[发明专利]一种阶梯场离子迁移管

说明书

本发明涉及离子迁移谱仪器中的离子迁移管，具体地说是一种离子迁移区内部电场呈阶梯状减弱的离子迁移管。其特征在于，该离子迁移区电场由方向相同、场强依次按相同差值减弱的直流电场构成。这种直流电场构成方式，可以充分利用电场差异对离子团的时空聚焦效应，提高离子迁移谱的灵敏度和分辨能力。

技术领域

本发明涉及离子迁移谱仪器中的离子迁移管，具体地说是一种离子迁移区内部电场呈阶梯状递减的离子迁移管。其特征在于，该离子迁移区电场由方向相同、场强依次按相同差值减弱的直流电场构成。这种直流电场构成方式，可以充分利用电场差异对离子团的时空聚焦效应，提高离子迁移谱的灵敏度和分辨能力。

背景技术

离子迁移谱(Ion Mobility Spectrometry,IMS)的分辨率(Resolving Power,R)是离子迁移谱技术中最受关注的一个技术指标。通常，R定义为离子峰的迁移时间(t_d)与离子峰半高全宽(full width at half maximium，w_0.5)的比值，即

根据w_0.5的相关计算公式，R可以进一步表示为

从公式2可以看出，在固定离子们开门时间t_g时，t_d是一个影响分率的重要因素。在一定范围内，减小t_d可以提高IMS的R。

根据公式3，对于具有特定迁移率K的离子来说，减小t_d最有效的办法就是提高离子迁移管内部的电场强度E。

另外，Du等人(Anal.Chem.,2012,84,1725)在2012年提出了一种关于大气离子传输的压缩扩散模型(Compression-Dispersion Model for Ambient IonTransportation)，用于解释电场的变化对离子团在时间尺度和空间尺度上的影响。该模型指出，如果离子团沿着电场强度递减的直流电场运动，离子团的空间宽度和时间宽度均会被压缩。

上述的这些认知，为我们提高离子迁移谱的灵敏度和分离能力提供了一种新的思路：在离子迁移管的迁移区内构建方向相同、强度阶梯递减的直流电场，在减小离子团迁移时间t_d的同时，充分利用电场梯度变化对离子团的时空压缩效应，来提高离子迁移管的灵敏度和分辨能力。

发明内容：

本发明的目的在于，通过在离子迁移区内部构建梯度递减的直流电场，利用非均匀电场对离子团的空间压缩效应来提高离子迁移谱对不同离子的分辨能力和灵敏度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种阶梯场离子迁移管，离子迁移区内部的电场由方向相同、依次按相同差值减弱的直流电场构成，于离子迁移管内部形成电场为阶梯电场的筒状离子迁移区。

于离子迁移管内设有由M个以上的环状导电极片和M-1个以上的环状绝缘极处依次交替同轴叠合构成中空筒体结构，筒体内的中空处即为柱状的离子迁移区，离子迁移区处于离子源和离子接受极之间；M为大于等于4的正整数；

离子迁移区内部的电场由方向相同、呈相同差值依次减弱的直流电场构成是指：沿电离源至离子接受极的方向，所述第一导电极片与第二导电极片之间施加第一直流电场，于所述第二导电极片与第三导电极片之间施加第二直流电场，于所述第三导电极片与第四导电极片之间施加第三直流电场，……于所述第M-1导电极片与第M导电极片之间施加第M-1直流电场；

第一直流电场与第二直流电场的差值等于第二直流电场与第三直流电场的差值、……等于第M-2直流电场与第M-1直流电场的差值；