[发明专利]多维度离子迁移谱装置和方法

说明书

本发明公开了多维度离子迁移率分析仪的不同的实施例，其中该分析仪具有多于一个的漂移室并且能够捕获物质的多维度离子迁移率的谱图。例如，该装置的漂移室能够在独立的操作条件下操作以基于带电颗粒的可辨别的化学／物理性质来分离带电颗粒。根据分析仪的操作模式，该装置的第一维度漂移室可以用作贮存设备，反应室，和／或漂移室。还对离子迁移谱仪的方法的多种实施方式进行了说明，其包括，但不限于，连续的第一维度离子化方法能够使得试样中全部的化学组分被离子化而不论其电荷亲和力。

本申请是分案申请，其原案申请的申请号为200680050198.8、申请日为 2006年12月29号、发明名称为“多维度离子迁移谱装置和方法”。

技术领域

本申请要求美国临时专利申请(申请号60/766,226，申请日2006年 1月2日)的权益和优先权，其全部内容在此引用作为参考。

背景技术

自从十九世纪七十年代早期问世以来，离子迁移谱(IMS)已经发展成为一种强有力的分析工具并应用在多个方面。这种装置的三种主要形式包括独立的化学检测系统，色谱检测器以及IMS和质谱(MS)的串联系统。IMS作为一个独立的检测系统具有定性定量检测目标物质的能力，目标物质被离子化后再与漂移气体(亦即载气)相互作用而与其它背景物质分离，最后以离子的形式得以检测。作为一种色谱检测器，IMS对已被色谱分离出的物质进行多重的离子迁移谱分析。在串联的IMS-MS 系统中，在质谱分析之前使用IMS作为分离手段对目标物质进行分离。然而，IMS的分辨率总的来说较低，因而这类仪器仅限于定性分析，或用于具有与所关注物质相比较低的干扰物水平的环境中。

一个IMS系统的基本通用部件由一个离子化源，一个包括反应区的漂移管，一个离子开关格栅，一个漂移区和一个离子检测器组成。在气相分析中，待分析试样通过一种惰性载气被导入反应区，试样的离子化通常在使试样通过反应区和/或放射性63Ni源时完成。形成的离子在电场的作用下流向漂移区，该电场是施加于建立漂移区的漂移环上，然后通过离子开关格栅形成离子窄脉冲进入漂移区。一旦进入漂移区，试样的各种离子按照其与离子质量相关的离子迁移率被分离。但是，应当理解离子迁移率不仅与离子质量相关，而且从根本上与离子-漂移气体的潜在相互作用相关，该潜在相互作用并非仅仅取决于离子质量。

IMS的主要用途之一是检测痕量的违禁化学品。痕量检测系统被广泛应用在目前的安全系统中用于爆炸物和化学药剂检测。典型的，该过程始于安全官员用取样签擦抹被检测物体表面，然后将取样签插入热解器中，使痕量的有机化合物挥发并导入到IMS中。在大部分的此类应用中，快速和精确地识别违禁化学品对于安全检查任务而言是必须的。便携而且高性能的检测系统仍是迫切需要并高度渴望的。

发明内容

本发明涉及多维度离子迁移谱(MDIMS)方法和装置的各个方面。在多种实施方式中，本发明的MDIMS通过创新性地将多个基于多个分离步骤的离子迁移率集成于一台设备中从而使其有别于传统的离子迁移谱(IMS)。在多种实施方式中，与传统的IMS设备和操作手段相比较，本发明提供了更高的分辨率和更高的灵敏度。

本发明的多种实施方式提供了一种集成的多维度飞行时间离子迁移谱系统，该系统能够离子化、分离并基于其离子迁移率检测化学物种。这些系统通常包括：(a)至少一个离子化源，(b)至少两个漂移区，和(c) 至少一个离子检测装置。在多种实施方式中，这些系统在一个漂移维度中在一系列漂移条件下分离离子；接下来分离出的离子被导入更高的维度中在相同和不同系列的漂移条件下作进一步分离。在多种实施方式中，分离过程可以重复用于一个或多个附加的漂移维度。在多种实施方式中，第一漂移维度被用作系统的离子源、反应区或退溶剂化区和漂移区中的一个或多个。例如，在多种实施方式中，在第一漂移维度(第一漂移管)中的电场可以被用作带电液滴的退溶剂化区。