專利名稱：一種用于提高傳統(tǒng)離子遷移管靈敏度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子遷移管，具體涉及一種提高離子遷移管靈敏度的方法
背景技術(shù)：
離子遷移譜(MS)是20世紀(jì)60年代末出現(xiàn)的，經(jīng)過幾十年的發(fā)展已成為基于分子水平上較成熟的現(xiàn)場(chǎng)痕量檢測(cè)技術(shù)。離子遷移譜儀中的核心部件為離子遷移管。在離子遷移管中，樣品分子在離化源的作用下，可以產(chǎn)生相應(yīng)產(chǎn)物離子。將這些產(chǎn)物離子放置在大氣環(huán)境恒定電場(chǎng)中，它們因受電場(chǎng)的加速和中性大氣分子的碰撞減速，在宏觀上就表現(xiàn)為獲得了一個(gè)恒定的平均速度。由于不同的產(chǎn)物離子其荷質(zhì)比、空間幾何構(gòu)型和碰撞截面不同，因而獲得的平均速度也不同，所以在經(jīng)過一段電場(chǎng)以后他們就被分離，先后到達(dá)探測(cè)器從而完成被檢測(cè)的過程。傳統(tǒng)的離子遷移管結(jié)構(gòu)如圖I所示其主要由電離區(qū)I、遷移區(qū)2、探測(cè)器3組成。電離區(qū)I設(shè)置于遷移區(qū)2的起始端，并且兩者之間設(shè)置有離子門4 ;探測(cè)器3設(shè)置在遷移區(qū)·2的末端。如圖2所示，離子遷移管中的離子門4 一般由兩個(gè)靠得很近的金屬門柵41組成，這兩個(gè)金屬門柵之間相互絕緣。傳統(tǒng)的離子遷移管的工作方式描述如下待測(cè)樣品的微粒進(jìn)入離化區(qū)，在離化源(通常為63Ni)的作用下通過質(zhì)子奪取反應(yīng)、電子附著反應(yīng)、電子交換反應(yīng)等生成相對(duì)穩(wěn)定的產(chǎn)物離子。產(chǎn)物離子通過離子門的控制在同一時(shí)間內(nèi)成批進(jìn)入遷移區(qū)進(jìn)行遷移。在經(jīng)過一段電場(chǎng)以后他們就被分離，先后到達(dá)收集器形成微弱的脈沖電信號(hào)，從而完成被檢測(cè)的過程。在圖I中，Vi為離化區(qū)電壓，Vg為第一個(gè)離子門柵的電壓，Vd為第二個(gè)離子門柵的電壓，同時(shí)第二個(gè)離子門柵電壓又是遷移區(qū)的起始端電壓(即遷移區(qū)的最高電壓)，同時(shí)遷移區(qū)上的各電極電壓由電阻分壓獲得，管體外殼和收集器為零電位。在離子門關(guān)閉的情況下，各電極電壓分別為IVi I =V1、|Vg|=V2、IVdl =V3，其高低關(guān)系如下V1 V3>V2 0在開門的瞬間，Vg將被施加一個(gè)同原先電壓極性相同的脈沖，幅度為AV，這時(shí)又有如下關(guān)系V1 (V2+AV) >V3 0顯然在離子門關(guān)閉時(shí)，離子門兩個(gè)門柵間有一個(gè)與遷移區(qū)電場(chǎng)方向相反的電場(chǎng)，離子無法通過。在開門瞬間，反向電場(chǎng)被糾正，離子被允許通過。以上介紹的是傳統(tǒng)的離子遷移管的工作方式，其弊端在于Vi的電位遠(yuǎn)高于Vg和Vd,因此電離區(qū)產(chǎn)生的離子也是有明顯的運(yùn)動(dòng)方向的，其方向是從電離區(qū)朝離子門柵方向運(yùn)動(dòng)，在離子門關(guān)閉時(shí)，由于離子無法越過門柵間的反向電場(chǎng)，因此大部分離子會(huì)撞到第一級(jí)門柵的金屬絲上放電，損失成為中性離子，造成了離子利用效率的低下，從而影響儀器靈敏度指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)離子遷移管的工作方式造成離子利用率低下，從而影響儀器靈敏度的問題，而提供一種用于提高傳統(tǒng)離子遷移管靈敏度的方法。本方法在不改變傳統(tǒng)離子遷移管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下，有效解決傳統(tǒng)離子遷移管工作方式造成的離子利用率低下的問題端，減少離子門關(guān)閉時(shí)電離區(qū)離子的損失，從而提高儀器靈敏度。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種用于提高傳統(tǒng)離子遷移管靈敏度的方法，該方法中首先使得離子遷移管在離子門關(guān)閉時(shí)電離區(qū)的電壓VI、第一離子門柵的電壓V2以及第二離子門柵的電壓V3滿足如下公式
V1=V3>V2 0,其中，第二離子門柵的電壓V3與第一離子門柵的電壓Vl之間的反向電場(chǎng)幅度為7疒30V，并且第二離子門柵與電離區(qū)保持相等電位，使得電離區(qū)產(chǎn)生的離子能夠充分達(dá)到飽和；在開門瞬間，對(duì)電離區(qū)的電壓Vl施加一個(gè)同原先電壓極性相同、幅度為AVl的脈沖，對(duì)第一離子門柵的電壓V2也施加一個(gè)同原先電壓極性相同、幅度為AV的脈沖，使得(VI+ Δ VI) (V2+ Δ V) >V3 0,由此在關(guān)門時(shí)，在電離區(qū)積累的離子，在電場(chǎng)力的作用下，瞬間進(jìn)入遷移區(qū)進(jìn)行遷移。采用本發(fā)明后，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的離子遷移管在離子利用率上能提高5倍以上，對(duì)常見樣品的極限探測(cè)靈敏度能提升5至10倍，大幅提高儀器的靈敏度性能指標(biāo)。
以下結(jié)合附圖
和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。圖I為傳統(tǒng)離子遷移管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為傳統(tǒng)離子遷移管中電子門柵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明基于實(shí)施的離子遷移管的連接原理圖；圖4為離子門關(guān)閉時(shí)離子遷移管中各電極電壓分布示意圖；圖5為離子門打開瞬間離子遷移管中各電極電壓分布示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。參見圖3，其所示為本發(fā)明基于實(shí)施的離子遷移管的連接原理圖，由圖可知，本發(fā)明對(duì)傳統(tǒng)離子遷移管結(jié)構(gòu)沒有進(jìn)行改變，其同樣包括電離區(qū)100、遷移區(qū)200、探測(cè)器300，其中電離區(qū)100設(shè)置于遷移區(qū)200的起始端，在兩者之間設(shè)置有離子門400，探測(cè)器300設(shè)置在遷移區(qū)200的末端；離子遷移管中的離子門400由第一金屬離子門柵401和第二金屬離子門柵402組成，這兩個(gè)離子門柵靠得很近，并且兩者之間相互絕緣，其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
在實(shí)施時(shí)，在遷移區(qū)200外接高壓電源500，以提供遷移區(qū)恒定電場(chǎng)，同時(shí)遷移區(qū)內(nèi)的各電極電壓由相應(yīng)的電阻分壓獲得。離化區(qū)100的電壓為Vi，第一離子門柵401的電壓為Vg，第二離子門柵402的電壓為Vd，同時(shí)第二離子門柵402的電壓又是遷移區(qū)的起始端電壓，即遷移區(qū)的最高電壓，管體外殼和收集器為零電位。在離子門關(guān)閉的情況下，各電極電壓分別為|Vi|=Vl、|Vg|=V2、|Vd|=V3，它們之間的電壓聞低關(guān)系如下V1=V3>V2 0,由上式可知，在離子門關(guān)閉時(shí)，離化區(qū)100的電壓Vl與遷移區(qū)最高電壓抑制，即與第二離子門柵402的電壓V2—致，第二離子門柵的電壓V3與第一離子門柵的電壓Vl之間的反向電場(chǎng)幅度在7V 30V之間，具體可以為IOV或者20V，并且與電離區(qū)的電壓之間沒有顯著的電位差，即第二離子門柵與電離區(qū)保持相等電位，由此使得電離區(qū)產(chǎn)生的離子能夠充 分達(dá)到飽和。在開門瞬間，離化區(qū)100的電壓Vi將被施加一個(gè)同原先電壓極性相同(即與電離區(qū)原來所施加的電壓Vi極性相同)的脈沖600，幅度為Λ VI，第一離子門柵的電壓Vg也將被施加一個(gè)同原先電壓極性相同(即與第一離子門柵的電壓Vg極性相同)的脈沖700，幅度為AV，這時(shí)使得各電極電壓之間的高低關(guān)系如下(VI+ Δ VI) (V2+ Δ V) >V3 0,其中(VI+Λ VI)與(V2+ Δ V)之間相差200V 600V，(V2+ Δ V)與V3之間相差I(lǐng)OV 30V，V3 為 1300V 2500V。此時(shí)，關(guān)門時(shí)在電離區(qū)積累的離子，在電場(chǎng)力的作用下，瞬間進(jìn)入遷移區(qū)進(jìn)行遷移。對(duì)比上述發(fā)明的開門工作方式，傳統(tǒng)的離子遷移管的工作方式中，在離子門關(guān)閉時(shí)Vl的電位遠(yuǎn)高于V2和V3 (相差100疒300V)，因此電離區(qū)產(chǎn)生的離子也是有明顯的運(yùn)動(dòng)方向的，其方向是從電離區(qū)朝離子門柵方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)由于離子無法越過門柵間的反向電場(chǎng)，因此大部分離子會(huì)撞到第一級(jí)門柵的金屬絲上放電，損失成為中性離子，其損失率高達(dá)90%以上，造成了離子利用效率的低下，從而影響儀器靈敏度指標(biāo)。而本發(fā)明針對(duì)此情況在不改變傳統(tǒng)離子遷移管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下，通過改變?cè)陔x子門關(guān)閉時(shí)Vl電位，使此時(shí)電離區(qū)產(chǎn)生的離子不具有明顯的運(yùn)動(dòng)方向，減少離子的損失，這種方法使離子利用率提高5倍以上，對(duì)常見樣品的極限探測(cè)靈敏度能提升5至10倍，大幅提聞儀器的靈敏度性能指標(biāo)。基于上述方案，本發(fā)明的具體實(shí)施如下 參見圖4，在遷移區(qū)200接1500V的高壓電源，以提供遷移區(qū)恒定電場(chǎng)，各電極電壓由電阻分壓獲得。其中，電離區(qū)100在離子門關(guān)閉時(shí)保持與遷移區(qū)最高電壓一致，都為1500V，在電離區(qū)中第一離子門柵的電壓為1490V，第二離子門柵的電壓為1500V，探測(cè)器為O電位。由此，使得電離區(qū)產(chǎn)生的離子能夠充分達(dá)到飽和。參見圖5，開門時(shí)電離區(qū)將被施加一個(gè)500V左右的脈沖，第一離子門柵也將被施加一個(gè)15V左右的脈沖。此時(shí)，電離區(qū)電壓為2000V，第一離子門柵的電壓為1505V，第二離子門柵的電壓為1500V，探測(cè)器為O電位。
在該實(shí)例中開門時(shí)間控制在200至400微秒之間，之后進(jìn)行關(guān)門，在關(guān)門時(shí)在電離區(qū)積累的離子，在電場(chǎng)力的作用下，瞬間進(jìn)入遷移區(qū)進(jìn)行遷移，大大提高離子的利用率，從而對(duì)常見樣品的極限探測(cè)靈敏度能提升5至10倍，能大幅提高儀器的靈敏度性能指標(biāo)。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1. 一種用于提高傳統(tǒng)離子遷移管靈敏度的方法，其特征在于，所述方法中首先使得離子遷移管在離子門關(guān)閉時(shí)電離區(qū)的電壓VI、第一離子門柵的電壓V2以及第二離子門柵的電壓V3滿足如下公式V1=V3>V2 0, 其中，第二離子門柵的電壓V3與第一離子門柵的電壓Vl之間的反向電場(chǎng)幅度在疒30V之間，并且第二離子門柵與電離區(qū)保持相等電位，使得電離區(qū)產(chǎn)生的離子能夠充分達(dá)到飽和； 在開門瞬間，對(duì)電離區(qū)的電壓Vl施加一個(gè)同原先電壓極性相同、幅度為AVl的脈沖，對(duì)第一離子門柵的電壓V2也施加一個(gè)同原先電壓極性相同、幅度為AV的脈沖，使得(VI+ Δ VI) (V2+ Δ V) >V3 0, 由此在關(guān)門時(shí)，在電離區(qū)積累的離子，在電場(chǎng)力的作用下，瞬間進(jìn)入遷移區(qū)進(jìn)行遷移。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于提高傳統(tǒng)離子遷移管靈敏度的方法，首先使得離子遷移管在離子門關(guān)閉時(shí)電離區(qū)的電壓V1、第一離子門柵的電壓V2以及第二離子門柵的電壓V3滿足如下公式V1=V3>V2>>0，在開門瞬間，對(duì)電離區(qū)的電壓V1施加一個(gè)同原先電壓極性相同、幅度為ΔV1的脈沖，對(duì)第一離子門柵的電壓V2也施加一個(gè)同原先電壓極性相同、幅度為ΔV的脈沖，使得(V1+ΔV1)>>(V2+ΔV)>V3>>0，由此在關(guān)門時(shí)，在電離區(qū)積累的離子，在電場(chǎng)力的作用下，瞬間進(jìn)入遷移區(qū)進(jìn)行遷移。利用該方法使得傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的離子遷移管在離子利用率上能提高5倍以上，對(duì)常見樣品的極限探測(cè)靈敏度能提升5至10倍，大幅提高儀器的靈敏度性能指標(biāo)。
文檔編號(hào)H01J49/26GK102903598SQ201210409048
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者袁曦, 陳勇, 疏天民, 金潔 申請(qǐng)人:公安部第三研究所