[发明专利]离子迁移率分析装置及所应用的分析方法

说明书

本发明提供离子迁移率分析装置及分析方法，装置包括：离子源；两组平行电极，之间形成迁移区域，迁移区域具有离子进口及离子出口，离子进口连通离子源；其中，两组平行电极分别处于一平面内且该两个平面相互平行；迁移区域内存在层流；电源装置，在两组平行电极上施加有直流电位，以形成与气流对离子作用方向相反的直流电场，以在气流和直流电场的共同作用下捕获具有不同迁移率的离子；电源装置，扫描直流电场以令迁移区域中具有不同迁移率的离子分离；电源装置，还用于在平行电极上叠加射频电压在垂直于气流方向束缚离子；检测器，连通离子出口，接收并检测离子；本发明的装置具有很高的灵敏度和离子利用率，同时可以准确测量离子的迁移率。

技术领域

本发明涉及离子迁移率分析技术领域，尤其是涉及离子迁移率分析装置及所应用的分析方法。

背景技术

测量离子的迁移率有两种方式，一种是测量离子在电场和静止的气体中的速度，第二种是测量离子在垂直的电场和气流中运动的距离。这两种离子迁移谱的分辨率和灵敏度受到扩散的限制。传统的飞行时间离子迁移谱的分辨率可以通过增加迁移管的长度和电场强度提高，同时也可以通过增加径向电场(射频离子漏斗，射频四极场和直流周期静电场)来减弱扩散对分辨率的影响。飞行时间离子迁移谱可以在非常短的时间内完成一张离子迁移谱图。几毫秒就可以得到大于100的分辨率。但是它的主要缺点是分辨率越高占空比越低。

为了进一步提高离子迁移谱的分辨率，Zeleny(Zeleny,J.Philos.Mag.46,120(1898))在他的平行流分析器中提出可以将气流方向与电场方向相反。在他的分析器中包含两个平行的网格，离子在气流和电场两种相反的作用力下平衡。Laiko((Laiko,VictorV.Journal of The American Society for Mass Spectrometry 17.4(2006):500-507)对Zeleny的装置进行了改进，Laiko的分析器包含一方向与气流方向相反的非线性电场，在电场和气流的共同作用下，具有不同迁移率的离子被分离。但是Laiko的装置工作在大气压下，没有用于减弱扩散作用的径向力，实验结果并不理想。除此以外还有许多制作平行流分析器的尝试，包括Loboda提出的存在反向气流的分段四极场(US.Pat.No.6630662B1)，Gillig提出的直流周期性聚焦差分迁移谱(PFDMA)(US.Pat.No.9324552B2)，以及Park提出的平行流离子迁移谱/捕获离子迁移谱(US.Pat.No.7838826B1)。目前只有Loboda和Park的装置以及Gillig的PFDMA在实验上取得了成功。在低压气流中，Loboda和Park的装置均采用射频场在径向束缚离子。Park采用一非线性电场首先根据离子迁移率对离子进行预分离，之后通过缓慢降低电场使具有不同迁移率的离子缓慢依次通过分析器(如图1)。Loboda采用一缓慢增加的均匀电场推动离子克服气流的作用通过分析器。Gillig采用方向垂直于和方向相反于气流的组合电场驱动离子克服气流的作用到达检测器。Park的装置的工作气压高于loboda的装置，获得了较高的分辨率，但是Park的装置有三个缺点：在不使用时具有较长的驻留时间；在一次分析中被捕获的特定迁移率的离子数受限，这使得装置的灵敏度和占空比较低；并且该装置的迁移气体只能是空气，这使得其测量的迁移率不准确。

因此，需要一种高分辨率的离子迁移谱分析器，其具有很高的灵敏度和离子利用率，同时可以准确测量离子的迁移率。

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装置及所应用的分析方法，解决现有技术的问题。