[实用新型]气相色谱仪与离子迁移谱仪联用设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种气相色谱仪与离子迁移谱仪联用设备。 

背景技术

离子迁移谱仪(IMS)作为一种快速的痕量检测仪器已在毒品、爆炸物、化学战剂等安全检测方面大量使用。IMS有如下优点：1)对单一成分的物质检出限低(纳克～皮克)；2)分析速度快(1～10秒)；3)在大气压条件下工作，没有庞大的真空系统，体积小；4)能够检测正离子和负离子，提供了很好的选择性；5)不需要样品前处理，测试简单。然而和其他现有检测技术相比，IMS有一些局限性：1)不能充分地处理化学混合物，因为在离子源中复杂混合物中离子之间的交互作用会导致IMS分辨模糊或产生不能分辨离子谱。因此当多种成分的化学物干扰存在时，IMS容易发生误探测和假阳性；2)线性响应范围低(限于1～2个量级)，易饱和，因此必须要仔细的控制检测样品的量以避免发生饱和或非线性响应。如果这些局限能被克服IMS将成为一个更有力的分析工具。一个克服IMS局限性的办法是使其与气相色谱仪(GC)联用形成GC-IMS联用谱仪，将GC作为IMS的前端预分器，GC提供了将复杂混合物分离成单一成分进行探测的优势。 

GC与IMS联用已被证实增加的一维GC保留时间信息拓展了IMS对有机化学成分检测的分辨率，实现了更高的检出限，增加了线性范围。已有GC与IMS联用的专利技术，专利US5811059A和专利US6481263B1分别公开了一种GC与单模式IMS联用的技术，其分离能力好于单纯的IMS技术，但是却只能检测一种电性的带电粒子，不能做到正负离子同时检测，对于那些电亲和性相反的物质则无法检测，比如负模式在检测爆炸物方面有着优秀的性能，却不能检测一些农药残留，这将限制GC-IMS的应用范围。而专利DE19502674C1公开了利用切换电场实现正负离子兼测的方法，虽然实现正负离子兼测的目的，但是由于切换时间间隔，不能同时测量正负离子， 在测量中会遗失正负离子关联信息。专利CN201917559U公开了一种GC和双模式离子迁移谱联用的装置，虽然实现了混合物的正负离子同时检测的技术，然而目前包括CN201917559U和US5811059A在内的所公开的GC和IMS联用技术的专利都是将经GC分离的样品直接导入了电离区，这种将GC柱直接导入电离区结构声称适用于包括放射源、光电离源、其他目前已知可用的所有电离源。而电离源是IMS主要功能部件，不同的电离源产生的电离效果对谱仪的性能具有非常直接的影响，比如目前应用最广的放射性β源都会放射出高能初生电子(⁶³Ni：67keV，³H：18keV)，如果采用样品直接引入电离区的设计结构，当样品经过放射源附近时，将会被高能β射线直接打成分子离子碎片，或被电离成带正电的样品分子离子。一方面样品分子离子碎片会导致反应离子峰(RIP)增高，扰乱基线或产生干扰峰，减低谱仪的分辨率，尤其是对于如蛋白、核酸等生物大分子，硬电离源将会产生复杂的碎片，造成难以辨析的图谱，使GC-IMS联用谱仪难以拓宽到有机大分子的检测领域。另一方面样品分子离子碎片或带正电的样品分子离子会进而与反应离子发生反应生成不能分辨离子谱，导致谱线紊乱，严重影响谱线分析。而如果使用另一种应用较广泛的电离源——脉冲电晕放电，虽然电晕放电属于软电离(初生电子5eV～10eV)，不会将样品分子成打碎片，然而会使通过电晕针附近的样品分子电离成带正电的分子离子，带正电的样品分子离子能与未被电离的载气分子反应而增加样品分析的复杂性甚至扰乱峰分析，此外还能与负反应离子发生中和反应被毁灭，从而逃逸检测。除了上述设计缺陷带来的问题外，目前的专利，包括双模式IMS(CN201917559U)和单模式IMS(US5811059A)还存在另一个设计缺陷，即在电离区产生的正离子和负离子在进入反应区时未能被分开。因为电离源电离载气时将会同时产生正离子(主要是(H₂O)_nH⁺)和负离子(主要是O₂^-(H₂O)₂)，在电离区同一空间内生成的正负离子之间会产生库仑吸引力，如果不在电离区加一个推斥电压，在载气流带动下进入反应区的正离子与负离子(或电子)将会因它们之间的碰撞和重新结合而中和，这个反应区将变成一个正负离子毁灭的陷阱，即便在电离区加上一个推斥电压将不同电荷的离子分开，而由于离子重新结合和所造成的损失还是存在的[Siegel，M.W.，Atmospheric pressure ionization，in Plasma Chromatography，Carr，T.W.，Ed.，Plenum Press，New York，1984，chap.3，pp.95-113.]，因此这样的结构设计将会造成反应离 子的损失，从而导致基线信号低下，仪器检测灵敏度下降。