技术领域
本发明涉及离子迁移谱仪领域，具体涉及一种平板式结构高场不对称波形离子迁移谱联用仪。
背景技术：
高场不对称波形离子迁移谱，其原理是基于离子在高低电场共同作用下其离子迁移率发生非线性变化而实现物质的高分离和识别。该技术具有结构简单、离子利用率高和检测连续等一系列优势，在爆炸物、毒品和挥发性有机物等领域已得到广泛的应用。该技术首先被前苏联提出，其结构是采用两个平行的平板电极或者是同轴的圆筒结构（迁移区）和一个离子采集电极，样品随载气进入到离化区并被离化，离化后的样品离子随载气进入迁移区，离子在迁移区受到高频电场的作用下在其一个周期内做多次上下震荡运动，且每次震荡运动都会向垂直迁移区极板运动一个单位，经过多次运动样品离子最终打到极板上而湮灭，如果在迁移区极板上施加一个直流补偿电压可使样品特征离子持续通过迁移区，进而被检测器检测到，得到的样品谱图可用作样品的分析。高场不对称波形离子迁移谱谱仪具有结构简单、离子利用率高和检测连续等一系列优势，在现场检测领域的广泛应用。
高场不对称波形离子迁移谱在高电场作用下离子迁移率发生非线性变化实现物质准确识别，当分离电压增加时，将大幅度降低高场不对称波形离子迁移谱仪的检测灵敏度，不利于痕量物质检测，且现有的高压模块一般体积较大，难以于高场不对称波形离子迁移谱迁移管保证高度集成化，这都制约了高场不对称波形离子迁移谱仪在现场检测等领域的发挥。高场不对称波形离子迁移谱在现场痕量检测主要依赖样品谱图解析，样品谱图蕴涵了大量的信息，包括流场、电场、离子迁移率和补偿电压-分离电压关系信息，这些信息的获取主要依赖于洁净的样品谱图，然而在复杂的环境下，在同一分离电压条件下，多数物质特征离子的样品谱图中所对应的补偿电压值差异较小，导致高场不对称波形离子迁移谱仪在现场检测时获得的各物质谱图重合度高，且当分离电压较小时，物质离子所对应的补偿电压值在零伏附近，离化源离化样品时已产生离子团簇，且这些离子团簇分子量大，离子迁移率小，其补偿电压值基本也在零伏附近，不随分离电压的增加而增加，这将都不利于样品的准确检测、分析。这些方法有效的提高了高场不对称波形离子迁移谱仪检测分辨率，但其在复杂的使用过程中提高检测周期，不利于高场不对称波形离子迁移谱仪在现场快速检测和分析样品。
专利CN200710023322采用介质放电离化源的高场不对称波形离子迁移谱仪，实现了高场不对称波形离子迁移谱迁移管与离化源的高度集成，降低了仪器的整体体积。但存在以下问题：其一，在复杂的环境下分离物质需要较大的分离电压值，造成分离电压源模块体积较大，难以系统高度集成，造成FAIMS谱仪体积较大；其二，在分析多峰物质时，无法获得每个峰完整的分离电压-补偿电压的关系谱图。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种平板式结构高场不对称波形离子迁移谱联用仪，该离子迁移谱解决了分离电压值大带来灵敏度低、电源模块体积大和复杂条件下完整的分离电压-补偿电压谱图难以获取等问题，为高场不对称波形离子迁移谱在低电场条件下现场领域的应用提供了可靠的技术方案。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括高场不对称波形离子迁移管，所述的高场不对称波形离子迁移管内设有离子源、第一分离区、第二分离区、偏置电极及弱电流检测电极，所述的第一分离区由第一离子分离电极及第二离子分离电极构成，且第一离子分离电极与预分离电压源相连，第二离子分离电极与直流电压源相连，所述的第二分离区由第三离子分离电极及第四离子分离电极构成，且第三离子分离电极与分离电压源相连，第四离子分离电极与直流扫描电压源相连，所述的偏置电极与偏置电压源相连，所述的弱电流检测电极与弱电流探测器相连。
所述的第一分离区与第二分离区、第二分离区与偏置电极及弱电流检测电极之间分别设有屏蔽电极，所述的屏蔽电极与屏蔽电极系统相连。
所述的第一离子分离电极与第三离子分离电极、第二离子分离电极与第四离子分离电极、第三离子分离电极与偏置电极、第四离子分离电极与弱电流检测电极之间分别设有屏蔽电极。
所述的离子源为真空紫外灯，所述的离子源固定在离子源基板上。
所述的离子源基板采用氟化镁透紫外光玻璃或高硼硅BF33玻璃制成。
所述的高场不对称波形离子迁移管设有进风口和出风口，所述的离子源位于进风口的上端，所述的出风口处设有气泵。
所述的第一离子分离电极、第二离子分离电极、第三离子分离电极、第四离子分离电极、偏置电极以及弱电流检测电极分别固定在支撑梁上。
所述的支撑梁由陶瓷或玻璃制成。
所述的第一离子分离电极、第二离子分离电极、第三离子分离电极、第四离子分离电极、偏置电极及弱电流检测电极采用厚膜工艺印刷银浆于陶瓷上。
所述的第一离子分离电极、第二离子分离电极、第三离子分离电极、第四离子分离电极、偏置电极及弱电流检测电极采用磁控溅射工艺溅射靶材金于玻璃上。
由上述技术方案可知，本发明通过在第一分离区设置为高频率不对称波形低压作为预分离电压源和固定的直流电压值对物质实现预分离，降低高场不对称波形离子迁移谱的分离电压值，并降低该技术的分离电压源体积，且没有降低高场不对称波形离子迁移谱的检测灵敏度，除此之外，也可以获得复杂条件下完整的样品分离电压-补偿电压谱图，提高了高场不对称波形离子迁移谱检测精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
迁移谱包括气路系统、迁移管、测控系统和输入输出系统等，本专利旨在对迁移管进行重点说明，其余未提及结构可参见现有技术。
如图1所示的一种平板式结构高场不对称波形离子迁移谱联用仪，包括高场不对称波形离子迁移管1，高场不对称波形离子迁移管1内设有离子源2、第一分离区、第二分离区、偏置电极3及弱电流检测电极4，第一分离区由第一离子分离电极5及第二离子分离电极6构成，且第一离子分离电极5与预分离电压源7相连，第二离子分离电极6与直流电压源8相连，第二分离区由第三离子分离电极9及第四离子分离电极10构成，且第三离子分离电极9与分离电压源11相连，第四离子分离电极10与直流扫描电压源12相连，偏置电极3与偏置电压源13相连，弱电流检测电极4与弱电流探测器14相连。弱电流探测器14用于检测样品离子牵引至弱电流检测电极上所产生的微弱电流。
预分离电压源7是高频、低电压源，直流电压源8是可设置固定数值的直流电压源，分离电压源11为高频、可从零持续增加到高电压的可调式高电压源，直流扫描电压源12为从负30V到正30V的持续扫描的直流电压源，偏置电压源的作用为使流过迁移管的离子牵引至弱电流检测模块。其中，预分离电压源7与直流电压源8的设定可以从标准样品特征离子标准谱图中计算出来；对第一离子分离电极5及第二离子分离电极6分别施加固定的高频率不对称波形电压和直流电压，实现物质的预分离，大大降低了高场不对称波形离子迁移谱的分离电压值，解决了高场不对称波形离子迁移谱仪高电压所带来的仪器体积大、集成度低、检测灵敏度低等问题，实现了仪器的高度集成化，降低了仪器的整体体积，且提高了仪器的检测精度。
进一步的，第一分离区与第二分离区、第二分离区与偏置电极3及弱电流检测电极4之间分别设有屏蔽电极15，屏蔽电极15与屏蔽电极系统16相连，屏蔽电极系统16与整个样机地链接在一起，用于屏蔽外界电磁干扰其弱信号检测和迁移管内部电场之间的相互串扰。具体地说，即第一离子分离电极5与第三离子分离电极9、第二离子分离电极6与第四离子分离电极10、第三离子分离电极9与偏置电极3、第四离子分离电极10与弱电流检测电极14之间分别设有屏蔽电极15。
进一步的，离子源2为真空紫外灯，离子源2固定在离子源基板17上。真空紫外灯通过光电效应原理电离样品分子使其电离为离子。高场不对称波形离子迁移管1内还设有气路基板30，气路基板30由陶瓷制成，主要是为了保证整个气路的密封性，且在陶瓷上可焊接铜柱，用于气体方便流入。
进一步的，离子源基板17采用氟化镁透紫外光玻璃或高硼硅BF33玻璃制成。
进一步的，高场不对称波形离子迁移管1设有进风口19和出风口20，离子源2位于进风口19的上端，出风口20处设有气泵。
进一步的，第一离子分离电极5、第二离子分离电极6、第三离子分离电极9、第四离子分离电极10、偏置电极3以及弱电流检测电极4分别固定在支撑梁18上。
进一步的，支撑梁18由陶瓷或玻璃制成。陶瓷和玻璃材料具有硬度高、高强度等特性，一般在采用开模切割法制造出的陶瓷和玻璃片，并进一步对其双面打磨、抛光，可获得高致密高平整陶瓷和基片，且陶瓷和玻璃具有良好的力学、电学、热学性能，相互之间可采用键合技术制造出高精度、高集成和稳定的迁移管。
进一步的，支撑梁18为陶瓷时，第一离子分离电极5、第二离子分离电极6、第三离子分离电极9、第四离子分离电极10、偏置电极3及弱电流检测电极4采用厚膜工艺印刷银浆于陶瓷上。
进一步的，支撑梁18为玻璃时，第一离子分离电极5、第二离子分离电极6、第三离子分离电极9、第四离子分离电极10、偏置电极3及弱电流检测电极4采用磁控溅射工艺溅射靶材金于玻璃上。
本发明的工作原理及工作过程如下：
样品随载气进入离化区，被离子源离化成待测离子，继续随气流进入到第一分离区，在预分离电压和直流电压的共同作用下得到预分离，预分离后的离子继续随气流进入到第二分离区，在分离电压和直流扫描电压的共同作用下得到分离，并在偏置电压的作用下牵引至弱电流检测电极，进而被弱电流探测器探测到，产生样品离子谱图。具体地说，即样品分子100在气泵的作用下被牵引至离子源2处，在离子源2的作用下形成初始样品离子团200，初始样品离子团200在气流的作用下进入由第一离子分离电极5与第二离子分离电极6组成的第一分离区，预分离电压源对第一离子分离电极施加高频率不对称波形低压源，直流电压源对第二离子分离电极施加固定的直流电压值，在其共同作用下，对初始样品离子团200进行预分离；预分离过的离子继续随气流进入到由第三离子分离电极9与第四离子分离电极10组成的第二分离区，分离电压源对第三离子分离电极施加不对称波形高压，直流扫描电压源对第四离子分离电极施加直流扫描电压，在其共同作用下，对已经预分离的离子再次进行分离，分离后的样品离子在偏置电压源提供的偏置电压的作用下牵引至弱电流探测器并被探测到，并输入到显示器上，显示所需要的谱图。
本发明通过在第一分离区设定高频率不对称波形低电压的预分离电压源和固定直流电压值对样品实现预分离，降低高场不对称波形离子迁移谱的分离电压值，并降低该技术的分离电压源体积，且可以获得复杂条件下样品完整的分离电压-补偿电压谱图，提高了高场不对称波形离子迁移谱检测精度，在第一分离区与第二分离区、第二分离区与偏置电极及弱电流检测电极之间屏蔽电极，以排除预分离电压源在第一分离区所产生的电场与分离电压源在第二分离区所产生的电场相互串扰、降低分离电压源在第二分离区所产生的电场对弱电流探测器正常工作的影响，为该技术在现场检测领域提供了可靠的技术方案。
本发明的有益效果在于：1）本发明通过设置第一分离区对样品离子团进行预分离，并第一离子分离电极及第二离子分离电极分别施加预分离电压及直流电压，实现物质的预分离，大大降低了高场不对称波形离子迁移谱的分离电压值，解决了高场不对称波形离子迁移谱高电压所带来的仪器体积大、集成度低、检测灵敏度低等问题，实现了仪器的高度集成化，降低了仪器的整体体积，且提高了仪器的检测灵敏度；2）本发明通过在第一分离区与第二分离区、第二分离区与偏置电极3及弱电流检测电极4之间设置屏蔽电极15，解决了其相互之间的电场串扰等问题；3）本发明通过预分离电压源提供的高频率不对称电压和直流电压源幅值的设定，可获得样品离子峰的的完整、洁净的分离电压-补偿电压关系谱图信息，提高了仪器的检测精度和分辨能力；4）本发明通过采用第一分离区实现物质的预分离，在不牺牲高场不对称波形离子迁移谱检测灵敏度的情况下大幅度降低了所需的分离电压值，并提高了检测精度。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。