一种离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪及方法技术

本发明专利技术涉及一种离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪及方法，当离子门关闭时，迁移区的电场强度会随着迁移时间逐步增大，用来补偿待检测离子束后端离子的离子速度。使得离子束在达到电荷探测器时，后端和前端离子的时间差小于初始的时间差，实现离子峰在时间展宽上的压缩，提高仪器的分辨率，丰富离子迁移谱仪的功能。

An ion migration spectrometer and its method of ion migration velocity compensation

【技术实现步骤摘要】
一种离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪及方法
本专利技术涉及一种离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪及方法，属于分析仪器与检测领域，具体涉及对对迁移区电场的调控，对进入迁移区的离子束的后端离子进行迁移速度补偿，从而实现迁移谱的高分辨检测。
技术介绍
离子迁移谱的分辨率(Resolution)代表了离子迁移谱仪对物质的分离能力，是离子迁移谱的主要性能指标之一。通常，分辨率的定义为离子的迁移时间与离子谱峰的半高全宽的比值。根据离子峰的半高全宽计算公式,分辨率可以进一步表示为：从公式1中可以看出，影响离子迁移谱分辨率的主要因素有2个，一个是离子门的开门时间tg和离子迁移时间td。开门时间tg在离子迁移谱中，通常指离子门对从反应区到迁移区的放行时间，即第一个离子进入迁移区和最后一个离子进入迁移区的时间差。在均匀电场下，离子的运动速度只受到电场影响，这个时间差会保持到最终离子到达电荷探测器。所以人们通常认为tg是一个恒定值。通过公式1可以发现，分辨率的极限值可以表达为td/tg,即分母第二项取0。所以现有提高分辨率的技术主要是通过减小tg的时间来提高离子迁移谱的分辨率。tg越小，分辨率越高。但是tg越小会导致，离子门开门能通过的离子数目减小，影响灵敏度。所以本专利技术提出一种本离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪及方法，可以在不影响灵敏度的前提下，提高仪器的分辨率，丰富离子迁移谱仪的功能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪及方法，减小离子门开门时间对离子迁移谱分辨率影响，提高离子迁移谱的分辨率。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案为：一种离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪，包括可编程高压电源、迁移区串联电阻、高压电源、串联电阻、离子门电源、地线和电荷探测器；电压由可编程高压电源为迁移区的电压，通过迁移区串联电阻与地线相连，将电压分配迁移区，形成均匀电场；高压电源为反应区提供电压，通过串联电路与地线相连，将电压分配到反应区；迁移区和反应区两者是分立的；离子门电源与离子门相连，为离子门的开启和关闭提供脉冲电压支持。离子在反应区产生，在电场的作用下，通过离子门，进入迁移区被电荷探测器探测到，从而实现离子迁移谱的功能。所述迁移区电压为非恒定值，是一个随时间变化的函数。所述迁移区随电压变化函数过程为：离子门电源开启时，可编程高压电源提供的初始电压V0；离子门电源关闭瞬间时，此时可编程高压电源提供的电压在初始电压V0的基础上开始均匀提升，提升的幅度为ΔV/ms,Vt＝V0+ΔV×(t-t0)，阶段持续20ms，t是时间，t0是一个检测周期中离子门关闭的时间；当电压提升阶段结束后，可编程高压电源的提供的电压返回初始电压V0，维持恒定电压，直至下次离子门电源开启和关闭。本专利技术的一种离子迁移速度补偿的离子迁移谱方法，通过可编程高压电源调控迁移区的电压，电压通过迁移区串联电路在迁移区形成了均匀电场，在检测过程中，随着可编程高压电源的输出电压的不断增大，迁移区的电场强度也在逐步提升，在电场的引导下，离子由反应区开始，经过离子门，穿过调控的迁移区电场，到达电荷探测器，实现离子迁移谱的功能；对于经过离子门的离子束，当离子束在迁移区运动时，在到达相同位置时，后端离子的到达时间大于前端离子，即t后>t前，而迁移区在进行检测时，电场强度是随着时间不短增大的，则有后端的离子在该处所受的电场强度始终大于前端离子在该处感受到电场强度，在离子迁移谱中，离子的速度是正比于所受电场强度，即后端的离子速度大于前端，始终在追赶前端离子，使离子束在达到电荷探测器时，后端和前端离子的时间差小于初始的时间差，实现离子峰在时间展宽上的压缩，提高仪器的分辨率。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术通过对迁移区的电场进行调控，实现了在离子的迁移过程中，对后端离子的迁移速度进行补偿，使其在运动的过程中，逐渐追赶前端离子，减小与前端离子的时间差，即减小开门时间tg所带来的时间差对迁移谱分辨率的影响，提高离子迁移谱的分辨率。(2)传统的离子迁移谱中，其分辨率的上限由离子门开门时间的限制，即反应峰的最小宽度为离子的开门时间tg。而本专利技术通过对迁移区的电场进行调控，实现了在离子的迁移过程中，对后端离子的迁移速度进行补偿，使其在运动的过程中，逐渐追赶前端离子，减小与前端离子的时间差，即减小开门时间tg所带来的时间差对迁移谱分辨率的影响。(3)当离子门关闭时，迁移区的电场强度会随着迁移时间逐步增大，用来补偿待检测离子束后端离子的离子速度。使得离子束在达到电荷探测器时，后端和前端离子的时间差小于初始的时间差，实现离子峰在时间展宽上的压缩，提高仪器的分辨率，丰富离子迁移谱仪的功能。附图说明图1为本专利技术的一种离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪示意图；图2为本专利技术的一种离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪可编程电源和离子门电源控制时序；图3离子门开门时，迁移区的电压和时间的关系图。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术的具体方式进行详细阐述。如图1所示：离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪，主要由反应区、离子门、迁移区和电荷探测器组成，主要包括可编程高压电源1、迁移区串联电阻2、高压电源3、串联电阻4、离子门电源5、地线6和电荷探测器7。高压电源3通过串联电阻4对反应区施加电压；离子门电源5为离子门提高开启和关闭电压；可编程高压电源1通过迁移区串联电阻2提供迁移区的电压。高压电源3的电压高于可编程高压电源1，确保离子能顺利到达离子门，随后在离子门电源5的作用通过离子门，进入迁移区被电荷探测器7检测到，从而实现离子迁移谱功能。图2给出了可编程高压电源和离子门电源之间的时序关系，主要分为3个阶段。(1)离子门开门阶段，此时离子门电压抬高，通道打开，离子开始进入迁移区；此时迁移区的电压为初始电压。(2)离子迁移速度补偿阶段，此时离子门电压降低到基线，通道关闭，后续离子被关在迁移区之前；此时可编程高压电源电压开始均匀提升，该阶段持续时间20ms。(3)等待时间，此时本周期检测已经结束，可编程高压电源电压回归初始电压。等待下次离子门打开。图3给出了可编程高压电源的电压输出情况。当离子门关闭之后时，迁移区电压由V0随时间逐渐升高，斜率为ΔV，既有Vt＝V0+ΔV×(t-t0)，可以推出电场的变化为Et＝E0+ΔE×(t-t0)。其中Vt是指迁移区的瞬时电压，V0是迁移区的初始电压，ΔV是随时间变化的所提升的电压大小，t是时间，t0是一个检测周期中离子门关闭的时间。Et是指迁移区的瞬时电场，E0是迁移区的初始电场，ΔE是随时间变化的所提升的电场大小。基于本专利技术的具体方式，以一个例子进行具体阐述：常规离子迁移谱仪，其参数为：整个迁移管为，离子门开门时间200微秒，迁移区长度8cm，反应区和迁移区的均匀电场为300V/cm。本专利技术的离子迁移速度补偿离子迁移谱，其参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪，其特征在于，包括：可编程高压电源(1)、迁移区串联电阻(2)、高压电源(3)、串联电阻(4)、离子门电源(5)、地线(6)和电荷探测器(7)；电压由可编程高压电源(1)为迁移区的电压，通过迁移区串联电阻(2)与地线(6)相连，将电压分配迁移区，形成均匀电场；高压电源(3)为反应区提供电压，通过串联电路(4)与地线相连，将电压分配到反应区；迁移区和反应区两者是分立的；离子门电源(5)与离子门相连，为离子门的开启和关闭提供脉冲电压支持，离子在反应区产生，在电场的作用下，通过离子门，进入迁移区被电荷探测器(7)探测到，从而实现离子迁移谱的功能。/n

【技术特征摘要】
1.一种离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪，其特征在于，包括：可编程高压电源(1)、迁移区串联电阻(2)、高压电源(3)、串联电阻(4)、离子门电源(5)、地线(6)和电荷探测器(7)；电压由可编程高压电源(1)为迁移区的电压，通过迁移区串联电阻(2)与地线(6)相连，将电压分配迁移区，形成均匀电场；高压电源(3)为反应区提供电压，通过串联电路(4)与地线相连，将电压分配到反应区；迁移区和反应区两者是分立的；离子门电源(5)与离子门相连，为离子门的开启和关闭提供脉冲电压支持，离子在反应区产生，在电场的作用下，通过离子门，进入迁移区被电荷探测器(7)探测到，从而实现离子迁移谱的功能。


2.根据权利要求1所述的离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪，其特征在于：所述迁移区电压为非恒定值，是一个随时间变化的函数。


3.根据权利要求2所述的离子迁移速度补偿的离子迁移谱仪，其特征在于：所述迁移区随电压变化函数过程为：离子门电源(5)开启时，可编程高压电源(1)提供的初始电压V0；离子门电源(5)关闭瞬间时，此时可编程高压电源(1)提供的电压在初始电压V0的基础上开始均匀提升，提升的幅度为ΔV/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏磊，黄超群，沈成银，李爱悦，储焰南，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34