[发明专利]微空心阴极放电电离源整合式FAIMS

说明书

技术领域

本发明涉及一种对生化物质进行快速检测装置，具体是一种微空心阴极放电电离源整合式FAIMS，属于现场分析检测技术领域。

背景技术

高场非对称波形离子迁移谱（Field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry, FAIMS）技术是前苏联科学家另辟蹊径发展的一种迁移谱技术，在上世纪90年初首次由Buryakov等公开发表。传统离子迁移谱技术主要是依靠低电场下（<1000 V/cm）各种离子迁移率的不同，样品离子到达检测器的漂移时间不同来分离识别不同化合物而达到分析检测的目的。在低电场下（<1000 V/cm），物质的离子迁移率是恒定的常数，与场强无关。而在高电场（>10000 V/cm）下，不同离子迁移率与电场之间的呈现复杂的非线性依赖关系。该非线性关系与电场强度有关。高场非对称波形离子迁移谱技术就是基于这一点，在两个平行电极上加入一个交替变化的高低电场，不同的离子在一个交替变化周期电场的迁移量将不同，同时在电场方向上引入一个直流补偿电压，来调节区分出不同的离子。

FAIMS在初期以其高选择性和信噪比引起了广泛关注，但是存在着体积较大、制作工艺较复杂、功耗较高且很难批量生产的问题。此后国外一些公司致力于研究微型离子迁移谱仪，主要有平板型和圆筒型。圆筒型微型离子迁移谱仪原理同平板型一样，只是将两个电极分别是内部的实心圆柱和外面的圆桶，与平板型相比其受外界的电场干扰较小，从而有更高的灵敏度，但是其对制作工艺要求非常高，不适合批量生产。

不论是圆筒型还是平板型，现有产品都只是作为整个高场非对称波形离子迁移谱仪的一部分，而没有集成离子源和检测仪，从而外接的时候会增大体积，使通道增长，会降低离子浓度。

为了解决这一技术问题，中国CN101067616A号发明专利公布了一种纵向高场不对称波形离子迁移谱装置，包括介质阻挡放电离化源、屏蔽电极、检测仪。所述介质阻挡放电离化源包括阻挡介质，即硼硅玻璃及镀于硼硅玻璃上的离化电极和离化电路，屏蔽电极置有分别平行镀于硼硅玻璃上的离化迁移内屏蔽电极、离化迁移外屏蔽电极和迁移检测屏蔽电极。虽然该发明集成了电离源、离子迁移管和检测仪，但是该发明中离子源外加离化电压可以达到几千伏以上，能量耗损大并且容易对其他部件造成干扰，虽然其也采用了屏蔽电极来解决此问题，但是不可能完全消除离子源上所加的高压对其他器件的影响，只能改善，所以还是会对其他不同区域造成电场干扰，降低装置的稳定性和灵敏度。此外，该技术方案中采用硼硅玻璃，并在硼硅玻璃上镀离化电极和离化电路，由于玻璃材质易碎、加工不便，导致该设备生产与装配很不方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中集成的微型高场非对称波形离子迁移谱中离子源都要外加很大的离化电压因而对其他区域造成电场干扰，影响装置的稳定性和灵敏性的问题，从而提供一种稳定性和灵敏性高、生产方便的能在大气压下使用的微空心阴极放电电离源整合式FAIMS。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种微空心阴极放电电离源整合式FAIMS，包括PCB板和支撑固定板，所述支撑固定板的一端连接在所述PCB板上，另一端为开放端，在所述开放端上设置有进气口和电源接口；

所述支撑固定板内部从所述开放端至连接端分层依次设置有微空心阴极放电电离源、FAIMS芯片和检测器，所述检测器设置在所述PCB板上，所述进气口、所述微空心阴极放电电离源、所述FAIMS芯片和检测器之间形成贯穿所述支撑固定板和PCB板的检测通道。

所述微空心阴极放电电离源为三层结构，并设置有贯穿三层的放电通道，其中间层为绝缘层，进气口一侧为阳极，出气口一侧为阴极，所述阳极和阴极采用金属材料。

所述阳极和阴极之间距离为20-400微米，所述放电通道为圆柱形，其直径为20-400微米，阳极和阴极的厚度为10-200微米。

所述微空心阴极放电电离源的放电电压为200-450V，放电电流为0.5-10mA。

所述放电通道为1-9个，呈阵列形式分布。

所述微空心阴极放电电离源中的放电气体为氦气、氖气、氩气或者氮气、空气。

所述微空心阴极放电电离源的外加电压采用直流电压或交流电压。

所述FAIMS芯片中间沿着同一方向在硅片上刻蚀出多个离子迁移沟道，每个所述沟道的间距为30-500微米，其深度为300-3000微米。