平板型高场非对称波形离子迁移谱仪的聚焦装置及方法，该迁移谱仪包括离子源、迁移区和检测单元，在迁移区内平行放置上基片和下基片，在上基片和下基片分别设置上迁移区电极和下迁移区电极，上迁移区电极与非对称波形射频电源和直流扫描补偿电源相连，其特征在于：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。采用上述聚焦装置的聚焦方法，其特征在于：在每副聚焦极板对上施加电压，使离子在进入迁移区之前向中心聚集，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；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°。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及对生化物质进行测定，属于现场分析检测领域，具体为一种对离子束进行聚焦，提高平板型高场非对称波形离子迁移谱仪分辨率的装置及方法。
技术介绍
高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS,High-field Asymmetric Waveform IonMobility Spectrometry),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生化物质。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+ a (E/N)2+ a 2 (E/N) V]，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，a” Ci2为离子迁移率分解系数。令a (E) = Ea1 (E/N)2+Ci2 (E/N)4+…]，则 K=KJl+a (E)]。当 a (E) >0 时，K>K。，则 K 随 E 增大而增大；当a (E)〈O时，K〈K。，则K随着E的增大而减小；当a (E)。0时，K。K。。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-Electro-Mechanical 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美国新墨西哥州立大学和Sionex公司，其主体芯片结构采用MEMS加工技术设计加工，而离子源采用真空紫外灯离子源或63Ni离子源。这种平板型高场非对称波形离子迁移谱仪有两种结构形式，分别如图I所示的载气垂直于离子源和图2所示的对着离子源进入的方式。这两种结构方式都存在着不足由于采用平板式结构，缺乏聚焦能力，经离子源离子化后的离子将会弥漫在整个迁移区内，并在非对称电场的驱动下产生上下振动；当直流扫描补偿电压为某一特定值时，离子在一个射频周期的净位移为零；理论上，当直流扫描补偿电压偏离这个值时，信号强度会急剧减小，但是由于离子在迁移区内的分布，信号强度不会迅速降低，这就导致在谱线测量的时候产生谱线扩展，导致分辨率降低。
技术实现思路
本专利技术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，提供一种聚焦装置和聚焦方法，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。本专利技术的技术方案如下一种平板型高场非对称波形离子迁移谱仪的聚焦装置，所述的平板结构高场非对称波形离子迁移谱仪包括离子源、迁移区和检测单元；在迁移区内平行放置上基片和下基片，在上基片和下基片上分别设置上迁移区电极和下迁移区电极，上迁移区电极分别与非对称波形射频电源和直流扫描补偿电源相连；聚焦装置其特征在于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。采用上述聚焦装置的一种平板型高场非对称波形离子迁移谱仪聚焦方法，其特征在于在每副聚焦极板对上施加电压，使离子在进入迁移区之前向中心聚集，施加的电压有两种模式，a.直流聚焦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，与施加直流电压的聚焦极板对相邻的聚焦极板对不施加电压；施加的直流电压根据离子极性选择极性，若为正离子施加正电压，若为负离子施加负电压；b.射频聚焦模式射频聚焦模式为在每副聚焦极板对上施加正弦波射频电压，相邻聚焦极板对射频电压相位相差180°。本专利技术具有以下优点及突出性效果①、本专利技术的聚焦极板对的结构可以有效对离子束宽度进行聚焦，提高分辨率；②、本专利技术能够在大气条件下工作，不需要辅助的抽真空系统、本专利技术总体基于平板结构，聚焦区、迁移区和检测单元的结构都便于采用MEMS加工技术进行加工，易于集成，便于FAIMS系统微型化。附图说明图I是现有技术中载气垂直于离子源进入的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪结构原理示意图。图2是现有技术中载气对着离子源进入的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪结构原理示意图。图3是本专利技术提供的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪聚焦装置的结构原理示意图。图4是本专利技术采用直流聚焦模式下聚焦极板对所施加的电压示意图。图5是本专利技术采用射频聚焦模式下聚焦极板对所施加的电压示意图。图6是直流聚焦模式的聚焦原理图。图7是射频聚焦模式的聚焦原理图。图8是非对称波形射频电压示意图。图9是直流扫描补偿电压示意图。图中1-载气；2_离子源；3_迁移区；4_上基片；5_下基片；6_上迁移区电极；7-下迁移区电极；8_检测单元；9_直流扫描补偿电源；10-非对称波形射频电源；11_聚焦区；12-第一聚焦极板对；13-第二聚焦极板对；14-第三聚焦极板对；15-第四聚焦极板对；16-第五聚焦极板对。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术提供的一种平板型高场非对称波形离子迁移谱的聚焦装置及方法做进一步说明。图3是本专利技术的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪聚焦装置的结构示意图。所述的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪包括离子源2、迁移区3和检测单元8，其中迁移区3包括上基片4、下基片5、上迁移区电极6和下迁移区电极7 ;上基片4和下基片5平行放置，形成迁移区3的气路通道，上迁移区电极6和下迁移区电极7分别位于上基片4和下基片5上；在迁移区3的后部、气路通道的末端是能够检测微弱离子流的检测单元8 ;上迁移区电极6分别与非对称波形射频电源10和直流扫描补偿电源9相连。聚焦装置为在离子源2和迁移区3之间的聚焦区11，在聚焦区11内至少设有一副聚焦极板对。如图3的实施例中设有第一聚焦极板对12、第二聚焦极板对13、第三聚焦极板对14、第四聚焦极板对15、第五聚焦极板对16。本专利技术所示的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪的聚焦方法作用原理如下载气I携带着样品通入离子迁移谱仪内，样品在离子源2作用下发生离子化形成样品离子。 当离子被载气携带进入聚焦区11后，在聚焦极板对上施加电压，使离子在进入迁移区之前向中心聚集，施加的电压有两种模式直流聚焦模式和射频聚焦模式。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，与施加直流电压的聚焦极板对相邻的聚焦极板对不施加电压；施加的直流电压根据离子极性选择极性，若为正离子施加正电压，若为负离子施加负电压。射频聚焦模式为在每副聚焦极板对上施加正弦波射频电压，相邻聚焦极板对射频电压相位相差180°。使聚焦区工作在直流聚焦模式或者射频聚焦模式下直流聚焦模式下各聚焦极板对所加电压如图4所示；射频聚焦模式下各聚焦极板对所加电压如图5所示。离子在聚焦区的作用下向中心集聚，直流聚焦模式的聚焦结果如图6所示，射频聚焦模式的聚焦结果如图7所示；最后，进入迁移区3的离子束的宽度本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种平板型高场非对称波形离子迁移谱仪的聚焦装置，所述的平板型高场非对称波形离子迁移谱仪包括离子源(2)、迁移区(3)和检测单元(8);在迁移区(3)内平行放置上基片(4)和下基片(5)，在上基片(4)和下基片(5)上分别设置上迁移区电极(6)和下迁移区电极(7)，上迁移区电极(6)分别与非对称波形射频电源(10)和直流扫描补偿电源(9)相连，其特征在于在迁移区(3 )前端设置至少一个聚焦区(11 )，在每个聚焦区(11)的上基片(4)和下基片(5)上设置至少一副聚焦极板对，并上下正对...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐飞，徐初隆，王晓浩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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