一种同时筛选并压缩多种离子的离子门控制方法

本发明涉及离子迁移谱中对离子门的控制方法，具体地说是一种对电离区中的多种离子进行同时筛选并压缩的离子门控制方法。

背景技术：

1、近年来常压电离源是质谱领域的研究热点之一，并且目前已经发展了百余种不同电离机理的常压电离源。然而通过现有的研究能力还无法充分认识这些新型电离源的电离机理及其影响因素，离子迁移谱则可以帮助解决这一难题。

2、目前筛选离子的主要方式是选择性离子流动管质谱(sift-ms)，其通过质荷比对电离源中产生的目标离子进行筛选，筛选后的离子进入离子-分子反应管进行反应能力的研究。但是sift-ms的工作气压为mbar量级，目标离子在此气压条件下为裸露的内核离子，与常压条件下电离源内的团簇离子状态差异较大，因此实验结果难以反映电离源中不同气压、温度以及浓度条件下的离子特征。

3、近年来，离子迁移谱(ionmobilityspectrometry,ims)被广泛应用。ims技术主要是通过气相离子的迁移率来表征各种不同的化学物质，以达到对各种物质分析检测的目的。依据ims技术建立起来的离子迁移谱仪的主体部分——迁移管，主要包括电离区、离子门、漂移区(或迁移区)及离子接收和检测区。当样品气体进入电离区时，被电离源电离成离子。得到的样品离子通过周期性开启的离子门进入漂移区被分离，最后进入离子接收和检测区被接收和检测。因此，离子门是离子迁移谱仪的一个主要组成部分，其主要作用是控制样品离子的飞行路径。目前国际上主要有两种离子门，即tyndall-powell(tp)离子门和bradbury-nielsen(bn)离子门。前者使用两片前后平行排列的栅网并施加反向于原电场的阻断电场来实现离子控制，后者则是使用两组等间距交替排列的平行金属丝形成共平面或者平行平面，在其间施加电场来控制离子的飞行路径。

4、在常压下，离子迁移谱可以通过控制离子门控的延迟时间来筛选特定迁移率的团簇离子，从而可以实现在真实的环境内测量离子的反应活性以及反应能力，从而认识其在电场传输中的特性，可以更加全面地表征大气离子。

5、专利cn114047245a提供了一种基于离子迁移谱的离子-分子反应控制装置，即通过控制第二离子门的延迟时间即可筛选不同迁移时间的目标团簇离子进入第二迁移区。在第二迁移区内可以研究目标团簇离子和特定的化合物在不同实验条件下的反应能力，从而了解常压电离源内试剂离子的反应机理，从而为解析大气压、亚大气压电离源中离子-分子反应机制提供重要的数据和技术支撑。

6、但是这种装置的离子门控方式仅允许在一个迁移周期内设定一个延迟时间，只能选择一种迁移率的目标团簇离子，如果需要筛选电离区中产生的多个不同迁移率的团簇离子时，则只能在不同周期内分别筛选，或者将延迟时间增大，从而使迁移率差异较小且相邻的两种离子一次性筛选完毕。但是这种方法会使筛选出来的两种离子谱峰分辨率低，并且当两种离子的迁移率的差异较大且二者之间还有其他离子时，无法通过这种方式在一个周期内单独筛选出来。

技术实现思路

1、考虑到上述专利中通过延迟离子门控时间只能筛选单一迁移率离子的缺陷，本专利基于专利cn114047245a的装置基础上提出一种新的离子门控的方式。通过在一个周期内对第二离子门设置两次或两次以上的延迟时间，以实现在一个周期内筛选多种所需迁移率的目标团簇离子，并且还可以提升每个离子谱峰的分辨率。该方法基于tyndall-powell型离子门，仅通过控制离子门的电压波形即可实现，无需对离子迁移管进行结构上的变化，方法简单。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种在一个迁移周期内筛选多种迁移率离子的离子门控制方法，该方法适用于基于离子迁移谱的离子-分子反应选控测量装置中的tp离子门。所述的tp离子门包括两个相互平行的金属栅网，两个栅网由绝缘材料隔开，绝缘材料的厚度为0.5mm。所述的离子门的控制方法是施加在第一和第二离子门的四片金属栅网上，周期性地控制离子门的工作状态经过以下八个阶段。

4、在第一预设时间间隔内(0<t<t1)，其中t1代表第一离子门的第二片金属栅网(6-2)上的高压由v9变为v7的时间点。在周期内的零时间点至t1时间间隔内，第一离子门的第一片金属栅网(6-1)上施加高压v8，第二片金属栅网(6-2)上施加高压v9；第二离子门的第一片金属栅网(8-1)上施加高压v5，第二片金属栅网(8-2)上施加高压v6；第三个离子门的第一片金属栅网(10-1)上施加高压v2，第二片金属栅网(10-2)上施加高压v3；此时三个离子门均处于关闭状态，是处于开门状态前的准备状态；

5、在第二预设时间间隔内(t1<t<t2)，其中t2代表第一离子门的第二片金属栅网(6-2)上的高压由v7变为v9的时间点。在周期内的t1至t2时间间隔内，在所述第一离子门的第一片金属栅网(6-1)上施加的电压不变，第二片金属栅网(6-2)上施加高压v7，此时第一离子门处于开门状态，电离区(5)中产生的试剂离子开始通过长度为l1，场强为e1的第一迁移区(7)，所述第二离子门和第三离子门上施加的电压保持不变，此时第二离子门和第三离子门保持关门状态；

6、在第三预设时间间隔内(t2<t<t3),其中t3代表第二离子门的第二片金属栅网(8-2)上的高压由v6变为v4的时间点。在周期的t2至t3时间间隔内，在所述的第一离子门的第一片金属栅网(6-1)上施加的电压不变，第二片金属栅网(6-2)上施加高压v6；所述第二离子门和第三离子门上施加的电压保持不变，此时三个离子门均处于关门状态；

7、在第四预设时间间隔内(t3<t<t4),其中t4代表第二离子门的第二片金属栅网(8-2)上的高压由v4变为v6的时间点。在周期的t3至t4时间间隔内，在所述第二离子门的第一片金属栅网(8-1)上施加的电压不变，第二片金属栅网(8-2)上施加高压v4，此时第二离子门处于开门状态，并将通过第一离子门后的迁移率为k1＝l1/[e1×(t3-t1)]的薄圆片状反应试剂离子团被选择并注入第二电离区(9)中；所述的第一离子门和第三离子门上施加的电压保持不变，此时的第一离子门和第三离子门保持关门状态；

8、在第五预设时间间隔内(t4<t<t5),其中t5代表第二离子门的第二片金属栅网(8-2)上的高压由v6变为v4的时间点。在周期的t4至t5时间间隔内，在所述第二离子门的第一片金属栅网(8-1)上施加的电压不变，第二片金属栅网(8-2)上施加高压v6；所述的第一离子门和第三离子门上施加的电压保持不变，此时的三个离子门均处于关门状态；

9、在第六预设时间间隔内(t5<t<t6),其中t6代表第二离子门的第二片金属栅网(8-2)上的高压由v4变为v6的时间点。在周期的t5至t6时间间隔内，在所述的第二离子门的第一片金属栅网(8-1)上施加的电压不变，第二片金属栅网(8-2)上施加高压v4，此时第二离子门处于开门状态，并将通过第一离子门后的迁移率为k2＝l1/[e1×(t5-t1)]的薄圆片状反应试剂离子团被选择并注入第二电离区(9)中；所述的第一离子门和第三离子门上施加的电压保持不变，此时的第一离子门和第三离子门保持关门状态；

10、在第七预设时间间隔内(t6<t<t7)，其中t7代表第三离子门的第二片金属栅网(10-2)上的高压由v3变为v1的时间点。在周期的t6至t7的时间间隔内，在所述的第二离子门的第一片金属栅网(8-1)上施加的电压不变，第二片金属栅网(8-2)上施加高压v6；所述的第一离子门和第三离子门上施加的电压保持不变，此时的三个离子门均处于关门状态。此时样品气经样品气入口(14)进入第二电离区中，与所筛选出的两种迁移率的离子发生反应得到目标产物离子；

11、在第八预设时间间隔内(t7<t<t8)，其中t8代表第三离子门的第二片金属栅网(10-2)上的高压由v1变为v3的时间点。在周期的t7至t8的时间间隔内，在所述的第三离子门的第一片金属栅网(10-1)上施加的电压不变，第二片金属栅网(10-2)上施加高压v1，此时第三离子门保持开门状态，将第二电离区中得到的产物离子注入长度为l2，场强为e2的第二迁移区(11)中；所述的第一离子门和第二离子门上施加的电压保持不变，此时的第一和第二离子门保持关门状态。

12、此后离子门又回到第一预设时间间隔内的门控状态，即离子门的关闭状态。

13、所述的第一至第八预设时间间隔总和为离子迁移谱的一次开关周期。

14、相应的，在第二离子门上重复第六预设时间间隔对应的脉冲电压方波波形，就可以在一个周期内实现两种以上不同迁移率离子的筛选。

15、所述的第一、第三以、第五及第七预设时间间隔为离子门的关门时间。第三预设时间间隔为离子经过第一迁移区(7)的时间，其值设置在5～10ms；第五预设时间间隔为两种离子的迁移时间差值，其值设置在1～3ms；第七预设时间间隔为离子在第二电离区(9)中与样品气发生反应所需要的时间，其值设置在5～10ms；第二、第四、第六以及第八预设时间间隔为离子门开门时间，为确保让离子顺利通过离子门，其值设置在1～300us之间。

16、所述的v8为第一离子门的第一片金属栅网(6-1)所在位置的参考电压；v7为第一离子门的第二片金属栅网(6-2)所在位置的参考电压；v9为第一离子门的第二片金属栅网(6-2)施加关门电压后达到的电压值，v9相对于v8的绝对值之差一般在100～300v，v8及v7的电压值范围为1～3kv。所述的v5为第二离子门的第一片金属栅网(8-1)所在位置的参考电压；v4为第二离子门的第二片金属栅网(8-2)所在位置的参考电压；v6为第二离子门的第二片金属栅网(8-2)施加关门电压后达到的电压值，v6相对于v5的绝对值之差一般在100～300v，v5和v4的电压值范围为4～6kv。所述的v2为第三离子门的第一片金属栅网(10-1)所在位置的参考电压；v1为第三离子门的第二片金属栅网(10-2)所在位置的参考电压；v3为第三离子门的第二片金属栅网(10-2)施加关门电压后达到的电压值，v3相对于v2的绝对值之差一般在100～300v，v1和v2的电压值范围为7～10kv。

17、本发明周期性地控制离子门经历八个阶段的电压波形，可以对电离区中的多种迁移率的离子进行同时筛选并压缩。

18、本发明的优点是

19、在一次周期内，通过对离子-分子反应选控测量装置的第二离子门在特定的延迟时间内打开，可以筛选对应迁移率的试剂离子进入第二电离区中；通过对第二离子门的多次开关，可以筛选多个与之对应的迁移率的试剂离子进入电离区中发生下一步的离子-分子反应，更加有利于实现大气压、亚大气压下电离源中离子-分子反应机制的解析。下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：