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第32卷第12期
舰船科学技术
Vol 32 No 12
2010年12月
SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Dec.,2010
离子迁移谱分辨力分析
李金香,王兴军,武波涛
(中国船舶重エ集因公司第七一八研究所,河北邯郸056027)
摘要:借鉴一种传统的计算方法来计算离子迁移谱离子峰的分辦力。对于使用Yi放射源的离子迁移谱
可以把离子峰分辦力当作仪器最小分辨能力,这样易于测量。离子峰的单峰分辦力定义为离子漂移时间与离子半峰
宽的比值。离子峰分辨力主要受离子门开门时间,漂移区电场强度及漂移气绝对温度的影响。通过理论分析结合试
验验证,得出了自制漂移管的最佳工作参数。
关键词:离子迁移谱;离子峰;分辨力;离子门开门时间
中图分类号:TQ016.51
文献标识码:A
文章编号:1672-7649(2010)12-0042-04DOI:10.3404/j.is.1672-7649.2010.12.011
Analyse of the ion mobility spectrometry resolution
LI Jin-xiang, WANG Xing-jun, WU Bo-tao
(The 718 Research Institute of CSIC, Handan 056027, China
Abstract: The paper analyses the IMS peaks resolution through a traditional computational method
The IMS system that uses the"Ni beta source may regard the ion peak resolution as the apparatus' minimal
resolving ability, and it is easy to be measured. The single ion peak is defined as the ratio of ion drift time to
the semi-top peak wide. The ion peak resolution is mainly affected by the opening duration of ion gate, drift
region electirc field intensity and drift gas absolute temperature. Here, the original obtains the optimum work
parameters for our homemade drift tube on the base of theory and experimentation
Key words: ion mobility spectrometry; ion peak; resolution; ion-gate openting duration
0引言
质种类,从而完成有机化合物的测量。离子迁移谐离
子峰的分辨力是仪器的最小分辨能力,主要受离子门
离子迁移谱( lon Mobility Spectrometry,IMS)是一开门时间、漂移区电场强度及漂移气绝对温度的影
种气相分析技术,是利用离子的物理性质一一离子迁响。
移来确定和表征化学物质的川。离子迁移率定义为
离子在单位电场中的迁移速度,即:
技术原理
闭合型离子迁移谱漂移管由反应区和漂移区2
K
部分组成,见图1。反应区的最前端是进样口。进样
式中:K为离子迁移率;为离子迁移速度;E为迁口和反应区之间有一层渗透膜,该渗透膜能阻止水
移电场强度。
分、无机分子等杂质进入漂移管内。电离源放置在反
离子在空气中的迁移,一方面取决于离子的结构应区前端,一般为放射源Yi。反应区和漂移区均采
和质荷比;另一方面取决于压力、温度和电场强度等用导电环和绝缘环相互隔离的层叠结构,由离子门隔
工作条件。在压力、温度和电场强度恒定的条件下,开。通过高压模块分别在反应区和漂移区内形成均
通过测量不同离子通过电场所需的时间,区分待测物匀电场。控制单元通过脉冲发生器控制离子门的开
收稿日期:2010-08-16
作者简介:李金香(1980-),女,硕土,工程师,从事离子迁移谱探测技术研究。
万方数据
第12期
李金香,等:离子迁移语分辨力分析
瀑移管
12
l/2
透膜e
高子门
孔
N
M
收集电投
瀑移区
式中:K为电场强度和离子平均速率的比率,称为离
进样口-→
反应区
派移气入口子迁移常数;q为离子所带电荷,C;N为气体密度
载气入口导电环出气ロ2
绝缘体
数;m为离子质量,kg;M为漂移气质量,kg;k为波
图1闭合型离子迁移谱漂移管的结构图
尔兹曼常数;7为漂移气绝对温度,K;。为扩散碰
Fig. i The structure of closed IMS drift tube
撞系数,是离子大小的表征。
假设温度和压力(气体密度数)保持恒定,对给
关。孔栅和收集电极位于漂移区的尾端,收集电极与定的离子,g恒定,则离子迁移常数K与离子折合质
放大器相连,进行信号传输。
量的平方根成反比,令ル=mM/(m+M),离子大小
待测物质随样气(空气)经进样口进入漂移管,表示为2。,则
被渗透膜吸附。加热渗透膜至100℃,解析膜吸附的
待测物质。载气(净化空气或纯氪气)自载气入口进
入,携带被解析的待测物质进入反应区。在电离源的
在相同的中性漂移气内,较小的原子型离子的迁
作用下发生电离,生成产物离子。产物离子在反应区移率是由其折合质量控制的。对于较大的分子型离
电场的作用下,移向离子门,并在离子门处以一定的子,μ接近常数,因此其迁移率是由离子的形状控制
浓度聚集。通过脉冲发生器控制离子门的开关。离的。对于处于2个极端之间的离子,包括大多数的多
子门打开的一瞬间,离子以脉冲形式进人漂移区。在原子离子,是通过质量和形状共同作用的。
漂移区电场的作用下,不同离子以不同的速度移向收
由于离子迁移谱并不完全等同于质谱或色谱,因
集电极。离子到达收集电极后被电极中和,从而在电此,离子迁移谱分辨力的定义与质谱和色谱也不尽相
极上产生电流一时间谱信号,见图2。离子迁移谱信同。定义离子迁移谱分辦力R为离子脉冲传输的长
号依次经放大器放大、控制单元谱处理,识别不同离度L和离子传输L距离后离子平面的宽度的比
子谱的谱峰位置和2,在已知漂移区长度和漂移区率。
内电场强度条件下,计算出各离子谱峰对应的迁移
R
率,查表得知被测物种类。测量谱峰面积,估算被检
为了将这个空间定义转换成我们习惯的时域形
测物的浓度。
式,在分子和分母上同时除以离子脉冲的平均漂移速
率,得到
R
W'/
W
式中:t为离子脉冲的漂移时间,8;W为离子峰的时
间宽度,s。
假设离子簇呈高斯分布,其宽度定义为标准差σ
时闫
的4.7倍。离子迁移谱的峰宽定义不同于色谱4o
图2离子迁移谱信号
的定义。因为色谱峰的峰宽是在峰高的13.4%处测
Fig. 2 The signal of