一种检测痕量化合物的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种检测痕量化合物的方法及装置，包括：步骤一，将样品进行离子化；步骤二，对连续的离子流进行占空比为50％的方波频率信号调制；步骤三，经过所述步骤二次处理后的离子流进入到迁移装置进行离子迁移分离；步骤四，利用丘普Z变换重建离子迁移谱。灵敏度高，本发明专利技术提供的方法可将离子的利用率提高到50％，较传统方法灵敏度提高3～10倍，与传统傅里叶变换相比，灵敏度可提高1‑2倍。分辨率高。本发明专利技术提供的方法与常规方法相比可以将常见的拖尾峰、伸舌头峰等现象消除，从而提高分辨率，进而提高谱图识别及定量的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分析仪器
，尤其涉及一种检测痕量化合物的方法及装置。
技术介绍
离子迁移谱(IonMobilitySpectrometry，IMS)技术是上世纪70年代出现的一种新型快速分离检测技术。由于分离可以在大气压下进行，不需要真空，与传统的质谱仪器相比具有结构简单，灵敏度高，分析速度快，结果可靠的特点。同时，离子迁移谱的分离速度非常快，通常几十毫秒内就可以完成一次分析，几秒至几十秒内就能给出分析的结果，能够在大气环境中对微量化学物质进行检测，仪器特别适于现场使用。目前，离子迁移谱在机场、车站等安检场合，易制毒化学品的检测，化学战试剂的检测等方法得到了广泛应用，在传统的安全领域具有独特的作用。离子迁移谱通常由离子源、离子门、迁移分离区和检测器组成。固体、液相或气体样品在离子源中电离产生离子，离子在电场的驱使下通过周期性开启的离子门进入漂移区，并在与逆流的中性漂移气体分子不断碰撞的过程中，由于这些离子在电场中各自迁移速率不同，使得不同的离子得到分离并先后到达收集极被检测。因此通过测量迁移时间就可确定分析目标物质的存在，而应用峰面积或峰高可确定相应物质的浓度。上述过程中离子门开门时间和离子进入迁移区后的迁移时间之比称为占空比(DutyCycle,DC)，DC决定了仪器的信噪比和灵敏度，同时也影响着分析的分辨率。相比传统的周期性单次开门方法，近年来提出的Hadamard变换方法可以将占空比提高到50％，与常规方法相比可提高数十倍。这种方式可看作是一种对离子信号的编解码过程，整个应用过程可分3个阶段。第1阶段是设计伪随机二进制序列。第2阶段是在离子信号的产生阶段进行信号编码，通过伪随机序列代替传统周期性脉冲控制离子门开关产生离子信号。第3阶段是在离子信号的处理阶段进行信号解码，使用对应控制序列的Hadamard逆矩阵作为反卷积核，通过去卷积将编码信号还原成离子迁移谱信号。与Hadamard变换相类似的还有一种傅立叶变换离子迁移谱(FourierTransformIonMobilitySpectrometry)，与Hadamard变换不同的是不使用伪随机二进制序列，而使用不同频率的门控信号对离子门进行调制。传统的傅里叶变换离子迁移谱使用两个同步开关的离子门，从而在检测器接收到干涉信号，采集信号后再将频域信号转换为时域信号，工作的占空比为25％。这两种信号调制方法都大幅增大了离子迁移谱分析的占空比，从而使灵敏度有所提高。傅立叶变换由于只对迁移率固定的离子信号敏感，因而分辨率也有所提高。近年来，将离子迁移谱与质谱仪进行联用成为各仪器厂商竞相发展的前沿领域。尽管质谱仪的分辨率很高，如新型的飞行时间质谱仪的质量分辨率可以达到1万以上。但是，在分析同重化合物时，即使质量分辨率>1000000，仍然可能无法对这些异构体进行分离鉴定。对于同分异构体来说，再先进的质谱仪都无能为力。但是，离子迁移谱刚好可以在结构异构体的鉴定方面对质谱进行很好的补充。另一方面，对于含有多种化合物类型的复杂混合物的分析来说，分离能力尤为重要。要进行深度分析，单独的色谱分离已经无能为力，因为其无法对从一个液相色谱峰中洗脱出来的几种共流出化合物进行表征。另外，高分辨质谱也可能受限于MS扫描速度，并且如果没有有效的前端分离，也不能得到样品中所有化合物的数据。对于色谱共流出物，如果保留时间有差异，质谱可以利用去卷积来重建质谱图。但是，如果色谱峰完全重叠，色谱-质谱联用仪也无法有效识别，从而导致定量出现误差，对化合物的识别出现困难。离子迁移谱分离的速度(毫秒)介于HPLC(秒)和质谱(微秒)的时间范围内，系统能够分离色谱无法分离的痕量化合物。研究表明，使用离子迁移谱质谱联用系统能使脂类的总覆盖率提高5倍左右，在蛋白质组学研究中，使用离子迁移谱质谱联用鉴定出来的多肽和蛋白质的数量比单独使用LC/MS分析增加3倍。如果将色谱、离子迁移谱的分离能力和质谱仪的质量分辨率结合在一起，可以得到非常高的峰容量，对复杂化合物的分离特别有用。但是，目前受制于离子迁移谱的分离原理，离子迁移谱的分辨率和质谱分析的灵敏度成了一对互相制约的参数。要提高分辨率，就必需尽量缩短离子注入的时间，这样又会减少注入离子的数量，从而牺牲灵敏度。为解决这个问题，Hadamard变换和傅立叶变换同样也用到了离子迁移谱-质谱联用仪上，但问题依然很突出，同时还带来一些新的问题，如Hadamard变换会产生一些本不存在的假峰，定性和定量出现错误。由于两个离子门的工作波形都为方波，傅里叶变换也会产生假峰，对谱图分析带来额外的困难。另外，由于传统的B-N离子门对不同质荷比的离子有很强的歧视效应，从而使得高质荷比的离子灵敏度降低，使用两个离子门时这种现象变得更加严重,傅里叶变换的灵敏度提高非常有限，在最好的情况下也只有不到3倍的信噪比改善。因为快速傅里叶变换的由此产生的离子迁移谱图的时间分辨率与扫频速度有关，而扫频速度受制于检测器类型(如质谱仪)及离子门的工作原理，因而产生的离子迁移谱图的时间分辨率非常低，从而对化合物的定性分析带来困难。在一些商品化的仪器上，为提高离子注入效率从而提高灵敏度，离子迁移分离被放置到低压下进行，同时采用阱集的方式来捕获离子并将连续离子流转化为离子脉冲。这些仪器的结构变得非常复杂，体积也很大，仪器价格昂贵。与此同时，由于低压下离子与中性气体分子的碰撞频率大幅降低，从而离子迁移谱的分辨率非常有限，如均匀电场下低压的离子迁移谱分辨率通常低于60，而行波离子迁移谱的分辨率通常低于40。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提供一种检测痕量化合物的方法及装置，大气压下检测痕量化合物具有高灵敏度、高分辨率的特点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种检测痕量化合物的方法，包括：步骤一，将样品进行离子化；步骤二，对连续的离子流进行设定占空比的方波频率信号调制；步骤三，经过所述步骤二次处理后的离子流进入到迁移装置进行离子迁移分离；步骤四，利用丘普Z变换重建离子迁移谱。所述步骤二中，对连续的离子流进行占空比为50％的方波频率信号调制，调制的方式采用频率升高的方式或频率降低的方式，频率改变的方法为线性调频，调制范围为0～10KHz。所述步骤三中，迁移装置中通入设定压力和流速的中性气体，所述中性气体为氮气、空气、氦气或二氧化碳。还包括将步骤三处理后的包括了离子迁移速率信息的连续离子流直接经法拉弟盘检测器检测，并进行AD转换以导入计算机得到离子随时间的变化曲线或者经过接口导入质谱仪，记录不同质荷比的离子强度随时间的变化曲线。对记录的变化曲线进行数学处理，具体处理的办法是：采用与所述步骤二中方波频率信号同相及反相的正弦Chirp信号以及方波Chirp信号与来自法拉弟盘或质谱仪的离子强度变化曲线分别相关，对所得信号分别进行丘普Z变换，并对两次变换的结果进行比较，滤除变换产生的假峰及噪音。所述步骤一中，在对样品进行离子化处理之前：利用毛细管电色谱、气相色谱、液相色谱或毛细管电泳手段对样品进行预分离，或者经过稀释、富集、纯化、除杂预处理后直接用注射泵导入到离子源中。所述步骤一中离子化的方式包括电喷雾、大气压化学电离、大气压光电离、放射源电离或实时直接分析电离源。所述步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测痕量化合物的方法，其特征是，包括：步骤一，将样品进行离子化；步骤二，对连续的离子流进行设定占空比的方波频率信号调制；步骤三，经过所述步骤二次处理后的离子流进入到迁移装置进行离子迁移分离；步骤四，利用丘普Z变换重建离子迁移谱。

【技术特征摘要】
1.一种检测痕量化合物的方法，其特征是，包括：步骤一，将样品进行离子化；步骤二，对连续的离子流进行设定占空比的方波频率信号调制；步骤三，经过所述步骤二次处理后的离子流进入到迁移装置进行离子迁移分离；步骤四，利用丘普Z变换重建离子迁移谱。2.如权利要求1所述一种检测痕量化合物的方法，其特征是，所述步骤二中，对连续的离子流进行占空比为50％的方波频率信号调制，调制的方式采用频率升高的方式或频率降低的方式，频率改变的方法为线性调频，调制范围为0～10KHz。3.如权利要求1所述一种检测痕量化合物的方法，其特征是，所述步骤三中，迁移装置中通入设定压力和流速的中性气体，所述中性气体为氮气、空气、氦气或二氧化碳。4.如权利要求1所述一种检测痕量化合物的方法，其特征是，还包括将步骤三处理后的包括了离子迁移速率信息的连续离子流直接经法拉弟盘检测器检测，并进行AD转换以导入计算机或者经过接口导入质谱仪，记录不同质荷比的离子强度随时间的变化曲线。5.如权利要求4所述一种检测痕量化合物的方法，其特征是，对记录的变化曲线进行数学处理，具体处理的办法是：采用与所述步骤二中方波频率信号同相及反相的正弦...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文杰，孟庆艳，沈红玲，贾旭，浦云峰，王志雁，郭建恒，
申请(专利权)人：塔里木大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65