纵向场驱动场致非对称离子迁移过滤器和检测系统技术方案

一种带有离子化样品介质并产生离子的电离源（１８）的非对称场离子迁移分光计（１０），一种离子过滤器（２４）位于电离源下游的分析间隙中以产生非对称电场来过滤离子。一种产生横向于（２６）方向的电场的离子流动发生器，其驱动离子通过非对称电场流向检测器（３２）。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请是1999年7月21日提交的申请号为No.09/358,132申请的部分继续申请。质谱仪非常灵敏并具有高选选择性，可以提供快速的反应时间。然而，质谱仪体积大并需要极大功率来操作。为了将离子从中性分子中分离来实现对选定离子的检测，它们还需要功率强大的真空泵来维持高真空度，所以它们还是非常昂贵的。另一种简便的质谱仪技术是快速离子迁移质谱仪，它是一种目前使用在大多数便携化学武器和爆炸物检测器中的方法。检测不仅依赖于质谱，而且也依赖于分子电荷和截面。然而，由于这些不同的特性，对分子种类的识别不象质谱仪一样确定并精确。当试图减小快速离子迁移质谱仪的大小时，即漂移管长度小于2英寸，它们一般会有不可接受的分辨及灵敏性限制。在快速离子迁移中，分辨能力与漂移管长度成正比。漂移管长度越长，分辨能力越好，只要漂移管也足够宽以使所有离子不会由于渗滤而损失到侧壁。因此，一般地，最小化快速离子迁移系统会导致系统性能下降。虽然这些装置相对便宜并可靠，但它们还是有一些限制。首先，通过检测器的样品量少，所以要增加分光计的灵敏性，要么检测器电子元件必须具有非常高的灵敏性，需要昂贵的电子元件，要么需要浓缩器，增加系统的复杂性。此外，要控制将离子注射到漂移管中，通常还需要控制门和门控电子元件。FAIM分光计是前苏联20世纪80年代发展出来的。FAIM分光计允许选取的离子通过过滤器，而阻断不需要离子的通过。传统的FAIM分光计体积大并且昂贵，如整个装置大小接近1立方英尺，造价超过25,000美元。这些系统不适于使用在需要小型检测器的应用中。这些系统也相对慢，产生完整的样品气体光谱需要一分钟，它们制备起来很复杂并且不能批量制备。并且，需要将样品介质抽入到分光计并提供载体气体的泵相当大并消耗大量能量。载体气体必须与离子流动方向相同，这样需要一种将分析间隙与电离源隔开的结构。本专利技术的简述本专利技术的目的是提供FAIM过滤器和检测系统，其能比传统FAIM装置更快更精确地控制选取离子的流动以制备样品光谱。本专利技术的另一个目的是提供这样的过滤器和检测系统，其能在不需要扫过偏压的情况下检测多种预选取的离子。本专利技术的另一个目的是提供这样的过滤器和检测系统，其甚至能在没有偏压的情况下检测选取的离子。本专利技术的另一个目的是提供这样的过滤器和检测系统，其能依据离子的轨迹空间检测离子。本专利技术的另一个目的是提供这样的过滤器和检测系统，其具有高分辨能力。本专利技术的另一个目的是提供这样的过滤器和检测系统，其能比传统的检测装置要快速地检测选取的离子。本专利技术的另一个目的是提供这样的过滤器和检测系统，其具有十亿分之几到万亿分之几的灵敏度。本专利技术的另一个目的是提供这样的过滤器和检测系统，其可包装在单一电路片中。本专利技术的另一个目的是提供这样的过滤器和检测系统，其具有实施及制备有效的成本。本专利技术的另一个目的是提供这样的过滤器和检测系统，其不需要通常与分光计相关的高流量，高功率消耗的泵。本专利技术产生于这样的事实，用来将样品介质(如气体)抽入到FAIM分光计中并提供载体气体流动的泵可以制成较小的泵，或通过加入在所需离子运动通道的方向上产生纵向电场以驱动离子流向检测器并通过作为离子过滤器横向指向非对称电场的离子流动发生器来消除部分泵。这样的结果是可以加入低成本，低流量以及体积小的泵，甚至是微型机械泵；降低功率消耗，能在离子运动方向的相反方向使用清洁过滤的气体(如，除湿空气)来消除离子束以及分光计对湿度作用的敏感性。这样就不再需要用于源气体和清洁过滤气体的隔开的流动通道，这样减少了先有技术所教授的保持隔开流动通道所需的结构。并且，如果使用电喷嘴作为电离源，用来产生微小溶剂滴的电极可以除去，因为产生纵向和横向电场的电极的作用是运输离子及产生微小溶剂喷滴。如果需要，可将分光计制成非常小的，并可使用在化学和军事应用中，作为质谱仪的过滤器，作为气体套色复制的检测器，作为分辨率增加的飞行时间离子迁移分光计的前末端，或作为flexural plate wave device的过滤器。本专利技术产生于这样的事实，即非常小，精确并快速的FAIM过滤器和检测系统可通过使用一对隔开的基片在样品入口和出口之间界定流动通道并在流动通道中安置离子过滤器来获得，过滤器包括一对隔开的电极(一个电极与一个基片相连)和控制器(控制器用来选择性地在电极间施加偏压和非对称周期电压以控制通过过滤器的离子通道)。本专利技术产生于这样的事实，即通过提供一组过滤器，每个过滤器与不通的偏压相连，过滤器可用来在没有扫过偏压的情况下检测多种选取的离子。本专利技术产生于这样的事实，即通过改变周期电压的负载循环，而不需要偏压。本专利技术产生于这样的事实，即通过分段检测器，通过依据当离子离开过滤器时离子的轨迹空间检测离子，离子检测可高精确度和高分辨能力地实施。本专利技术的特点是一种离子迁移分光计，包括用于离子化样品介质并产生离子电离源；分析间隙；用来产生非对称电场以过滤离子的位于电离源的下游分析间隙中的离子过滤器；用来产生横向于非对称电场方向的电场的离子流动发生器；其是纵向的用来驱动离子通过非对称电场；以及用来感应没有被离子过滤器过滤的离子的离子检测器离子检测器一般位于最接近离子流动发生器的位置。分光计可以是放射源，紫外线灯，电晕放电装置，或是电喷嘴。离子过滤器优选地与电控制器连接，用来给离子过滤器施加偏压和非对称周期电压。离子过滤器一般包括一对隔开的电极，用来在它们之间产生非对称电场。离子流动发生器一般包括与这些电极相隔离的多个隔开的离散电极，用来产生横向电场，驱动离子通过非对称电场并到达检测器。可替换地，离子流动发生器包括隔开的电阻层，在每层施加电压以产生纵向电场，驱动离子通过非对称电场并到达检测器。在另一个实施方案中，离子过滤器包括与电控制器电连接的多个第一离散电极，电控制器对电极施加非对称周期电压。离子流动发生器包括分散在离子过滤器电极中的并与电源连接的多个第二离散电极，电源在多个第二离散电极上施加梯度电压。分析间隙通常由壳体包着。离子过滤器包括在壳体内表面上的电极，离子流动发生器包括接近离子过滤器电极但又与其隔开的电极。离子检测器也包括最接近离子过滤器和离子流动发生器的壳体的内表面上的电极。分析间隙通常由壳体包着，离子过滤器可以包括在壳体外表面上的电极，离子流动发生器包括在壳体内表面上的电阻层。在每个电阻层上施加电压以产生纵向电场。或者，离子过滤器和离子流动发生器结合在一起，并包括一系列离散传导元件，每个元件在不同相位受到电源的激发。本专利技术的示图简述从下列对优选实施方案和所附示图的描述，此领域中的技术人员会想到其他目的，特点和优点。附图说明图1是依据本专利技术的微型机过滤器和检测系统的示意方框图；图2示意表示当离子流过图1所示的过滤器电极流向检测器时的离子；图3A图示了检测丙酮所需的偏压和可获得的灵敏度；图3B，如同图3A，图示了检测二乙基甲基胺所需的偏压；图4是依据本专利技术的隔开的微型机过滤器的剖视图；图5是包装的微型机过滤器和检测系统的三维视图，包括流体流动泵，演示了可以实现的最小尺寸；图6是依据本专利技术的一个实施方案的分解图，其中过滤器检测器组安置在单一流动通道中；图7如同图6，是分离图，其中过滤器组是重叠的，一个过滤器和检测器与单一流动通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非对称场离子迁移分光计，包括： 电离源，用来离子化样品介质并产生离子； 分析间隙； 位于电离源下游的分析间隙中的离子过滤器，用来产生非对称对称以过滤离子； 离子流动发生器，用来产生横向于非对称电场的电场，来驱动离子通过非对称电场；以及 离子检测器，用来感应没有被离子过滤器过滤的离子。

【技术特征摘要】
US 1999-11-12 09/439,5431.一种非对称场离子迁移分光计，包括电离源，用来离子化样品介质并产生离子；分析间隙；位于电离源下游的分析间隙中的离子过滤器，用来产生非对称对称以过滤离子；离子流动发生器，用来产生横向于非对称电场的电场，来驱动离子通过非对称电场；以及离子检测器，用来感应没有被离子过滤器过滤的离子。2.根据权利要求1所述的分光计，其中离子检测器最接近离子流动发生器。3.根据权利要求2所述的分光计，其中电离源是放射源。4.根据权利要求1所述的分光计，其中电离源包括紫外线灯。5.根据权利要求1所述的分光计，其中电离源包括电晕放电装置。6.根据权利要求1所述的分光计，其中电离源包括电喷喷嘴。7.根据权利要求1所述的分光计，其中离子过滤器与电控制器连接，用来给离子过滤器施加偏压和非对称周期电压。8.根据权利要求1所述的分光计，其中离子过滤器包括一对隔开的电极，用来产生非对称电场，离子流动发生器包括与隔开的电极隔绝的多个隔开的离散电极，用来产生横向...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉安安A米勒，马克斯泽赫恩，
申请(专利权)人：查尔斯斯塔克布料实验室公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]