[发明专利]离子迁移率分析器及分析方法

说明书

本发明提出一种离子迁移率分析器及分析方法，该分析器包括：离子源、设有离子入口的第一迁移/分析区域、设有离子出口的第二迁移/分析区域、连接第一迁移/分析区域和第二迁移/分析区域的第三连接区域、及连接离子出口的检测器，其中，第一迁移/分析区域和第二迁移/分析区域中直流电场和气流对离子的作用方向相反，并且第二气流与第一气流的气流方向一致；第三连接区域包含第三直流电场，第三直流电场使离子从第一迁移/分析区域传输到第二迁移/分析区域，由于第一和第二两个区域的气流方向相同，无论是作为高分辨率的离子迁移率分析器还是作为连续离子束离子迁移率过滤器，本发明在分辨率和灵敏度上都具有很好的稳定性。

技术领域

本发明涉及离子迁移谱和离子分析领域，尤其是涉及离子迁移率分析器及分析方法。

背景技术

离子迁移谱是一种根据离子的迁移率分离离子的技术。根据分离方式的不同可以把离子迁移谱分成在时间上的分离和在距离上的分离两种类型。传统的飞行时间离子迁移谱是在时间上的分离，差分迁移谱分析器是在距离上的分离。与质谱相比，离子迁移谱的分辨率和灵敏度较差，这主要受限于离子的扩散。但离子迁移谱可提供基于分子碰撞截面的附加信息，还可以作为质谱前端的离子预分离装置。对于差分迁移谱的分辨率，可以通过优化装置的几何结构来提高(如倾斜场，交叉气流场和周期聚焦差分迁移谱)。对于飞行时间迁移谱，可以通过加长迁移管的长度、提高包含的电压以及增加径向束缚电场(如射频离子漏斗、射频四极场和直流周期静电场)的方式来提高分辨率。

为了进一步提高分辨率，Zeleny(Zeleny,J.Philos.Mag.46,120(1898))提出在平行流分析器中采用方向相反的气流与电场的方式。Zeleny的装置包含两个平行的网格，具有特定迁移率的离子在两种相反的作用力(气流和电场)作用下平衡。其后出现了多种制作平行流分析器的尝试，包括斜网格法、存在气流的离子阱、垂直引出离子迁移谱、Loboda反向气流分段四极场和Park提出的平行流离子迁移谱/后来离子捕获迁移谱。实验上，只有Loboda和Park的装置获得比较好的结果。他们均采用射频四极场在径向束缚离子。在美国专利6630662B1中，Loboda采用一均匀的电场，随着电场的缓慢升高，离子在电场的作用下克服气流的作用被逐出。在美国专利7838826B1中，Park采用非均匀的电场首先将具有不同迁移率的离子分离，之后缓慢降低电场使离子在气流的作用下被逐出分析器。Parks采用比较高的气压获得了比Loboda更高的分辨率。但是他的装置存在分析时间长和单次分析离子数受限的问题。

要分离连续的离子束，可以使用离子迁移率过滤器。差分迁移谱可将具有不同迁移率的离子在垂直气流的方向进行分离。另外还可以通过设置高低通迁移率过滤器来分离连续的离子束。在美国专利7718960B2中，Hashimoto等人公开了这样一种装置。该装置有两个迁移区域，区域内存在方向相反的电场和气流，并且两个迁移区域内的气流方向相反。该装置气体由两个区域中的连接区域垂直引入。该装置示意图如图1A所示。在美国专利9281170B2中，Parks同样采用垂直引入气流的方式，但是该装置采用射频四极场在径向束缚离子。该装置结构示意图如图1B所示。Hashimoto和Parks的高低通过滤装置都存在一个问题，就是在气流引入区域气流方向是不固定的，存在明显的乱流现象，这种乱流会极大的影响装置的分辨率和离子通过率。

因此，离子迁移谱在分辨率和灵敏度上还需要进一步提高。同时还需要一种迁移谱装置，该装置既可以在大的离子容量下具有很高的分辨率，也可以在保持高的分辨率和灵敏度下作为一个连续离子束离子迁移率过滤器。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供离子迁移率分析器及分析方法，解决现有技术的问题。