[發(fā)明專利]一種自動富集離子的離子門控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011329428.2
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112490108B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設計）人: 陳創(chuàng);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: H01J49/00
• 分類號: 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(fā)明公開一種自動富集離子的離子門控制方法，實現離子遷移譜檢測靈敏度的提高。在離子門開門期間，兩組門電極保持相同的電勢，于離子遷移管內形成均勻初始電場；在離子門關門期間，升高其中一組門電極的電勢，使其與電離區(qū)內緊鄰離子門的環(huán)狀電極保持相同電勢，于電離區(qū)中形成沿離子源至離子門方向逐漸降低的離子富集電場；離子富集電場的強度低于初始電場的強度，電離源產生的離子向著離子門運動的過程中，離子數密度升高；離子門再起開啟時，電離區(qū)內恢復初始電場，離子門前被富集離子的離子電流密度被增強，從而在同一離子門有效開門時間下獲得更強的離子譜峰信號。本發(fā)明無需對離子遷移管進行特殊改造，方法簡單，普適性強。

技術領域

本發(fā)明涉及離子遷移譜儀中Bradbury-Nielsen型離子門的控制方法，具體地說是一種對電離區(qū)中離子進行自動富集的離子門控制方法。

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。注入離子遷移區(qū)內離子團的離子數密度以及離子電流密度直接決定了離子遷移譜檢測的靈敏度。

為了在大氣壓下實現離子富集，2004年李海洋等人(CN1544931A)以及2007年李元景等人(CN101470100B)分別提出了使用無場區(qū)進行離子囚禁富集的方法。但是根據大氣壓下離子的電場趨向性，離子無法在無場區(qū)中停留并被富集，上述方法實際上是一種無效的方法。在離子遷移管內設置非均勻電場是操縱離子運動行為的一種有效方法。1989年，Blanchard首次提出在離子遷移管內設置非均勻電場操縱離子的運動行為。2011年韓豐磊等人(CN102954995A)、2015年周慶華等人(Scientific Reports,5,10659)、2018年倪凱等人(Anal.Chem.90,4514)先后驗證了電場強度沿離子遷移管軸向遞增的非均勻直流電場可以實現離子沿遷移管徑向的壓縮，并獲得增強的離子信號。

陳創(chuàng)等人(Sensor.Actuat.B-Chem.,2019,295,179)在研究中發(fā)現，空間域逐漸降低的非均勻直流電場可以改變離子團的離子數密度，而時域跳變增強的電場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。基于此，陳創(chuàng)等人(專利申請?zhí)枺?01911117795.3)公開了一種離子富集離子遷移管。該離子遷移管采用Tyndall-Powell型離子門，使電離區(qū)和遷移區(qū)的電場可以進行獨立的設置。離子遷移管電離區(qū)的內部采用錐形設計，內徑沿離子源至離子門方向逐漸減小，通過在電離區(qū)的內表面設置能夠沉積電荷的絕緣涂層并于電離區(qū)內設置沿離子源至離子門方向逐漸降低的非均勻直流電場，實現對離子源產生離子富集。然而，離子遷移管的結構較為復雜，普適性差。

本發(fā)明公開一種通過控制Bradbury-Nielsen型離子門的電壓波形自動富集電離區(qū)中離子的方法，從而實現離子遷移譜檢測靈敏度的提高。在離子門開門期間，兩組門電極保持相同的電勢，于離子遷移管內形成均勻初始電場；在離子門關門期間，升高其中一組門電極的電勢，使其與電離區(qū)內緊鄰離子門的環(huán)狀電極保持相同電勢，于電離區(qū)中形成沿離子源至離子門方向逐漸降低的離子富集電場；離子富集電場的強度低于初始電場的強度，電離源產生的離子向著離子門運動的過程中，離子數密度升高；離子門再起開啟時，電離區(qū)內恢復初始電場，離子門前被富集離子的離子電流密度被增強，從而在同一離子門有效開門時間下獲得更強的離子譜峰信號。本發(fā)明無需對離子遷移管進行特殊改造，方法簡單，普適性強。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種對電離區(qū)中離子進行自動富集的離子門控制方法，從而實現離子遷移譜檢測靈敏度的提高。該方法基于Bradbury-Neilsen型離子門，僅通過控制離子門的電壓波形即可實現，無需對離子遷移管進行特殊改造。方法簡單，普適性強。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：