一种提高离子迁移谱峰峰分离度的离子迁移管制造技术

本发明专利技术公开一种提高离子迁移谱峰峰分离度的离子迁移管。通过在同一根离子迁移管内设置两个相互间隔、平行放置的第一和第二离子门，将离子迁移管内部分为电离区、迁移区和压缩区这三个依次相邻的区域；迁移区内形成恒定的轴向均匀直流电场，将经过第一离子门注入的离子团分离成离子迁移率K不同的多个薄片状离子团，并传输至第二离子门；第二离子门相对于第一离子门多次延迟短暂开启，将迁移区内离子迁移率K不同的薄片状离子团依次选通注入压缩区内进行离子团时域宽度的压缩校正，并快速传输至离子接收极检测。本发明专利技术所公开的离子迁移管，在提高离子迁移管分辨能力的同时，实现离子迁移谱图中峰峰分离度的有效提高。子迁移谱图中峰峰分离度的有效提高。子迁移谱图中峰峰分离度的有效提高。

【技术实现步骤摘要】
一种提高离子迁移谱峰峰分离度的离子迁移管


[0001]本专利技术涉及离子迁移谱仪的核心部件离子迁移管，具体地说是一种提高离子迁移谱峰峰分离度的离子迁移管。

技术介绍

[0002]迁移时间离子迁移谱(Ion Mobility Spectrometry,IMS)是一种类似飞行时间质谱的脉冲离子团分离与检测技术。脉冲离子团的形成，主要通过离子门控注入技术来实现。经离子门注入IMS迁移区的离子团在轴向均匀直流电场中进行传输和分离，离子团的初始注入时域宽度w
inj
与离子热运动扩散、库伦斥力等因素造成的离子团时域宽度展宽w
diff
、w
coul
一起，共同决定了离子迁移谱的分辨能力及峰峰分离度，即R＝t
d
/(w
inj2
+w
diff2
+w
coul2
)
1/2
，R
p
‑
p
＝0.59(1/α
‑
1)R。
[0003]常规IMS通常采用单一离子门，在离子门控注入过程中对离子团的初始注入时域宽度w
inj
进行压缩，实现离子迁移谱分辨能力的提高。例如，陈创等(CN100491765B)于2018年公开了一种Bradbury
‑
Nielsen型离子门(BNG)的控制方法，在BNG关门时，将两组丝的电压同时提高，于迁移区紧邻离子门的区域内形成时域增强电场，对注入迁移区内离子团的初始注入时域宽度w
inj
进行压缩，实现IMS分辨能力的提高。陈红等(CN111199865B)于2018年公开了一种三平行栅离子门及控制方法，在离子团注入过程中，对离子团的初始注入时域宽度w
inj
进行两级压缩，实现了IMS分辨能力的提高。但是，对于IMS峰峰分离度是否获得提高，这两项专利技术专利中均没有报道。另外，这种离子团初始注入时域宽度压缩的方法，仅对于离子迁移区长度L较短的IMS，分辨能力提升作用明显。当离子迁移区长度L较大时，离子热运动扩散、库伦斥力等因素造成的离子团时域展宽w
diff
、w
coul
对IMS分辨能力R及峰峰分离度R
p
‑
p
的影响加剧，起主导作用。因此，如何对w
diff
和w
coul
进行压缩校正，是迁移区长度L较大的IMS实现分辨能力及峰峰分离度同时提高的关键。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种提高离子迁移谱峰峰分离度的离子迁移管。离子迁移管具有两个平行间隔设置的第一离子门和第二离子门，将离子迁移管内部分为电离区、迁移区和压缩区三个依次相邻的区域，迁移区内形成恒定的轴向均匀直流电场，压缩区内形成与离子门开启、关门协同一致的时域增强直流电场；第一离子门与迁移区相结合实现初始离子团的脉冲注入和离子迁移率K分离，第二离子门与压缩区相结合实现迁移区内离子迁移率K不同离子团的选通注入和时域宽度压缩，在提高离子迁移管分辨能力的同时，实现离子迁移谱图中峰峰分离度的有效提高。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种提高离子迁移谱峰峰分离度的离子迁移管，所述离子迁移管为3个以上环状电极和2个以上环状绝缘体自左至右依次同轴交替叠合构成的圆柱状中空腔体，于腔体左端设置离子源、右端设置离子接收极；
[0007]腔体内位于离子源和离子接收极之间，自左至右依次设置第一离子门和第二离子门，将腔体内分成三个区域，其中离子源和第一离子门间构成电离区，第一离子门和第二离子门间构成轴向长度为L
d
的迁移区，L
d
介于100～200mm之间，优选110～140mm，第二离子门和离子接收极间构成轴向长度为L
c
的压缩区，L
c
介于1～15mm之间，优选5～10mm；
[0008]第一离子门由自左至右绝缘间隔设置、相互平行的第一栅网电极与第二栅网电极构成，第二离子门由自左至右绝缘间隔设置、相互平行的第三栅网电极与第四栅网电极构成，第二栅网电极与第三栅网电极施加的电压恒定不变，于迁移区内形成恒定的轴向均匀直流电场E
d
，调制第一栅网电极的电压高于或低于第二栅网电极的电压控制第一离子门的开启或关闭，调制第四栅网电极的电压高于或低于第三栅网电极的电压控制第二离子门的开启或关闭，第二离子门开启时，压缩区内形成与迁移区内相同的轴向均匀直流电场E
d
，E
d
介于15～30V/mm之间，优选20～25V/mm，第二离子门关闭时，压缩区内形成时域增强的轴向均匀直流电场E
c
，E
c
介于100～150V/mm之间，优选110～130V/mm；
[0009]L
d
大于L
c
，E
c
强度大于E
d
强度，离子迁移率为K的离子通过迁移区的迁移时间远大于该离子通过压缩区的迁移时间；
[0010]离子迁移管工作时，进入电离区的中性样品分子被离子源电离形成产物离子，第一离子门于离子迁移管工作周期的计时零点T＝0时短暂开启，电离区中产物离子以脉冲离子团形式注入迁移区，离子迁移率K不同的产物离子在迁移区中直流电场E
d
的驱动下被分离成N个薄片状离子团，并向着第二离子门迁移，N为大于等于3的正整数；
[0011]第二离子门于计时时刻T＝t
delay
‑1、T＝t
delay
‑2、
…
、T＝t
delay
‑
N
时依次短暂开启并关闭，将迁移区中离子迁移率K1＝L
d
/(E
d
×
t
delay
‑1)、K2＝L
d
/(E
d
×
t
delay
‑2)、
…
、K
N
＝L
d
/(E
d
×
t
delay
‑
N
)的薄片状离子团依次选通注入压缩区中，薄片状离子团的时域宽度被压缩，并被快速传输至离子接收极检出，于离子迁移管工作周期的计时终点T＝t
period
时，离子迁移管输出一张完整的峰峰分离度有效提高的离子迁移谱图；
[0012]延迟时间t
delay
‑1、t
delay
‑2、
…
、t
delay
‑
N
、t
period
均为大于0的正数，并且t
delay
‑1＜t
delay
‑2＜
…
＜t
delay
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高离子迁移谱峰峰分离度的离子迁移管，所述离子迁移管为3个以上环状电极和2个以上环状绝缘体自左至右依次同轴交替叠合构成的圆柱状中空腔体，于腔体左端设置离子源(1)、右端设置离子接收极(2)，其特征在于：腔体内位于离子源(1)和离子接收极(2)之间，自左至右依次设置第一离子门(3)和第二离子门(4)，将腔体内分成三个区域，其中离子源(1)和第一离子门(3)间构成电离区(5)，第一离子门(3)和第二离子门(4)间构成轴向长度为L
d
的迁移区(6)，L
d
介于100～200mm之间，优选110～140mm，第二离子门(4)和离子接收极(2)间构成轴向长度为L
c
的压缩区(7)，L
c
介于1～15mm之间，优选5～10mm；第一离子门(3)由自左至右绝缘间隔设置、相互平行的第一栅网电极(31)与第二栅网电极(32)构成，第二离子门(4)由自左至右绝缘间隔设置、相互平行的第三栅网电极(41)与第四栅网电极(42)构成，第二栅网电极(32)与第三栅网电极(41)施加的电压恒定不变，于迁移区(6)内形成恒定的轴向均匀直流电场E
d
，调制第一栅网电极(31)的电压高于或低于第二栅网电极(32)的电压控制第一离子门(3)的开启或关闭，调制第四栅网电极(41)的电压高于或低于第三栅网电极(41)的电压控制第二离子门(4)的开启或关闭，第二离子门(4)开启时，压缩区(7)内形成与迁移区(6)内相同的轴向均匀直流电场E
d
，E
d
介于15～30V/mm之间，优选20～25V/mm，第二离子门(4)关闭时，压缩区(7)内形成时域增强的轴向均匀直流电场E
c
，E
c
介于100～150V/mm之间，优选110～130V/mm；L
d
大于L
c
，E
c
强度大于E
d
强度，离子迁移率为K的离子通过迁移区(6)的迁移时间远大于该离子通过压缩区(7)的迁移时间。2.根据权利要求1所述的离子迁移管，其特征在于：离子迁移管工作时，进入电离区(5)的中性样品分子被离子源(1)电离形成产物离子，第一离子门(3)于离子迁移管工作周期的计时零点T＝0时短暂开启，电离区(5)中产物离子以脉冲离子团形式注入迁移区(6)，离子迁移率K不同的产物离子在迁移区(6)中直流电场E
d
的驱动下被分离成N个薄片状离子团，并向着第二离子门(4)迁移，N为大于等...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈创，李海洋，蒋丹丹，杨其穆，徐一仟，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：