双极性火花离子源的制作方法
【专利说明】双极性火花离子源
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2013年6月27日申请的、题为“使用火花电离的双极性离子迀移谱仪”的美国临时申请61/840，050的优先权，其通过引用组合于此。
技术领域
[0003]本申请涉及化学分析领域，尤其涉及离子迀移谱。
【背景技术】
[0004]在现场应用中，不管是室内还是室外环境，化学分析仪器可能面临各种不同的复杂混合物。由于分子干扰物的存在，这些混合物可能导致仪器污染和混淆，分子干扰物产生与感兴趣的化学化合物一样的特征或产生分析仪器因其分辨率有限而不能分辨的特征。干扰物还可通过影响感兴趣的化合物的检测极限而显露其存在。因此，多级分析方法可用于减少干扰并产生足够的分离以进行确定性检测和识别。多级分析可包括单一分离技术如MSn仪器中的质谱(MS)或不同分离技术的组合。
[0005]离子迀移谱(IMS)利用相对低的电场推进离子通过漂移气体室并根据它们的漂移速度分离这些离子。在MS中，离子漂移速度与场强成正比，因而离子的迀移率(K)独立于所施加的电场。在MS中，被分析物和背景分子通常使用放射性α或β发射器电离，及离子被注入具有恒定低电场(300V/cm或更低)的漂移管内，离子在漂移管内基于其漂移速度因而基于其迀移率进行分离。迀移率受控于与按相反方向流动的漂移气体分子的离子碰撞。离子-分子碰撞截面取决于大小、形状、电荷、及相对于漂移气体分子质量的离子质量。所得的色谱图与已知图库进行比较以鉴别所收集的物质。由于碰撞截面取决于一个以上离子特性，峰鉴别并不唯一。IMS系统测量目标分子的次要及不太特有的性质一离子化分子在电场下漂移通过充满粘性气体的管所花的时间一分子的身份从强度-时间谱进行推导。
[0006]其他基于迀移率的分离技术包括高场不对称波形离子迀移谱(FAMS)，也称为差分迀移谱(DMS)。FA頂S或DMS是可在大气压力下运行以分离和检测离子的检测技术。相比于传统的离子迀移，FA頂S/DMS在高得多的电场下运行(?10，000V/cm)，其中离子迀移率与所施加的电场有关。FAIMS/DMS装置可在具有多级的迀移谱仪中结合頂S漂移管装置运行。对于离子检测和化学分析仪器的特征和使用的特定描述，包括结合一个或多个FAMS/DMS装置使用的IMS漂移管装置及其他元件的特征，参考下述申请或专利:授予Boumsellek等的题为“Real-Time Trace Detect1n by High Field and Low Field 1n Mobilityand Mass Spectrometry” 的美国专利 8，173，959B1、Ivashin 等申请的题为 “ChemicalAnalysis Using Hyphenated Low and High Field 1n Mobility” 的美国公开专利申请 2012/0273669A、及 Ivashin 等申请的题为 “1n Mobility Spectrometer Device withEmbedded FAIMS”的美国公开专利申请2012/0326020A1，这些申请和专利通过引用组合于此。
[0007]已知的大气压电离装置，如IMS和DMS设备中使用的大气压电离装置，可使用放射性电离源产生在化学分析和检测过程中使用的离子。然而，其它已知装置可使用非放射性电离技术，包括电晕放电和/或紫外(UV)光和激光引起的电离。上面提及的技术可参考下述文献:授予 Bromberg 等的题为“Compact Pyroelectric Sealed Electron Beam”的美国专利 8，440，981、授予 Doring 的题为“1nizat1n Chamber with Electron Source” 的美国专利6，429, 426、和授予Budovich等的题为“1n Mobility Spectrometer”的美国专利5，969，349，这些文献通过引用组合于此。
[0008]违禁物质尤其是爆炸物和毒品的可现场痕迹检测富有挑战性，主要是因为这些化合物的宽范围的挥发性和电化学性质。在常见的爆炸物由可在负模式下检测(由于它们在环境压力条件下形成稳定的阴离子)的硝基化合物组成的同时，一些新出现的更高挥发性的临时制作的爆炸装置(IED)和自制爆炸物(HME)已知在存在化学改性剂的情形下有时具有加合离子形式的质子亲和力。
[0009]因而，希望提供使能使用电离源进行离子分析的技术，其提供优化具有不同物理和化学性质的宽范围的物质的检测性能所需要的灵活性。
【发明内容】
[0010]根据在此描述的系统，离子分析设备包括离子源，该离子源包括火花离子源。控制器控制离子源电极的电压变化的切换频率以推动通过火花放电从离子源产生的阳和阴离子。可提供来自离子源的离子注入于其中的离子迀移设备。离子迀移设备可包括离子迀移谱(IMS)设备、漂移单元和/或差分迀移谱(DMS)设备。可提供真空接口，离子经其从离子源注入到分析部件内。控制器可包括高电压切换电路。离子源可具有点对点电极配置或者点对面电极配置。控制器可根据实时或非实时分析控制离子源的切换频率，和/或控制器可根据计划的占空因数控制离子源的切换频率。切换频率可被控制以从离子源提供脉冲或连续离子流。
[0011]进一步根据在此描述的系统，控制电离处理的方法包括确定离子分析的运行模式。离子源电极的电压变化的切换频率可被确定，离子源包括火花离子源。离子源电极的电压变化可使用控制器在火花电离期间根据确定的切换频率进行控制以推动通过火花放电从离子源产生的阳和阴离子。该方法还可包括将离子源产生的离子注入到离子迀移设备内。离子迀移设备可包括离子迀移谱(MS)设备、漂移单元和/或差分迀移谱(DMS)设备。该方法还可包括经真空接口将离子源产生的离子注入到分析部件内。控制器可包括高电压切换电路。离子源可具有点对点电极配置或者点对面电极配置。控制器可根据实时或非实时分析控制离子源的切换频率，和/或控制器可根据计划的占空因数控制离子源的切换频率。切换频率可被控制以从离子源提供脉冲或连续离子流。
[0012]进一步根据在此描述的系统，非短暂计算机可读介质保存用于控制电离处理的软件。该软件可包括确定离子迀移谱的运行模式的可执行代码。提供确定离子源电极的电压变化的切换频率的可执行代码，离子源包括火花离子源。提供使用控制器控制离子源的切换频率以推动通过火花放电从离子源产生的阳和阴离子的可执行代码。可提供控制离子源产生的离子注入到离子迀移设备内的可执行代码。可提供在注入到离子迀移设备内之后控制离子的选择性过滤的可执行代码。可提供控制通过火花电离产生的离子经真空接口注入到分析部件内的可执行代码。可提供控制在分析部件处从真空接口接收的离子的分析的可执行代码。切换频率可使用高电压切换电路进行控制。离子源的切换频率可根据实时或非实时分析进行控制，和/或可根据计划的占空因数进行控制。切换频率可被控制以从离子源提供脉冲或连续离子流。
【附图说明】
[0013]在此描述的系统的实施例结合几个附图进行阐述，这些附图简要说明如下。
[0014]图1示意性地示出了根据在此描述的系统的实施例的、具有变频火花离子源和离子迀移设备和分析部件的实时双极性离子分析设备。
[0015]图2示意性地示出了根据在此描述的系统的实施例的离子分析设备中的火花离子源和离子迀移设备的实施例。
[0016]图3示意性地示出了根据在此描述的系统的另一实施例的离子分析设备中的火花离子源和离子迀移设备的实施例。
[0017]图4示意性地示出了根据在此描述的系统的包括离子过滤的离子分析设备的实施例。
[0018]图5示意性地示出了根据在此描述的系统的包括真空接口的离子分析设备的实施例。
[0019]图6为根据在此描述的系统的使用双极性火花电离的离子迀移谱分析处理的流程图。
【具体实施方式】
[0020]根据在此描述的系统，提供了用于离子分析的设备和技术，包括离子迀移分离和质谱分析，其