: H01J49/06;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

本發明公開一種時域電場增強離子遷移管。該離子遷移管中通過控制光耦開關，實現遷移區內電場強度的時域多級增強。離子門打開進行離子團注入的時間間隔內，所有光耦開關均處于斷開狀態，離子遷移管內維持初始遷移電場；離子門完成離子團注入后，光耦開關依照特定時序先后由斷開狀態轉變為導通狀態，于離子遷移區內形成時域增強的遷移電場，對離子遷移區內離子團的時域寬度和電流密度進行多級壓縮和增強，最終形成兼具超高分辨能力和超高靈敏度的離子遷移譜圖。該離子遷移管設計，可以利用最大輸出電壓值較低的高壓電源，獲得超高分辨能力和超高靈敏度的分析性能，降低儀器成本并提高儀器使用安全性。

技術領域

本發明涉及離子遷移譜儀的核心部件離子遷移管，具體地說是一種按照特定時序電氣短接電離區內兩兩相鄰的導電電極，實現遷移區內電場強度呈現時域增強的離子遷移管。

背景技術

遷移時間離子遷移譜(Ion Mobility Spectrometry,IMS)是一種類似飛行時間質譜的脈沖離子團分離與檢測技術。離子團的時域寬度及離子電流密度直接決定了離子遷移譜分析的分辨能力和檢測靈敏度。

公開的研究表明，強度隨時域跳變增強的離子遷移電場，可以有效降低離子團的時域寬度并提高離子電流密度。杜永齋等人(Anal.Chem.2012,92,12967；US9293313B2)首次闡釋了離子門開關門誘導的時域跳變增強的電場可以對離子團的時域寬度進行壓縮，并由此公開了一種空間聚焦的離子門裝置；陳創等人(Sensor.Actuat.B-Chem.,2019,295,179)在研究中進一步發現，離子門開關門誘導的時域跳變增強的電場還可以提高離子流或者離子團的離子電流密度，從而實現目標物檢測靈敏度的提高。

為了利用高強度的離子遷移電場提高離子遷移譜的分析性能，Bohnhorst等人(Anal.Chem.2020,92,12967)將離子遷移管的遷移區分割為N個區間，僅在其中部分連續區間上施加電壓，并使施加電壓的區間沿著離子門至離子接受極的方向移動，從而利用低輸出值的高壓電源在遷移區內獲得高強度的遷移電場，提高分辨能力。但該技術僅在遷移區的部分區間上施加了電場，可分析離子的遷移率范圍有限，無法對遷移區內全部離子進行分析檢測。

本發明申請將公開一種時域電場增強離子遷移管。該離子遷移管中，電離區內相鄰的導電電極均與光耦開關相連接，通過控制光耦開關，可以按照特定時序電氣短接電離區內相鄰的導電電極，實現遷移區內電場強度的時域多級增強。離子門打開進行離子團注入的時間間隔內，所有光耦開關均處于斷開狀態，離子遷移管內維持初始遷移電場；離子門完成離子團注入后，光耦開關依照特定時序先后由斷開狀態轉變為導通狀態，于離子遷移區內形成時域增強的遷移電場，對離子遷移區內的離子團的時域寬度和電流密度進行多級壓縮和增強，最終形成兼具超高分辨能力和超高靈敏度的離子遷移譜圖。該離子遷移管設計，可以利用最大輸出電壓值較低的高壓電源，獲得超高分辨能力和超高靈敏度的分析性能，降低儀器成本并提高儀器使用安全性。

發明內容

本發明的目的是提供一種遷移區內電場強度呈現時域增強的離子遷移管。一方面，對離子遷移區內離子團的時域寬度和電流密度進行多級壓縮和增強，形成兼具超高分辨能力和超高靈敏度的離子遷移譜圖；另一方面，降低對高壓電源的最大輸出值的需求，降低儀器成本并提高儀器的使用安全性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種時域電場增強離子遷移管。離子遷移管為環狀導電極片和環狀絕緣極片依次交替同軸疊合構成的中空柱狀腔體；于腔體兩端分別設置離子源以及離子接收極；在腔體內部位于離子源和離子接收極之間設置離子門，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，離子門和離子接收極之間構成遷移區；

離子源、環狀導電極片、離子門和離子接收極依次經分壓電阻串連，離子源與直流高壓電源的高壓輸出端子連接、離子接收極與接地，構成電連接，于離子遷移管內形成初始遷移電場；