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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

差分迁移谱(DMS)研究进展

近年来,差分迁移谱(DMS)在生化快速检测领域的应用日益广泛,随着研究的深入,在小型化、提高分辨率方面取得了较大进展,并在质谱预分离方面展现出巨大的潜力。本文针对单通道和多通道两种结构的DMS传感器,介绍了国内外最新的研究与仪器研制进展,详细阐述了DMS传感器的结构特征及制造方法,并对DMS传感器的发展前景进行了展望。     

Planar Drift Tube for Ion Mobility Spectrometry

Abstract

The drift tube in ion mobility spectrometry is the component of central importance, where sample vapors are ionized and where ions are separated on the basis of gaseous mobility in a comparatively weak electric field. Construction of drift tubes is labor intensive and costly when built with precision machined components and an alternative design, fabricated using photolithography methods with planar drift plates, is described. Diagnostics of performance including response toward electric fields, peak shape of mobility spectra, determined values for reduced mobility coefficients, and patterns of response to changing vapor concentrations were consistent with conventional drift tubes. Neither ion losses nor band broadening were unexpectedly large though ultimate measures of performance were limited by the unavailability of drift tube components with rectangular profiles and by an imperfect reaction region design. The cost of making drift tubes is calculated as roughly 10% of that for conventional designs.     

基于离子淌度质谱技术的离子光谱研究进展

离子光谱结合了质谱的高灵敏度和光谱的分子结构特异性的优势,可对蛋白质、多肽、糖类、寡核苷酸等复杂体系进行结构表征和鉴定。但当存在同分异构体时,离子光谱难以从叠加的谱图中得到单个异构体的光谱信息。离子淌度质谱技术可通过区分待测离子质荷比和分子空间尺寸差异来实现异构体的分离。离子淌度可以对异构体分离后分别引入到后续的光谱和质谱分析中,减少了由异构体引起的光谱叠加问题,光谱可以进一步验证离子淌度的分离效果,因此质谱、光谱、离子淌度谱的有机结合在得到异构体精确光谱的同时,也为离子淌度质谱分析带来了新的维度和深度。本文概述了近20年来基于各类离子淌度质谱技术的光谱仪器发展和应用情况,总结目前存在的问题,并展望多维度结构质谱的新需求。     

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。     

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。     

对称式微波功率传感器的设计

为了克服传统微波功率传感由于失配和热损耗带来的微波功率测量误差,提出了一种基于MEMS技术的对称式微波功率传感器,对该微波功率传感器的微波损耗、温度分布以及微波功率的精确测量进行了研究.首先,根据提出的损耗模型推导了微波损耗功率和损耗电压的表达式,并建立了该传感器的传热解析模型;接着,设计并制作了该微波功率传感器;最后...     

谐振式MEMS温度传感器设计

为了实现以频率输出为信号的气象温度测量,提出了一种基于双层悬臂梁的谐振式微温度传感器。基于双悬臂梁不同材料热膨胀系数的差异会导致悬臂梁谐振频率偏移的原理,采用压电方式同时实现悬臂梁的驱动及其谐振频率的检测,从而实现温度的测量。根据硅基传感器的正面腐蚀工艺,设计了谐振悬臂梁的双层结构,采用有限元方法分析了悬臂梁的谐振模态、可利用的振型及其温度与各模态谐振频率的关系,并利用多普勒振动系统对悬臂梁的谐振特性进行了研究。实验发现悬臂梁的二阶弯曲振型Q值相对于其它振型是最大的,其Q值约为150;高阶振型特别是二阶弯曲振型适合用于以ZnO为压电材料的温度传感器的频率检测,并且具有相对较高的灵敏度(约为20Hz/℃)和频率温度系数(1.9×10-4/℃)。结果表明,微型温度传感器能够满足气象温度检测的要求,并具有抗干扰能力强、灵敏度高、信号传输接口简单等优点。