[发明专利]一种低歧视离子门及控制方法

说明书

本发明涉及一种低歧视离子门及控制方法，该装置由依次设置在离子迁移管内的离子源和法拉第盘之间的三个平行、同轴、间隔、绝缘的栅网1、栅网2和栅网3组成。栅网1和离子源之间的区域为反应区，栅网3与法拉第盘之间的区域为迁移区。通过周期性控制该离子门中三个栅网之间的电场，实现不同迁移率离子的低歧视注入。每个周期有三种状态：第一状态时，离子源，栅网1、栅网2和栅网3和法拉第盘上的电势依次降低；调至第二状态，栅网1和栅网2之间的电场方向与反应区及迁移区的电场方向相反，将该离子门调至第三状态，第三状态维持一段时间后，再次切换到第一状态，开始下一周期。这种离子门和控制方法，可以实现不同迁移率离子的低歧视注入。

技术领域

本发明涉及一种离子迁移管中离子门装置及控制方法。

背景技术

离子迁移谱由于分析速度快，灵敏度高，体积小巧，操作简单等优点，被广泛应用于化学毒剂，炸药，毒品等的检测。[1]此外由于离子迁移谱能分离同分异构体，还经常和质谱联用检测生物样品。[2]近年来，离子迁移谱的应用深入到医疗诊断，环境检测，食品分析等领域。这些复杂的样品会产生多种不同迁移率的离子。离子门是迁移管中的关键零件之一，其作用是周期性的将一团离子注入到迁移区进行分离和检测。所以，离子门将不同迁移率的离子低歧视地注入到迁移区，是提高灵敏度的关键因素。

离子迁移管中最常用的离子门是Bradbury-Nielsen gate(BNG)，[1]这种离子门由两组平行，绝缘，依次交替，处于同一平面的金属丝组成。在开门时，两组丝上的电势相同。在关门时，在其中一组丝上叠加一个电压，或者在两组丝上叠加相反的电压，使相邻的两根丝之间形成和迁移电场垂直的电场，以阻止离子的通过。但是实际上离子门关门时，关门电压会在离子门前后的区域产生不均匀的电场，并在离子门后形成清空区，稀释区和压缩区。[3]这些区域的存在，一方面会使注入的离子成锯齿状，开门时间越小，注入的离子越不均匀；另一方面，这种离子门会造成对大离子的歧视效应，原因在于：开门时，进入清空区的离子，在下次关门时会被拉回到BNG的丝上变成中性分子，而迁移速度比较慢的大离子，如果在开门时没有来得及穿过清空区，则不能被有效注入。[4]

离子迁移管中另一种比较常用的离子门是场切换离子门。[1]这种离子门的结构为一个金属栅网。在关门时，离子源的电势比离子门的电势稍微低，使离子被局限在离子源和离子门之间，开门时，将离子源处的电势提高几百甚至上千伏，将电离区的离子全部注入迁移区。这种离子门不会造成离子歧视，也不会造成离子门附近的不均匀电场。但是它的应用范围比价窄，不适用于电离范围比较长的电离源，如真空紫外灯，或者本身需要维持一定电势才能工作的电离源，如电喷雾或者电晕放电电离源。[5]

另一种不常用的离子门是Tyndall-Powell gate，[1]这种电离源是由两片相互绝缘，平行的金属栅网组成。开门时，两个栅网之间的电场和迁移电场方向相同，关门时，两个栅网之间的电场和迁移电场方向相反。这种离子门在关门时造成的电场不均匀性较小，但是关门时，两个栅网之间都会形成清空区，因此对大离子的歧视更严重。虽然已经有文献报道，[6]可以通过提高开门两个栅网之间的电势差来减小歧视，但是这种方法，仍然没有消除清空区，所以歧视作用并未完全消除。

1.Eiceman,G.A.,Karpas,Z.,Hill Jr,H.H.(3rd ed.).CRC Press,(2013)；

2.Jiang,W.,Robinson,R.A.S.John WileySons,Ltd,(2013)；

3.Du,Y.,Wang,W.,Li,H.:Resolution enhancement of ion mobilityspectrometry by improving the three-zone properties of the Bradbury-Nielsengate.Anal Chem.84,1725-1731(2012)；