【摘 要】
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离子迁移谱技术诞生于上世纪70年代,现已成为痕量检测领域的主要方法之一。根据目标分子的性质,在电离过程中可能会形成正离子或负离子,而传统的离子迁移谱仪器只能工作在正极性或负极性的单一模式下,在单次分析的条件下只能对一种极性的离子给出检测结果,无法实现正负两种离子的同时分析。目前主要通过两种方法解决这一问题,分别是采用双离子检测器和极性切换的方式。后者相比于双离子检测器方法,能减小硬件设备的体积和成
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离子迁移谱技术诞生于上世纪70年代,现已成为痕量检测领域的主要方法之一。根据目标分子的性质,在电离过程中可能会形成正离子或负离子,而传统的离子迁移谱仪器只能工作在正极性或负极性的单一模式下,在单次分析的条件下只能对一种极性的离子给出检测结果,无法实现正负两种离子的同时分析。目前主要通过两种方法解决这一问题,分别是采用双离子检测器和极性切换的方式。后者相比于双离子检测器方法,能减小硬件设备的体积和成本,有利于小型化设计,当待测物浓度随时间变化时,更快的切换时间可以获取更准确的检测结果。本文设计了一种基于电晕电离的快速极性切换离子迁移谱系统,其快速的极性切换能有效提升了极性切换IMS检测结果的准确性,该系统相比放射性离子源的仪器不会受到严格的监管和约束。主要工作包括以下几点:（1）进行了极性切换IMS的系统分析,对影响极性切换时间的主要因素展开研究;（2）设计和优化了快速极性切换IMS的各结构组件,减少迁移管寄生电容对切换时间的影响;（3）对快速极性切换IMS关键部分的电路设计进行了研究,在电晕放电离子源驱动和隔离栅稳压电路设计上提出创新性的解决方案;（4）基于上述工作搭建了实验平台进行验证。实验结果表明,本文对隔离栅稳压电路设计上的优化将极性切换IMS的切换时间缩短至原来的3.3%,仅为20 ms,并且该极性切换IMS的检测性能不会受到极性切换的影响。应用研究方面,展现出了快速极性切换在检测挥发性强的物质时的优势。除了对常规毒品和爆炸物样品进行单独检测,还对混合样品进行了检测实验。不仅证实了该实验平台可以快速、准确检测常见的毒品和爆炸物,还表明其完全可以胜任正负离子的同时检测。正负模式的检测限分别以K粉和TNT进行表征,能达到0.1 ng甚至更低的水平。
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