[发明专利]一种脉冲场离子迁移管

说明书

本发明为一种提高离子迁移管电离区中离子利用效率的新技术，具体说是一种脉冲场离子迁移管。通过在离子迁移管的电离区和迁移区施加脉冲变化的电场，在离子门开启的瞬间，提高电离区中的电场并同时降低迁移区的中电场，使电离区中的离子被全部注入到迁移区中，并利用电离区和迁移区电场强度的差别对上述离子团进行空间聚焦压缩，从而极大提高离子迁移管灵敏度，同时保证离子迁移管具有较好的分辨能力。

技术领域

本发明为一种提高离子迁移管电离区中离子利用效率的新技术，具体说是一种脉冲场离子迁移管。通过在离子迁移管的电离区和迁移区施加脉冲变化的电场，在离子门开启的瞬间，提高电离区中的电场并同时降低迁移区的中电场，使电离区中的离子被全部注入到迁移区中，并利用电离区和迁移区电场强度的差别对上述离子团进行空间聚焦压缩，从而极大提高离子迁移管灵敏度，同时保证离子迁移管具有较好的分辨能力。

背景技术

离子门是迁移时间离子迁移谱仪器的一个重要组成部件，其对反应区中离子的利用效率决定了离子迁移谱最终所检测到离子信号的强度。低的离子利用效率往往造成差的信噪比。

Bradbury-Nielsen离子门(BNG)是离子迁移谱中广泛使用的一种离子门。目前，已经出现了多种制作BNG的方法，包括蚀刻、机械编织、微机械加工及PCB板穿丝等。通常，BNG由以交叉指型共面放置且相互绝缘的两组金属丝构成。通过在这两组金属丝上施加不同的电压，相邻金属丝之间会产生与迁移区中电场方向相垂直的电场，该电场能够阻断反应区中的离子进入到迁移区中。

为了保证离子迁移管具有较好的分辨能力，在一个控制周期内，BNG型离子门通常仅仅打开很短的一段时间让反应区的离子通过并进入到迁移区中，例如，每20ms内开门200μs。这意味着反应区中的离子仅有1％能够进入到迁移区中被分离和检测，其余99％的离子最终会中和在离子门电极组件上被消耗掉。另外，清空效应是BNG型离子门的结构和操作原理所造成的一个固有特征。在离子门关门的时候，相邻金属丝之间的电场会向离子门平面以外扩散。这种扩散造成了与离子门相邻的反应区和迁移区中电场的畸形，增大离子门的实际斩切宽度，造成离子门实际开门时间小于其名义开门时间。这将进一步降低进入到反应区中离子的比例。

另外文献报道显示，强脉冲电场具有高效捕集离子能力，并且电场强度的阶梯变化有助于离子团在时间和空间上进一步实现压缩。利用强脉冲电场和阶梯变化电场的这些特性，设计一种脉冲场离子迁移管，有助于提高离子门对离子迁移管电离区中离子利用效率并同时获得较好的分辨能力。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种提高离子迁移管电离区中离子利用效率的新技术，在保证离子迁移管分辨能力的同时，极大的提高离子迁移管的信噪比，从而获得更好的检测灵敏度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：在离子迁移管的电离区和迁移区施加脉冲变化的电场，在离子门开启的时间间隔内，提高电离区中的电场并同时降低迁移区的中电场，使电离区中的离子被全部注入到迁移区中，并利用电离区和迁移区电场强度的差别对上述离子团进行空间聚焦压缩；在离子门关闭后，降低电离区中国的电场并同时提高迁移区中的电场，使二者内部的电场强度保持一致，并对迁移区中的离子团进行分离和检测。

具体为：

一种脉冲场离子迁移管一中空柱状腔体，在腔体两端分别设置反应离子产生装置离子源以及离子接收装置法拉第盘；在腔体内部位于离子源和法拉第盘之间设置离子门，将腔体内部分成两个区域，其中离子源和离子门之间构成电离区，离子门和法拉第盘之间构成迁移区；电离区和迁移区均由环状平板电极与平板状环形绝缘体交替叠合构成；其特征在于：

离子注入时，离子门开启，于电离区和迁移区的电极分别施加脉冲电压，于电离区和迁移区分别形成周期变化的脉冲电场，此时电离区的电场定义为聚焦场，此时迁移区的电场定义为压缩场；