提高离子迁移谱性能的双效应Tyndall-Powell门控方法研究

摘要 离子迁移谱（Ion mobility spectrometry， IMS）检测速度快、灵敏度高、可便携，在化学毒剂、爆炸物、毒品和环境污染物等现场检测中发挥了重要作用。离子门作为IMS 的关键部件，其向迁移区内注入离子团的离子数和时间宽度直接影响检测灵敏度和分辨能力。本研究采用Tyndall-Powell 离子门（TPG）双平行栅结构可有效隔离电离区、离子门区和迁移区电场并独立调控的优势，发展了一种可以使迁移率歧视消除与离子团时域压缩同步增强的双效应TPG 门控方法，提升了IMS 的性能。搭建了TPG-IMS 平台，考察了双效应TPG 门控方法的离子门开门时间、离子门穿透电压和离子注入电压等参数对IMS 信号强度和分辨能力的影响。结果表明，采用双效应TPG 门控方法检测磷酸二乙酯（Diethyl phosphonate， DEP）和甲基磷酸二乙酯（Diethyl methylphosphonate， DEMP）混合样品，可以使迁移率（K0）较小的（DEP）2H+和（DEP·DEMP）H+的离子峰强度分别提升18 和45 倍，并保持分辨能力为～90，实现综合门控效能的提升；DEP 的检出限从4 ppb （10–9）降至235 ppt （10–12）， DEMP 的检出限从5 ppb 降至156 ppt。此门控方法仅调控TPG 紧邻迁移区栅极的电势，无需改变迁移管结构，便于在现有商品化仪器上推广应用。

关键词 离子迁移谱；双平行栅离子门；迁移率歧视；离子团时域压缩；综合门控效能