[发明专利]具有减噪功能的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及对生化物质进行测定，属于现场分析检测领域，具体为一种在迁移区电极和电流检测电极周围分别增加一圈屏蔽电极并接地，降低信号检测噪声的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪。

背景技术

高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS，High-field Asymmetric Waveform Ion MobilitySpectrometry)，是于上世纪九十年代逐步发展起来的一种生化物质检测技术。它主要利用高电场下离子的迁移率会随电场强度的变化而不同的特性来分离检测不同种类的物质。它的基本原理如下：在低电场条件下，离子的迁移率系数与电场强度无关；当电场强度高到一定值（E/N>40Td）以后，离子的迁移率系数K就会以一种非线性的方式随电场强度而变化。离子在高场下的迁移率与电场强度的关系可用如下式子表示：

K=K₀[1+α₁(E/N)²+α₂(E/N)⁴+…]

其中K为离子在高电场下的迁移率，K₀为离子在低电场下的迁移率，E为电场强度，N为气体密度，α₁,α₂为离子迁移率分解系数。令α(E)=[α₁(E/N)²+α₂(E/N)⁴+…]，则K=K₀[1+α(E)]。当α(E)>0时，K>K₀，则K随E增大而增大；当α(E)<0时，K<K₀，则K随着E的增大而减小；当α(E)≈0时，K≈K₀。由上述分析可见，在高电场的作用下，离子的迁移率会呈现出各自不同的非线性变化趋势，这就使得在低电场强度条件下离子迁移率相同或相近的离子能够在高电场强度条件下被分离开。

目前，高场非对称波形离子迁移谱主要有平板型和圆筒型两种结构，相比于圆筒型，平板型高场非对称波形离子迁移谱仪更易于用微机电系统技术（MEMS，Micro ElectroMechanical System）进行加工集成，便于微型化，因此在便携式生化检测仪器方面具有更大的优势。

对平板型高场非对称波形离子迁移谱仪进行深入研究的主要有Sionex公司和清华大学。其中Sionex公司的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪的结构如图1所示。清华大学提出的中国专利“平板结构高场非对称波形离子迁移谱仪的离子聚焦方法”（申请号201010619966.5）在下迁移区电极加上一个直流电压，使离子在分离的同时向迁移区中心聚集，减少因扩散、载气扰动等因素带来的离子损失，增大信号强度，其结构如图2所示。另外，清华大学申请的中国专利“平板型高场非对称波形离子迁移谱仪的聚集装置及方法”（申请号20120211272.7）在迁移区前端设置至少一个聚焦区，在每个聚焦区的上基片和下基片上设置至少一副聚焦极板对，并上下正对，其结构如图3所示。同时在每副聚焦极板对上施加特定的电压，施加的电压有两种模式，直流聚焦模式为在聚焦极板对上间隔施加相同的直流电压，如图4所示；射频聚焦模式为在每副聚焦极板对上施加正弦射频电压，相邻聚焦极板对射频电压相位相差180°，如图5所示。所施加的电压使得离子在进入迁移区之前对离子束的宽度进行约束，减少因为离子在迁移区内分散而造成的谱线展宽，提高系统的分辨率。但是以上这些结构都存在着不足：由于在迁移区电极上施加的非对称波形射频电压是一个高压高频电压，会在整个空间内产生电磁干扰；而电流检测电极检测到的电流是一个皮安量级的微弱信号，这个信号非常容易受到非对称波形射频电压的干扰，导致最后检测的信号噪声很大，偏离实际值。

发明内容

本发明的目的是克服现有平板型高场非对称波形离子迁移谱仪的不足，提供一种降低噪声的结构设计，使得电流检测不容易受到非对称波形射频电压的干扰，提高系统的性能。

本发明的技术方案如下：