一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的装置及方法

本发明涉及离子传输，尤其涉及一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的装置及方法。

背景技术：

1、离子迁移谱法(ion mobility spectrometry,ims)是一种利用气相介质中不同带电样品离子在电场中迁移速率的差异来实现分离和检测的技术。因其具有操作简便、响应快速、灵敏度高、成本低等特点，被广泛应用。由于ims的工作原理是利用离子与分子的碰撞，且工作压力范围可以从大气压到几百帕斯卡以下，因此ims即可以作为独立的监测工具，也可以和诸如气相色谱或质谱联用，为其提供额外的分离维度，用以表征复杂基质中的分析物。

2、无论ims是作为独立仪器使用，还是与气相色谱或质谱耦合使用，都不可避免的会提及到ims的性能方面，一台性能优越的ims可以监测出更复杂、更多的产物。ims的性能主要包括灵敏度和分辨率。现有的ims大多存在灵敏度不佳且分辨率低的问题，如何提高离子迁移谱的分辨率和灵敏度仍然是目前本领域技术人员迫切解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的装置及方法。

2、为实现上述发明目的，本发明提供一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的装置，包括依次连接的电离区、离子门和迁移区；

3、所述的电离区包括多个电极片、高压电源模块以及带有多个可变电阻的电路板，每两个相邻电极片之间通过所述可变电阻连接，所述的高压电源模块的正极连接于电离区的最左端，负极连接于电离区的最右端。

4、优选的，所述的电离区是由n个电极片同轴等间距堆叠而成，n≥3；所述的可变电阻有n-1个。

5、优选的，所述的电极片的内径全部相同，所述的电极片为不锈钢片、印制电路板或者镀金陶瓷片中的一种。电离区的每个电极片均通过高压电源模块施加直流电压。

6、优选的，所述的可变电阻为滑动变阻器，所述的电离区中的电极片上所施加的电压可以通过调节滑动变阻器上的阻值来改变；当电路板上滑动变阻器的阻值相同时，会使得电离区产生匀强电场；当电路板上滑动变阻器的阻值不同时，会使得电离区产生非匀强电场。在本发明的其他实施例中，变阻器也可以由其他可变电阻替代。

7、本发明还提供一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的方法，在上述的装置的电离区的各个电极片上施加可变电压值，所述可变电压值通过函数方程计算得到。

8、优选的，所述的函数方程为一元二次函数方程或者幂函数方程。

9、优选的，所述一元二次方程表示为：

10、

11、velec是施加在电离区第n个电极片上的电压；

12、vin是施加在电离区最左端电极片上的电压；

13、vout是施加在电离区最右端电极片上的电压；

14、n是电离区电极片的总个数；

15、n是电离区的第n个电极片；

16、a是控制方程弧度的参数，在0到1的范围内变动，当尺度a＝0时，二次函数转为一次函数，即电极片上施加电压产生的电场为匀强电场。

17、优选的，所述的幂函数方程表示为：

18、

19、velec是施加在电离区第n电极片上的电压；

20、vin是施加在电离区最左端电极片上的电压；

21、vout是施加在电离区最右端电极片上的电压；

22、n是电离区电极片的总个数；

23、n是电离区100的第n个电极片；

24、a是控制方程弧度的参数，在0到1的范围内变动，当尺度a＝0时，幂函数转为一次函数，即电极片上施加电压产生的电场为匀强电场。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、通过仿真表明，无需改变ims的结构，且未增加新的高压电源，仅需改变电离区中电极片间的阻值，使电极片上所施加的电压序列符合设定的函数式，即可提升ims的灵敏度及分辨率。且将非线性电压序列公式化之后，降低了对ims电离区施加非线性电场的难度。

技术特征：

1.一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的装置，其特征在于，包括依次连接的电离区、离子门和迁移区；所述的电离区包括多个电极片、高压电源模块以及带有多个可变电阻的电路板，每两个相邻电极片之间通过所述可变电阻连接，所述的高压电源模块的正极连接于电离区的最左端，负极连接于电离区的最右端。

2.根据权利要求1所述的一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的装置，其特征在于，所述的电离区是由n个电极片同轴等间距堆叠而成，n≥3；所述的可变电阻有n-1个。

3.根据权利要求2所述的一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的装置，其特征在于，所述的电极片的内径全部相同。

4.根据权利要求3任意一项所述的一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的装置，其特征在于，所述的电极片为不锈钢片、印制电路板或者镀金陶瓷片中的一种。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的装置，其特征在于，所述的可变电阻为滑动变阻器，所述的电离区中的电极片上所施加的电压可以通过调节滑动变阻器上的阻值来改变；当电路板上滑动变阻器的阻值相同时，会使得电离区产生匀强电场；当电路板上滑动变阻器的阻值不同时，会使得电离区产生非匀强电场。

6.一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的方法，其特征在于，在权利要求1-5任意一项所述的提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的装置的电离区各个电极片上施加可变电压值，所述可变电压值通过函数方程计算得到。

7.根据权利要求6所述的一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的方法，其特征在于，所述的函数方程为一元二次函数方程或者幂函数方程。

8.根据权利要求7所述的一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的方法，其特征在于，所述一元二次方程表示为：

9.根据权利要求7所述的一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的方法，其特征在于，所述的幂函数方程表示为：

技术总结本发明公开了一种提升离子迁移谱灵敏度及分辨率的装置及方法，包括依次连接的电离区装置、离子门装置以及迁移区装置；所述的电离区装置包括多个极片、高压模块以及带有多个滑动变阻器的电路板。在电离区装置的极片上施加公式化的非线性电压序列，当采用的非线性电压序列尺度a值一定时，可以提升离子迁移谱电离区离子流的平均离子密度，使得离子迁移谱的灵敏度提升，并且分辨率也得到了一定的增强。提高了仪器的定性及定量能力。技术研发人员：杨彤,程平,贾滨,徐丽受保护的技术使用者：上海大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14