Введение в технологию ионной подвижности
один.История развития спектрометрии ионной подвижности
Спектрометрия ионной подвижности (Ионная подвижность спектрометрия (ИМС)История технологического развития восходит к20век60В конце 1980-х годов ее основная теория возникла из идеи разделения, основанной на разнице в подвижности ионов в газе.
1970Год,КоэниКарасекБыл разработан первый коммерчески доступный тип дрейфовой трубки.ИМСПервоначально использовавшийся в основном для обнаружения загрязняющих веществ в окружающей среде, этот метод был забыт из-за недостаточной чувствительности и технических ограничений.
1980В ту эпоху возросла потребность в борьбе с терроризмом и проведении проверок безопасности.ИМСОбладая быстрым откликом (миллисекунды) и высокой чувствительностью (ppbПрорывы в обнаружении взрывчатых веществ и наркотиков были достигнуты благодаря передовым технологиям (таким как класс ⁶³) и портативности, типичным примером чего является класс ⁶³.ВМиниатюрное оборудование для работы с радиоактивными источниками.
1990В 1980-х годах внедрение технологий электрораспылительной ионизации и лазерной десорбционной ионизации способствовало...ИМСВыход на рынок анализа биомакромолекул знаменует собой начало новой эры сочетания с масс-спектрометрией.
2000С 2000 года технология высокоразрешающей спектроскопии подвижности получила широкое распространение. Например, дифференциальная спектроскопия подвижности использует асимметричные электрические поля для повышения селективности, спектроскопия подвижности ионов с бегущей волной улучшает разрешение за счет электрических полей с бегущей волной, а спектроскопия подвижности ионов в ловушках обеспечивает возможности многомерного разделения.
сейчас,ИМСОн превратился из инструмента фундаментальных исследований в средство клинической диагностики (например, диагностики по выдыхаемому воздуху), прецизионной медицины и освоения космоса, став незаменимой платформой для разделения веществ в современной аналитической науке.
два.Базовая структура ионно-мобильного спектрометра
Схема портативного ионно-мобильного спектрометра.
Типичная структура ионно-мобильного спектрометра включает в себя систему отбора проб и ввода образцов, трубку для миграции ионов, систему циркуляции несущего и миграционного газов, систему управления ионным затвором, систему высоковольтного питания, схему управления температурным нагревом, а также систему усиления сигнала, сбора и обработки данных.
Основным компонентом ионно-мобильного спектрометра является трубка для измерения подвижности ионов. Традиционная трубка для измерения подвижности в линейном электрическом поле состоит из области ионизации, ионного затвора и области миграции.
63ВСхематическое изображение структуры трубки для миграции ионов в линейном электрическом поле
Зона изоляции:Используется для ионизации молекул образца с целью образования ионов-продуктов. Распространенные источники ионизации:63ВКоронный разряд, тлеющий разряд, низкотемпературная плазменная ионизация, фотоионизация при атмосферном давлении, импульсный источник электронов, электрораспылительная ионизация и вторичная электрораспылительная ионизация.
Ионный затворОна состоит из ионного затвора и изолирующей пластины, а периодическое введение ионов контролируется импульсным напряжением.
зона миграцииОбласть разделения ионов состоит из множества расположенных на некотором расстоянии друг от друга зон миграционных электродов, которые образуют однородное электрическое поле, вызывающее дрейф ионов. Под совместным воздействием однородного электрического поля и нейтрального газа ионы мигрируют в соответствии со своей скоростью миграции.КИх разделяют различия. Подвижность ионовКВыражено в виде скорости ионов.Генеральный директорС электрическим полемИФункции:
три .Основные типы реакций для образования положительных и отрицательных ионов в области ионизации спектра ионной подвижности
3.1Основные типы реакций образования положительных ионов
Спектрометр ионной подвижности (ИМСОбразование положительных ионов в ионизационной области миграционной трубки в основном зависит от реакции переноса протонов.(PTR)Это метод, использующий протоны (ЧАС+Реакция ионизации, в которой ионы переносятся от ионов реагентов к молекулам образца. Суть реакции переноса протона заключается в сродстве к протону (…).Протонная Аффинность, ПенсильванияХимические реакции, обусловленные различиями:
Реактивные ионы (такие какЧАС3ТЕ+В качестве донора протонов, его сродство к протону (ПАМолекулярная масса целевого образца должна быть ниже, чем молекулярная масса исходного целевого образца.М)изПАПри столкновении реагирующих ионов с молекулами образца, еслиПАМ>ПАH3O+Протоны спонтанно переносятся, генерируя положительные ионы из образца (МХ+）。
Пример уравнения реакции:ЧАС+(ЧАС2O)n + M → MH++ (H2На
3.2Основные типы реакций для генерации отрицательных ионов
Спектрометрия ионной подвижности (ИМСМеханизм генерации отрицательных ионов в зоне ионизации в основном зависит от захвата электронов и ионного обмена, происходящих внутри зоны ионизации миграционной трубки.-Молекулярная реакция. Ее суть заключается во взаимодействии молекул образца с реагирующими ионами (или свободными электронами), в результате которого образуются стабильные отрицательные ионы.
① Реакция сродства к электронам (Присоединение электронов，ДА：М+е−(ЧАС2O)n→M−+нГн2THE(Целевые молекулы образцаМОно обладает более высоким сродством к электронам.(EA)
② ионы-Молекулярная реакция (реакция переноса электронов):ТЕ2−+ М → М−+2
③ Реакция отрыва протона (Отрыв протона：М+О2−→[M−H]−+HO2
3.3Характеристики применения ионно-мобильного спектрометра в режимах положительных и отрицательных ионов.
особенность | Режим отрицательных ионов | Режим положительных ионов |
Ионы реагентов, обычно используемые в реакциях | е-(H2На,ТЕ2−，Кл⁻ | ЧАС+(ЧАС2На,NH4+ |
Основной механизм реакции | Захват электронов, перенос электронов, отрыв протонов | Перенос протона, реакция присоединения |
Преимущества тестирования | взрывчатое вещество(Тротил, РХС), органические кислоты, галогенированные соединения | Щелочи (лекарственные препараты, амины), кетоны |
Источник помех | Содержание кислорода в окружающей среде, влажность | Аммиак, пары органического растворителя |
Четыре.Схема работы традиционной спектроскопии ионной подвижности в линейном электрическом поле
①Введение образца и ионизацияПосле введения молекул газа через мембрану они переносятся в область ионизации газом-носителем. Под воздействием источника ионов молекулы газа-носителя и молекулы образца подвергаются ряду реакций ионизации и ионизации.-В результате молекулярных реакций образуются различные ионы-продукты.
②Управление ионным затвором и ионная имплантацияПод воздействием электрического поля ионизированные кластеры ионов проникают в область миграции через периодически открывающиеся ионные затворы.
③Миграция и разделение ионов:В ходе непрерывных столкновений с нейтральными дрейфующими молекулами газа в противотоке ионы разделяются из-за различий в скоростях их миграции в электрическом поле. Они прибывают к ионному приемному диску один за другим и в конечном итоге формируют импульсный сигнал тока на детекторе.
④Обнаружение сигналов и обработка данных:Каждый ионный компонент последовательно поступает на ионоприемный диск, генерируя импульсные сигналы тока на детекторе. Высокоскоростное программное обеспечение регистрирует изменения ионного тока во времени, создавая спектр миграции ионов. Измерение времени, необходимого ионам для прохождения электрического поля миграционной трубки, позволяет определить характерную скорость миграции каждого иона. Путем сравнения со стандартными веществами или базами данных, содержащими известные скорости миграции, определяется состав образца; концентрации рассчитываются путем интегрирования сигнала.
пять.Характеристики технологии применения ионно-мобильной спектроскопии
Для его работы не требуется вакуумная система, и он может работать при атмосферном давлении, что позволяет миниатюризировать весь прибор. Небольшие размеры, малый вес и низкое энергопотребление обеспечивают миниатюризацию, делая устройство портативным и пригодным для использования в полевых условиях.
Его чувствительность чрезвычайно высока, даже без какого-либо обогащения.ИМСДостичь нанограммы несложно.(из)Эти характеристики, включая его масштаб, делают его хорошо подходящим для быстрого онлайн-анализа в полевых условиях.
Скорость анализа чрезвычайно высока: ионы перемещаются в миграционной трубке за миллисекунды, что делает его пригодным для быстрого анализа на месте.
Система приборов проста и удобна в эксплуатации, не требует расходных материалов, таких как газ-носитель, и имеет низкие затраты на техническое обслуживание.
Предварительная обработка образцов не требуется; газообразные компоненты, выделяющиеся из твердых и жидких образцов, могут быть обнаружены непосредственно.
Оно способно обнаруживать широкий спектр компонентов: боевое химическое оружие.(CWA)Взрывчатые вещества, наркотики и промышленные токсичные соединения(ТИК)Галогенированные соединения, кетоны, альдегиды, спирты, амины, органические фосфорсодержащие соединения и т. д.
шесть.Примеры применения спектрометров ионной подвижности
BW-CSD9220Портативный детектор химических веществ
BW-CSD9220Портативный детектор химических агентов объединяет ионно-мобильную спектрометрию и рамановскую спектроскопию с технологиями электрохимического зондирования, что позволяет ему обнаруживать боевые отравляющие вещества во всех газообразных, твердых и жидких формах.БАВ) и промышленных токсичных и вредных газов (ТИКсСреди них с помощью ионно-мобильной спектрометрии были обнаружены и проанализированы газообразные боевые отравляющие вещества (зарин, соман, VEX, горчичный газ, люизит, фосген, цианистый водород и др.) и различные газообразные промышленные токсичные газы (фторид водорода, хлор, сероводород, диоксид серы).
BW-GCIMS410Газовая хроматография-Спектрометрия ионной подвижности (IMP)ГХ-ИМСГазовая хроматография (ГХ)ГКтехнология и спектрометрия ионной подвижности (ИМСБлагодаря сочетанию этих технологий, он не только обладает возможностями газовой хроматографии (ГХ), но и...ГКОн обладает хорошей разделительной способностью, а также оснащен ионно-мобильной спектрометрией (ИМС).ИМССверхвысокая чувствительность, позволяющая обнаруживать следовые количества летучих органических соединений в сложных матричных образцах без предварительной обработки образцов.ЛОС)анализировать.
BW-JNCM310Беспилотная система раннего предупреждения и мониторинга ядерной и химической опасности
BW-JNCM310Беспилотная система раннего предупреждения и мониторинга ядерных и химических угроз представляет собой многосценарное, работающее в режиме реального времени беспилотное устройство мониторинга. Интегрируя технологию ионно-мобильной спектрометрии, технологию мониторинга ядерного излучения, технологию самоорганизующихся сетей и технологию связи BeiDou, она может отслеживать химически токсичные газы, промышленные токсичные вещества и сети обнаружения ядерных угроз в беспилотных зонах в различных сценариях. Она предоставляет своевременную информацию о ядерных и химических опасностях в регионе и анализирует измеренные данные с помощью алгоритмических моделей, обеспечивая научную основу для защиты персонала, эвакуации и реагирования. Модуль ионно-мобильной спектрометрии может в режиме реального времени отслеживать зарин (…Великобритания), Виекс (VX), Соман (ГД), синильная кислота (HCNЛьюизит ()ЛГорчичный газHD), хлористый цианоген (CK), Фосген (CGВключая8химическое оружие и диоксид серы (SO2), сероводород (H2S), хлор (Cl2), диоксид азота (NO2Промышленные токсичные газы, такие как ( ).
Высотные разведывательные и инспекционные беспилотники для обнаружения и контроля ядерного и химического оружия
Высотные беспилотные летательные аппараты для ядерной и химической разведки и обнаружения сочетают в себе технологии беспилотников, Интернета вещей и обнаружения ядерных и химических веществ, предоставляя комплексные решения для мониторинга токсичных газов и ядерного излучения в таких областях, как национальная оборона, атомная энергетика и охрана окружающей среды. Ионная подвижная спектрометрия, благодаря своему малому весу, компактным размерам и высокой скорости обнаружения, стала предпочтительной конфигурацией для обнаружения химических веществ на больших высотах и промышленных токсичных газов.