圆柱型高场非对称波形离子迁移谱的数值模拟和实验研究

基于Simion模拟程序用数值模拟的方法,对于圆柱型高场非对称波形离子迁移谱中离子运动轨迹进行了研究。并研究了不同条件下,圆柱型高场非对称波形离子迁移谱对离子的聚焦特性。在理论研究基础上,设计开发了一套高场非对称波形电源,搭建了圆柱型高场非对称波形离子迁移谱系统。以丙酮、乙醇为实验对象,进行了相关的实验。数值计算和实验结果表明,建立的数值模型能够对圆柱型FAIMS中的离子轨迹运动进行模拟。在适当的电压条件下,圆柱型FAIMS能够达到对不同样品进行分离检测的目的。     

基于SIMION／SDS的非对称场离子谱（FAIMS）多物理场仿真研究

针对非对称场离子谱（FAIMS,field＆symmetricw＆veformionmobilityspectrometry）的设计优化,本文基于SIMION／SDS多物理场仿真研究方法,结合离子迁移率计算算法、非对称射频方波电压与直流扫描电压算法实现了非对称场离子谱（FAIMS）的仿真。应用该仿真方法,对FAIMS迁移管的迁移区、迁移区与检测区之间的区域离子的运动进行了仿真,结果与理论分析一致。采用相同的结构及控制参数,将SatendraPrasad的实验结果与仿真结果进行对比,定量地分析仿真结果对扫描电场谱图的预测能力。结果表明,该方法能够有效地模拟离子在FAIMS迁移管中的迁移运动,对FAIMS迁移管的优化设计有着重要的意义。     

基于高场非对称波形离子迁移谱的生化传感器的设计

基于高场非对称波形离子迁移谱原理设计了一种由离子源,迁移区和检测器3部分组成的生化传感器。传感器采用真空紫外灯作离子源,高纯氮(99.999%)为载气,在常压下工作。加工了两种由两平行金属极板组成的迁移区,一种由两平板铜块组成,尺寸为25 mm×10 mm×1 mm;另外一种由微机电（MEMS ）工艺加工,尺寸为20 mm×10 mm×1.5 mm。MEMS工艺加工的迁移区间距为1.5 mm,电场强度＜10 000 V/cm,不能过滤丙酮离子;铜块迁移区间距为1 mm,电场强度＞10 000 V/cm。当方波非对称射频电压峰峰值为1 600 V,频率为195.8 kHz,占空比为30%,补偿电压为-8.63 V时,采用平板铜块迁移区实现了丙酮离子的位移补偿,实验结果验证了传感器的性能。     

高场不对称波形离子迁移谱关键测控模块研究

研究了高场不对称波形离子迁移谱(high-field asymmetric waveform ion mobility spectrometer,FAIMS)两个关键测控模块:波形不对称高压产生模块和微弱电流检测模块的设计。通过采用反激升压原理,设计了一种电压幅度在线可调的波形不对称高压产生电路模块,其输出电压峰峰值达1 800 V,频率达1 MHz;微弱电流检测采用超高电阻反馈式I-V转换电路,并对失调电压进行补偿,同时结合PCB割板处理及包裹屏蔽等抗干扰措施,使得微弱电流模块的检测下限优于0.1 pA。最后,通过对比实验研究了不同波形不对称高压与分离效果关系,并以苯为样品对系统的检测下限进行了研究,结果表明采用上述测控模块的FAIMS检测下限达1×10-9。     

基于LTCC技术的微型FAIMS生化气体传感器制备

陶瓷具有稳定的电特性、机械鲁棒性、化学惰性和超强的可塑性,因而得到广泛的应用。采用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术和新型屏蔽电极的设计实现生化气体传感器的制备。气体传感器采用高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)原理,通过丝网印刷技术来实现迁移电极、屏蔽电极、测试电极等功能器件的安置,并且在气流通路中填入碳膜(印刷碳浆料)有效地防止了层压中气流通路的坍塌,保证了气流通路上下极板的平整,使得所制传感器的功能精度得到了有效的保证,避免了器件间的封装、引线外连,为生化气体传感器的稳定工作奠定基础。     

使用高场非对称波形离子迁移谱（FAIMS）技术提高液相色谱-质谱（LC-MS）分析的选择性

对一些审查严格的应用领域,如制药工业等,方法的选择性至关重要.高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)技术可以有效提高方法的选择性.本文描述了这种与色谱和质谱正交的技术,并显示了在LC-MS流程中它能够显著提高实验室的产出率.     

新型离子迁移谱技术应用于水中丙酮、苯酚的检测

利用FAIMS(强场非对称波形离子迁移谱)芯片搭建的检测设备,成功实现了对水中微量丙酮和苯酚的检测。痕量气体发生器将含丙酮、苯酚的水样蒸发,由载气将蒸汽带入检测核心,得到相应的信号,并通过软件转化为对应的谱图;对比背景和含有机物水蒸气的谱图,可确定有机物在谱图上的位置。通过正负模式选择,交变电场强度和补偿电压大小的调节,可以分别检出水中的丙酮和苯酚。该设备对不同浓度样品检测结果显示检测信号值与浓度成高度正相关。     

针-柱结构敞开式离子源和微型气泵集成系统的放电特性

设计了一种小型针-柱电晕放电结构,实现了敞开式离子源和微型气泵的系统集成。通过数码相机拍摄的针-柱放电图像和示波器记录的特里切尔放电波形,验证了该针-柱结构在没有外界气流、间隙仅2 mm的实验条件下实现了稳定的电晕放电。对针-柱结构电晕放电特性进行了研究,讨论了放电电压、镇流电阻、柱直径大小、针-柱间距等参数对针-柱电晕放电的影响,通过伏安特性曲线分析得出在放电电压为-3 800 V、镇流电阻为10 MΩ、柱直径为4 mm、间距为2 mm的实验条件下,产生的离子风气体流速最大（采用testo 405-V1风速仪测得最大气体流速为1.15 m/s）。该针-柱结构可采用微机电系统（MEMS）工艺加工实现,有望应用于质谱仪、离子迁移谱、高场非对称波形离子迁移谱等便携式分析仪器中,实现敞开式离子源和微型气泵的双重功能。     

用于高场非对称波形离子迁移谱系统的阵列式微法拉第筒离子检测器

提出了一种可减小高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)系统体积的阵列式微法拉第筒离子检测器,该检测器具有结构简单、稳定性好、噪声小、量程大、可在大气压条件下工作等优点。阵列式微法拉第筒包括栅电极、敏感电极、屏蔽电极3部分,其中敏感电极由数十个直径为200μm的硅圆柱交错排列而成。通过典型的MEMS工艺制作,法拉第筒与平板型FAI MS系统的MEMS工艺完全兼容。Fluent仿真结果表明,这种阵列式的设计,气体运动阻力较小,流场分布有助于载气中离子被充分吸收。与KEITHLEY237电流表级联后,测得阵列式微法拉第筒的噪声水平在0.5 pA以下。对丙酮样本进行了实验测试,结果显示其输出信号为210 pA左右,表明该阵列式微法拉第筒满足FAIMS系统的要求。     

微型化离子迁移谱仪研究进展

离子迁移谱技术（iMS）是从上世纪70年代发展起来的一项痕量气态物质探测技术。基于该技术的离子迁移谱仪具有结构简单,检测速度快、可以工作在大气环境下等优点,在微型化便携式应用中有巨大的发展潜力。通过参考国内外相关文献,着重从离子源、高场非对称离子迁移谱技术（FAIMS）和离子捕获装置三个方面对微型化离子迁移谱仪的研究现状进行了分析和探讨,并对该领域未来的研究方向和发展趋势提出了一些看法。     

密闭循环气路高场非对称波形离子迁移率谱仪

设计了一种用于高场非对称波形离子迁移率谱仪(FAIMS)的密闭循环气路结构以及膜进样装置,研究了气路结构对图谱稳定性、高场非对称波形电压与载气流量对系统检测灵敏度、半透膜预富集对系统检测限的影响。密闭循环气路结构减小了系统体积,达到了无需空气源即可检测的目的,具有预富集功能的膜进样装置可降低系统对样品的检测限。在预富集模式下,系统对化学战剂模拟剂甲基磷酸二甲酯(DMMP)的检测限约为0.05 mg/m~3,该方法为痕量化学物质的现场快速检测提供了一种可行方案。     

采用针-环离子源的集成式高场非对称波形离子迁移谱系统

为了实现离子源和高场非对称波形离子迁移谱的其它部分的集成,本文基于PCB工艺设计了一种新型的针-环离子源结构。该结构主要由针电极、环电极、进气底座以及针固定底座组成,针电极采用针尖曲率半径为28μm的不锈钢针作为放电阴极,直径为3mm、高度为16mm的铜环作为放电阳极。放电特性实验结果表明:针-环离子源在放电电压-2kV和-2.8kV时,分别进入了电晕放电和辉光放电,能够在大气压环境下实现稳定放电。在载气流速为1.5L/min、方波射频电压幅值为300V的条件下,两者FAIMS谱图中补偿电压基本相同,且采用针-环离子源和紫外灯离子源所得的FAIMS谱图的电流峰值分别为64pA和45pA,由此表明集成式针-环离子源FAIMS系统能够稳定工作,且相比紫外灯离子源集成性更好,电流信号更强。     

新型离子迁移谱技术应用于白酒中塑化剂的检测

本研究利用FAIMS(强场非对称波形离子迁移谱)芯片搭建的检测设备,成功实现了对白酒中DEHP(邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯)和DINP(邻苯二甲酸二异壬酯)的检测。通过顶空进样装置,以空气为载气,将加热挥发的样品送入检测核心,得到相应的信号,并通过软件转化为对应的谱图。对比含有塑化剂的样品和纯净样品的谱图,可确定塑化剂在谱图上的位置。该设备对不同浓度样品检测结果显示,其精密度低于气相色谱-质谱联用仪,检测信号值与浓度成高度正相关。利用含塑化剂样品制作样机标尺,在软件中设置报警浓度,实现对白酒中塑化剂的快速检测。     

用于FAIMS系统的法拉第筒离子检测器

介绍了一种应用于FAIMS系统的法拉第筒离子检测器.法拉第筒采用电阻率为1.678×10~(-8) Ω·m的紫铜材料.屏蔽壳尺寸为40×43×37mm~3,壁厚为3mm.气路设计为T型,进气口直径Φ6,出气口为双排8×Φ1.6均布小孔.铜敏感极经过化学处理,以提高表面质量与抗氧化能力.与KEITHLEY 237电流表级联,测得系统的噪声水平在50fA以下.实验测得FAIMS输出信号为480pA,远远大于系统噪声.该法拉第筒满足了现有FAIMS系统对离子检测器的要求.     

基于高场非对称离子迁移谱的糖类异构体分离研究

本工作研发了一款配套滤波算法及重叠峰分离算法、可独立使用的平板型高场非对称离子迁移谱(FAIMS)系统,能够在分离不同离子、有效滤噪的同时,从重叠峰中准确、快速提取分析物峰,由此实现物质的精准定性分析。通过评估该FAIMS装置对糖类异构体的分离效果,发现FAIMS能有效分离出蔗糖离子的2种结构,证明其对离子结构差异更加敏感。采用氮气、氦气的混合气体作为载气,可进一步提高FAIMS的分辨力。当氦气比例达到40%时,蔗糖峰和麦芽糖峰的重合度由纯氮气时的77%降低至50%。本研究表明,该FAIMS系统可为同分异构体的定性分析提供一种新方法。     

新型不对称场离子迁移谱检测技术及其应用

介绍了国外一种新型的气相离子检测技术一高电场不对波形离子迁移谱检测技术（FAMIS），详细地阐述了其基本工作原理，并与传统的离子迁移谱检测技术进行了对比。该技术具有革命性的创新，大大提高了在大气压条件下检测离子的选择性和灵敏度。该技术可以将旋光异构体分子区分开来，检测灵敏度可达到ppb浓度水平，在气体检测、质谱分析等领域具有极其广阔的应用前景。     

敞开式小型线-筒电极负电晕放电离子源(英文)

针对目前商用质谱仪的离子源都为封闭式且工作在真空或者低气压环境中,应用范围十分受限这一问题,提出了一种新型的可在大气环境下工作的离子源.该离子源通过电晕放电产生离子,呈线-筒结构,由内电极和外筒电极组成,电极直径分别为0.16 mm和4 mm.外筒电极上开有对称的4个槽,用于通入样品和牵引离子.实验结果表明,在大气环境下,当载气为N2,内电极电压达到-3 800 V时,内电极和外筒电极之间发生电晕放电,可以很好地电离乙酸等负电性的化学物质.质谱图显示,大气中的N2和O2可能也参与电离,生成了NO-2 (m/z:46)、 NO-3 (m/z:62)和[M+NO-H]- (m/z: 89).结合COMSOL仿真软件,对该离子源的放电起始电压进行了理论分析,分析结果与实验结果相符.此外,该离子源接口简单,可广泛应用于敞开式质谱仪、离子迁移质谱仪(IMS)和高场非对称波形离子迁移质谱仪(FAIMS)中.     

同轴型非对称场离子迁移谱仪分离与聚焦原理的数学模型

同轴型非对称场离子迁移谱仪能在室温、大气压条件下对离子混合物进行快速分离和聚焦,是一种新的分离方法.本文以简单的数学模型说明同轴型非对称场离子迁移谱仪的分离与聚焦原理.模型结论表明,非对称场离子迁移谱仪的分离聚焦效果与驱散电压、非对称场电源的频率、同轴圆筒的结构及离子的种类等因素有关.该模型以文献报道数据为基础,模型的结论与文献报道实验结果符合较好.     

一种基于厚膜工艺的高集成度FAIMS迁移管的研制

基于厚膜工艺,研制了一种集成有进样接口、气路接口、温控元件和离子源固定装置等外围功能模块的高集成度FAIMS迁移管,阐述了其结构特征和制作方法。为验证其性能,搭建了相应的FAIMS外围检测平台,以丙酮和甲苯为样品进行实验,得到了它们的FAIMS谱图,并与基于MEMS工艺的非集成FAIMS迁移管所测得的丙酮和甲苯的谱图比较,证明了高集成度迁移管在功耗、漏电流、气密性、灵敏度、分辨率和稳定性等方面的优异性能,说明高集成度迁移管适合作为小型化FAIMS独立检测系统的核心器件。     

固相微萃取与离子迁移谱联用技术的进展和应用

离子迁移谱检测技术是现场检测毒害气体的重要方法,具有快速响应、灵敏度高等优点,通常主要用于气体的检测,随着样品处理技术的不断发展,离子迁移谱技术也拓展于现场包括水相、土壤等多种样品基质的快速分析。固相微萃取是已经广泛应用的分析样品前处理技术,具有无溶剂提取、快速、简便等特点。本文介绍了当前固相微萃取与离子迁移等检测器结合使用技术的特点,分析了新的样品解析方法,介绍了固相微萃取-离子迁移谱结合使用在检测领域的应用进展。