一种空间聚焦离子门组件及空间聚焦型离子迁移管

摘要

本发明涉及一种非共面的新型空间聚焦离子门组件及空间聚焦型离子迁移管。利用改变离子门的结构和空间分布以及在迁移区施加脉冲加速电压实现离子轴线方向分布的离子压缩，从而提高离子迁移谱的分辨率和峰容量，提高离子迁移谱的性能和扩大应用范围。

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间聚焦型离子迁移谱。利用改变离子门的结构和空间 分布以及在迁移区施加脉冲加速电压实现离子轴线方向分布的离子压缩，从 而提高离子迁移谱的分辨率和峰容量，提高离子迁移谱的性能和扩大应用范 围。该发明属于仪器分析技术。

背景技术

离子迁移谱（Ion Mobility Spectrometry，IMS）是一种基于气相离子分离 和检测的高灵敏度、快速检测仪器。高灵敏度、分析速度快、价格低、结构 简单、便携等优点使其广泛应用爆炸物探测、毒品筛查以及化学战剂预警等 领域。据报道，国外用于机场和军方的各种离子迁移谱仪器超过65000台/ 套。但是，分辨能力较低一直是困扰离子迁移谱应用和发展的瓶颈之一。

空间聚焦是质谱中的一项技术，它解决了离子初始状态时所处的位置及 电势的不同从而获得了不同的飞行速度造成的飞行时间不同的问题。利用空 间聚焦可以实现质谱分辨率的大幅度提高。质谱中聚焦的实现是在真空条件 下进行的，离子依靠加速电场和惯性飞行，所获得能量不会因碰撞而散失。 离子迁移管是在大气压条件下实现离子分离的技术。由于与漂气分子剧烈的 碰撞，离子的飞行需要电场的推动。要实现大气压条件下的聚焦，必须实现 初始条件下离子所处的电场梯度不同（非均匀场），即从而使飞 行开始时处于后端的离子能够以更快的速度追赶上前端的离子，实现空间聚 焦。

轴线型高场非对称性离子迁移谱利用电场的空间分布差异实现离子在轴 线的聚焦。而直线型离子迁移谱是在大气压下工作，利用不同离子在均匀电 场中的飞行速度不同实现不同物质的分离和分析。由于大气压下离子碰撞严 重，质谱的空间聚焦无法在直线型离子迁移谱中应用。

鉴于直线式的离子迁移管的广泛应用前景，实现直线型离子迁移谱的空 间聚焦，从而提高其分辨率和峰容量具有重要的意义和价值。

发明内容

本发明提供一种结构简单、具有离子轴线空间聚焦功能空间聚焦离子门 组件及空间聚焦型离子迁移管。

本发明采用的技术方案为：

聚焦功能的离子迁移管由空间聚焦离子门模块与迁移区模块构成。迁移 管采用传统的设计，通过改变离子门空间几何参数实现离子在离子门区域的 空间聚焦。

具体为：

离子门由高压金属丝组和低压金属丝组构成，高压金属丝组和低压金属 丝组分别处于相互平行的两个平面内，且高压金属丝组中的金属丝与低压金 属丝组中的金属丝于平行于它们所处平面的一平面上的投影相互交叉分布； 高压金属丝组中的金属丝相互平行设置，低压金属丝组中的金属丝相互平行 设置。

高压金属丝组中的金属丝与低压金属丝组中的金属丝于平行于它们所处 平面的一平面上的投影相互交叉分布是指，高压金属丝组中金属丝的投影与 低压金属丝组中金属丝的投影依次交错、且均匀地间隔设置；即每二个相邻 的高压金属丝组中金属丝的投影间均通过低压金属丝组中金属丝的投影相间 隔、每二个相邻的低压金属丝组中金属丝的投影间均通过高压金属丝组中金 属丝的投影相间隔。

高压金属丝组和低压金属丝组所处平面间的距离0.01mm到3mm，其中 低压金属丝组更靠近离子进入端。

高压金属丝组中相邻金属丝间的距离为0.1mm到1cm；低压金属丝组中 相邻金属丝间的距离为0.1mm到1cm。高压金属丝组中金属丝的直径为 0.01mm到2mm；低压金属丝组中金属丝的直径为0.01mm到2mm。

本发明涉及一种非共面的新型空间聚焦离子门组件及空间聚焦型离子迁 移管。利用改变离子门的结构和空间分布以及在迁移区施加脉冲加速电压实 现离子轴线方向分布的离子压缩，从而提高离子迁移谱的分辨率和峰容量， 提高离子迁移谱的性能和扩大应用范围。

附图说明

图1为非共面的空间聚焦离子门组件。

图2为聚焦型离子迁移管；包括聚焦型离子门组件（1）、反应区（2）、电 离源（3）、迁移区（4）、栅网（5）及法拉第盘（6）。

图3为非共面空间聚焦型离子门附近的电场分布。

具体实施方式

一种空间聚焦离子迁移管，包括电离源、空间聚焦离子门组件和栅网及 法拉第盘，空间聚焦组件将离子迁移管的电离源与栅网及法拉第盘之间的空 间分割成反应区迁移区。

所用的离子门组件由不共平面且相互间绝缘的两组金属丝组平行排列 构成，在离子门的靠近离子入口的低压金属丝组上施加相当于其所处迁移管 中位置的电势的恒定电压，离子门的远离离子入口的低压金属丝组上施加周 期性的高压，其绝对值高于第一组金属丝上的恒定电压绝对值，该高压在低 压金属丝组与低压金属丝间形成阻断离子的控制电场，实现离子门的功能， 将离子周期性的注入到迁移区中。高压金属丝组后形成一个聚焦电场，实现 聚焦功能，将注入的离子进行压缩。

如图2所示，一种空间聚焦离子迁移管，包括空间聚焦离子门组件；利 用离子门组件中高压丝组和低压丝组的非共面性形成的空间非均匀电场，增 大了清空区和压缩区，使得空间离子团的被压缩，实现离子的初次轴向的空 间聚焦。图3分别给出了共面型和非共面空间聚焦型离子门附近的电场分 布。非共面空间聚焦型离子门附近的清空区（黑色部分）和压缩区（深蓝色 部分）明显增大，能够实现离子在轴线方向的聚焦。