[发明专利]一种基于嵌套式法拉第筒的高场非对称波形离子迁移谱仪

说明书

一种基于嵌套式法拉第筒的高场非对称波形离子迁移谱仪，该离子迁移谱仪包括离子源、迁移区和检测区；其中检测区由两部分组成：一部分是敏感极，作为敏感元件直接连接微弱电流检测电路，另外一部分是偏转极，用直流源来提供电压，这两部分均为导电材料。敏感极的长度小于或等于偏转电极的长度，偏转极四周封闭并嵌套在敏感极外侧，偏转极与敏感极之间留有用于气流通过的间隙。本发明提供的高场非对称波形离子迁移谱仪能大大降低外界以及偏转电极上施加的电压对敏感极的干扰，显著提高仪器的信噪比，屏蔽效果好，同时结构简单，易于集成。

技术领域

本发明涉及一种高场非对称波形离子迁移谱仪，特别涉及一种以法拉第筒作为检测部分的高场非对称波形离子迁移谱仪，属于生化物质在线检测技术及设备技术领域。

背景技术

高场非对称波形离子迁移谱仪是二十世纪九十年代逐步发展起来的一种生化物质在线检测技术，其基本原理为离子迁移率在低电场情况下与电场强度无关，当电场强度大于10000V/cm，离子的迁移率将随电场强度发生非线性变化。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+…]，

式中，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为气体分子密度，α₁、α₂为离子迁移率分解系数。令：

α(E)＝[α₁(E/N)²+α₂(E/N)⁴+…]，则离子在高场下的迁移率与电场强度的关系式可变为K＝K₀[1+α(E)]，根据离子迁移率随电场强度变化的不同规律，可分为A，B，C三种类型的离子。当α(E/N)＞0时，K＞K₀，属于A类型的离子，K随电场强度E的增大而增大；当α(E/N)＜0时，K＜K₀，属于C类型的离子，K随着E的增大而减小；当α(E/N)≈0时，属于B类型的离子，K≈K₀。即在电场强度达到10000V·cm^-1以上时，离子的迁移率呈现出各自不同的非线性变化趋势，这就使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。这里满足离子分离条件的电场成为分离电场，施加在电极上用来形成这种电场的电压称为分离电压，通常使用非对称高压高频的射频电源(RF电源)来提供。同时在电极上施加补偿电压(CV)，用来补偿分离电压产生的离子偏转，从而使某一特定的离子通过迁移区到达检测区。

近几年随着高场非对称波形离子迁移谱仪的发展，其检测部分多采用两个平行相对的极板构成检测器，一侧作为法拉第筒的敏感极，另一侧用于施加偏转电压，如图1所示。但这种平行极板形式的法拉第筒很难对敏感极进行电磁屏蔽，所施加的偏转电压也会对敏感极产生影响，同时两平行极板之间的分散电场会使带电粒子在进入检测部分之前损失掉。因此会有大量噪声信号叠加进入高场非对称波形离子迁移谱仪谱图中，同时谱图的基线也会随着偏转电压的增大而被抬高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种基于嵌套式法拉第筒的高场非对称波形离子迁移谱仪，以解决基于平板型检测器的高场非对称波形离子迁移谱仪中对敏感极屏蔽难和偏转电极对敏感极的干扰问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种基于嵌套式法拉第筒的高场非对称波形离子迁移谱仪，包括离子源、迁移区和检测区；所述检测区包括法拉第筒、直流源和微弱电流检测电路；其特征在于：所述的法拉第筒采用嵌套式结构，该法拉第筒包括敏感极和嵌套在敏感极外周的偏转极，该偏转极为四周封闭，且偏转极与敏感极之间留有用于气流通过的间隙；所述直流电源与偏转极电连接，敏感极直接与微弱电流检测电路相连。