串接差分迁移率离子迁移率光谱测定的制作方法

本公开涉及例如用于化学检测的差分迁移率和离子迁移率光谱测定。

背景技术：

1、迁移率光谱测定是一种确定分析物的化学特性的方法。在远程、无人值守的化学传感领域，常规技术已被认为满足其预期目的。然而，始终存在对改进的化学检测系统和方法的需求，所述改进的化学检测系统和方法在识别更多样品成分方面提供更高的准确性，同时与现有系统相比提供更高分辨率的结果。本公开为此需求提供了解决方案。

技术实现思路

1、根据本公开的至少一个方面，一种用于识别化学成分的方法包括：收集化学样品并且将化学样品引入到检测系统；用差分迁移率光谱测定仪对化学样品执行差分迁移率光谱测定，以基于第一分析特征将化学样品内的离子分离成第一组分基团。对所述化学样品执行差分迁移率光谱测定还包括：过滤电离流内的离子，使得仅具有期望迁移率的离子传递到碎裂器；以及碎裂过滤后的样品以进一步解离过滤后的样品内的离子，从而生成具有独特迁移率特征的另外的离子类型。所述方法还包括：用离子迁移率光谱测定仪对第一组分基团执行离子迁移率光谱测定，以基于第二分析特征将第一组分基团内的离子分离成第二组分基团；以及基于所述第二组分基团内存在的离子确定所述化学样品的特性。

2、所述方法还可以包括在对化学样品执行差分迁移率光谱测定之前，使用电离源电离化学样品以产生电离流。

3、对化学样品执行差分迁移率光谱测定还可以包括：使电离流经受第一射频场以导致电离流内的离子振荡；以及跨越第一射频场施加第一电压差以导致电离流内的正离子向负电荷漂移并且负离子向正电荷漂移，从而将电离流内的正离子与负离子分离。

4、在某些实施方案中，对化学样品执行差分迁移率光谱测定还包括过滤碎裂的电离流内的离子以生成第一组分基团，使得仅第一组分基团传递到检测系统的离子迁移率光谱测定仪。施加第一电压差可以包括逐渐地修改第一电压差以允许电离流和/或碎裂的电离流内的选定离子作为第一组分基团传递到离子迁移率光谱测定仪中。所述方法可以包括基于第一分析特征生成针对第一组分基团的第一数据集。

5、在某些实施方案中，对化学样品执行差分迁移率光谱测定还包括：跨越第二射频场施加第二电压差，以导致碎裂的电离流内的正离子向负电荷漂移并且负离子向正电荷漂移，从而将碎裂的电离流内的正离子与负离子分离。在某些此类实施方案中，差分迁移率光谱测定还可以包括过滤碎裂的电离流内的离子以生成第一组分基团，使得仅第一组分基团传递到离子迁移率光谱测定仪。

6、施加第一电压差和/或施加第二电压差还包括逐渐地修改第一电压差和/或第二电压差以允许电离流和/或碎裂的电离流内的选定离子作为第一组分基团传递到离子迁移率光谱测定仪中，并且其中执行差分迁移率光谱测定仪还包括基于第一分析特征生成针对第一组分基团的第一数据集。

7、对第一组分基团执行离子迁移率光谱测定还可以包括：将仅包含第一组分基团的电离流传递到离子迁移率光谱测定仪的分析模块；以及跨越分析模块施加电压差以将第一组分基团内的正离子吸引到离子迁移率光谱测定仪的第一分析模块的负电荷并且将第一组分基团内的负离子吸引到离子迁移率光谱测定仪的第二分析模块的正电荷。

8、对第一组分基团执行离子迁移率光谱测定还可以包括：在空间中分离第一组分基团的离子并且对第一组分基团内的离子执行第一飞行时间分析以允许第一组分基团内的选定离子传递到碎裂器；以及碎裂第一组分基团内的选定离子以进一步解离并且生成具有独特迁移率特征的另外的离子类型，从而生成形成第二组分基团的碎裂的离子流。

9、对第一组分基团执行离子迁移率光谱测定还可以包括：对第二组分基团内的碎裂的离子流执行第二飞行时间分析以基于第二分析特征生成针对第二组分基团的第二数据集；将针对第二组分基团生成的第二数据集与针对第一组分基团生成的第一数据集相关联；以及基于第一数据集与第二数据集之间的相关性确定化学成分的特性。

10、根据本公开的至少一个方面，一种系统可以包括：

11、化学检测器，其包括化学分析物入口；电离模块，其中具有电离源，所述电离源流体地连接到化学分析物入口，所述化学分析物入口被配置为接收化学分析物并且电离化学分析物以生成电离流；分析模块，其流体地连接到电离模块以接收电离流并且被配置为确定化学分析物的化学特性。

12、所述分析模块可以包括流体地连接到化学分析物入口的差分迁移率光谱测定仪，并且分析模块还可以包括流体地连接到差分迁移率光谱测定仪的离子迁移率光谱测定仪。

13、所述差分迁移率光谱测定仪还可以包括：第一组电极，其包括第一带正电电极和第一带负电电极，所述第一组电极被配置为将电离流内的正离子与负离子分离并且其中仅预定迁移率特征的离子流动经过第一组电极；以及碎裂器，其在所述第一组电极下游，所述碎裂器被配置为碎裂过滤后的样品以进一步解离所述过滤后的样品内的离子，从而生成具有独特迁移率特征的另外的离子类型的碎裂的电离流。

14、所述电离源可以被配置为电离流动通过电离区域的化学分析物。在某些实施方案中，所述电离源可以包括电场电离器、放射性电离器或光电离器(photo-ionizer)中的任一者或多者。

15、在某些实施方案中，所述碎裂器的出口可以是差分迁移率光谱测定仪的出口，使得碎裂的电离流形成第一组分基团并且传递到离子迁移率光谱测定仪。

16、在某些实施方案中，所述差分迁移率光谱测定仪可以包括第二组电极，所述第二组电极包括在碎裂器下游的第二带正电的电极和第二带负电的电极，所述第二组电极被配置为将碎裂的电离流内的正离子与负离子分离并且预定迁移率的离子流动经过第二组电极从而形成第一组分基团，其中第一组分基团传递到离子迁移率光谱测定仪。

17、在某些实施方案中，所述差分迁移率光谱测定仪可以包括计算模块，所述计算模块被配置为基于第一分析特征生成针对第一组分基团的第一数据集。

18、在某些实施方案中，所述离子迁移率光谱测定仪可以包括第一正离子漂移管和第一负离子漂移管，所述第一正离子漂移管和第一负离子漂移管各自流体地连接到差分迁移率光谱测定仪的出口，其中第一正离子漂移管被配置为接收来自第一组分基团的正离子并且第一负离子漂移管被配置为接收来自第一组分基团的负离子。

19、所述离子迁移率光谱测定仪还可以包括：第一挡闸(shutter)，其在第一正离子漂移管的入口处，所述第一挡闸被配置为基于离子迁移率过滤进入第一正离子漂移管的第一组分基团；以及第二挡闸，其在所述第一负离子漂移管的入口处，所述第二挡闸被配置为基于离子迁移率过滤进入所述第一负离子漂移管的所述第一组分基团，其中所述第一挡闸和所述第二挡闸向所述第一正离子漂移管和所述第一负离子漂移管提供来自所述第一组分基团的选定离子。

20、所述离子迁移率光谱测定仪还可以包括第一碎裂器和第二碎裂器，所述第一碎裂器设置在所述第一正离子漂移管的出口处，所述第二碎裂器设置在所述第一负离子漂移管的出口处，所述第一碎裂器和所述第二碎裂器被配置为碎裂来自所述第一组分基团的选定离子以进一步解离来自所述第一组分基团的选定离子，从而生成具有独特迁移率特征的另外的离子类型的所述第二组分基团。

21、所述离子迁移率光谱测定仪还可以包括：正离子检测器，其在第二正离子漂移管的端部，所述正离子检测器被配置为将正离子吸向正离子检测器并且被配置为检测第二正离子漂移管内的第二组分基团的正离子的飞行时间；以及负离子检测器，其在所述第二负离子漂移管的端部，所述负离子检测器被配置为将负离子吸向所述负离子检测器并且被配置为检测所述第二负离子漂移管内的所述第二组分基团的负离子的飞行时间。

22、在某些实施方案中，所述离子迁移率光谱测定仪可以是串联连接的两个离子迁移率光谱测定仪。

23、所述分析模块可以被配置为确定第二正离子漂移管中的第二组分基团的正离子的漂移时间和第二负离子漂移管中的第二组分基团的负离子的漂移时间并且基于第二分析特征生成针对第二组分基团的第二数据集。

24、所述分析模块可以包括计算模块，所述计算模块被配置为将为所述第二组分基团生成的第二数据集与为所述第一组分基团生成的第一数据集相关联；以及基于第一数据集与第二数据集之间的相关性来确定化学分析物的特性。

25、根据下面结合附图的具体实施方式，本主题公开的系统和方法的这些和其他特征对于本领域技术人员来说将变得更加显而易见。