[发明专利]一种用于离子迁移谱的多次切换脉冲电压波形

说明书

本发明公开了一种用于离子迁移谱的多次切换脉冲电压波形，将BN型离子门工作状态分为：开门状态、关门状态和多次切换状态。其中多次切换状态是离子门处于关闭状态切换延时时间后将第一金属电极与第二金属电极的电压进行多次切换，不断修正离子门斩切离子团后沿的离子浓度分布，从而将离子门关门后形成清空区、扩散区和压缩区不断切换，彻底改变传统脉冲电压波形在离子门关闭后所一成不变的清空区、扩散区和压缩区，能尽可能减少由清空区引起的离子损失，多次压缩扩散区中离子，调整离子团后沿离子分布，提高离子密度，极大提升离子门的注入效率和分辨率，还可以让更多迁移率小的离子注入迁移区中，削弱BN型离子门的迁移率歧视效应。

技术领域

本发明属于离子迁移谱领域，具体涉及一种施加在BN型离子门上的多次切换脉冲电压波形。

背景技术

对于BN型离子门具有通用性强，对电离源没有任何要求，普遍适用于所有迁移管中，同时关门电位差小，控制电路简单等特点，商业化的离子迁移谱广泛使用它。但是它的缺点也很突出，由于施加的关门电压会形成垂直离子迁移方向的关门电场，该电场会渗透会反应区和迁移区导致离子门附近的电场扭曲，而且关门电压越高，电场扭曲越严重。电场扭曲会引起离子团变形和迁移率歧视，对离子迁移谱性能产生影响。

BN型离子门通常由两组相互平行、绝缘的金属电极依次间隔排列在一个平面上构成，金属电极通常为很细金属丝。通过脉冲发生器在离子门电极上施加开关电压波形实现离子的斩切，因此离子门对离子流的斩切行为由施加在离子门上的电压波形决定，并直接关系到离子迁移谱性能。在专利CN110310882A和CN110534395A提出了当离子门关闭时，将离子门上两组电极的关门电压同时提升，使离子门后形成一个高电场区，使离子进一步压缩，提升迁移谱性能，但是，这种两种方案存在控制时序复杂，对离子门硬件控制电路要求高的缺点。具体地，专利CN110310882A是离子门关闭时，在关门电压不变的情况下，通过提高离子门两金属电极的电位，来增强关门时的离子压缩效果。一段时间后离子门两金属电极的电压还要回到正常电压水平。提高离子门电极的电位，会使迁移电场扭曲严重，不利于离子迁移谱性能。专利CN110534395A是为了减少离子门的歧视性效应，在离子门的开门前，通过降低低压电极的电压，来增加离子的注入量，关门后的电压波形与专利CN110310882A一样。电压波形时序复杂，不断地升降离子门电极电位，增加了离子门控制电路的复杂度，尤其是正负两种工作模式下，控制电路更加复杂。

本发明提出了一种新的离子门调控方式，本发明称之为多次切换脉冲波形，通过施加该电压波形能尽可能减少由清空区引起的离子损失，多次压缩扩散区和压缩区中离子，离子团后沿浓度分布变更密，灵敏度和分辨率得到极大提升。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种极大提升离子迁移谱性能的施加在BN型离子门上电压波形，灵敏度和分辨率得到极大提升，削弱分辨率歧视效应。

本发明技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种用于离子迁移谱的多次切换脉冲电压波形，所述的离子迁移谱的离子门为BN型离子门，所述BN型离子门包括依次间隔排列在一个平面上两组相互平行、绝缘的第一组金属电极和第二组金属电极，所述多次切换脉冲电压波形能分别施加在第一组金属电极和第二组金属电极上，周期性控制离子门的工作状态经过以下三个状态：

开门状态：在第一预设时间间隔内(t1＜t＜t2)，在所述第一组金属电极上施加第一高压(HV1)，在所述第二组金属电极上也施加第一高压，离子门处于开启状态，离子团可以穿透离子门。

关门状态：在第二预设时间间隔内(t2＜t＜t3)，在所述第一组金属电极上施加第一高压，在所述第二组金属电极上施加第二高压(HV2)，第二组金属电极上施加的电压高于第一组金属电极上施加电压，离子门处于关门状态。