用于FAIMS系統(tǒng)的微型離子化單元的研究.pdf

1、為了能實現(xiàn)對化學戰(zhàn)劑、爆炸物、毒品、大氣、水有機污染物、工業(yè)有毒氣體、人呼出氣體等物質的快速檢測與分析，我們課題組設計開發(fā)了具有自主知識產權的FAIMS系統(tǒng)，突破了國外對中國的技術封鎖。本論文工作主要圍繞適用于FAIMS系統(tǒng)的新型離子源展開。
　　 論文首先根據(jù)FAIMS系統(tǒng)的工作原理，分析得出了其對離子源的要求。選擇了適合于本課題組FAIMS系統(tǒng)的兩種離子化方法--電暈放電離子化和大氣壓輝光放電離子化。
　　 論文提出

2、了一種適用于FAIMS系統(tǒng)的新型離子源。該離子源主要由內線電極、外筒電極和牽引電極組成，內、外電極半徑分別是0.08mm和2 mm。筒壁電極上開有對稱的4個槽，用于通入樣品和牽引離子。利用有限元分析的方法仿真計算了該結構下的電場分布情況。發(fā)現(xiàn)在外壁上開口不會影響放電的電離區(qū)域，僅僅影響離子、電子在外圍區(qū)域的漂移運動軌跡。
　　 論文分析了正負電暈放電的物理機理，分析了結構的精密度對離子源工作穩(wěn)定性的影響。在此基礎上，設計了一套機

3、械裝置，該裝置通過精密的加工、裝配保證了結構的精密度，獲得了穩(wěn)定的電暈放電。通過質譜實驗發(fā)現(xiàn)丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、苯胺、乙醇、乙酸乙酯、甲基磷酸二甲酯(DMMP)、甲醇、乙腈、苯甲醇、苯乙烯、正庚烷、甲酸、乙酸、苯酚等正、負電性物質都可以很好的被離子化。并分析了該離子源的離子化機理。通過靜電計以及質譜儀實驗分別從物理和化學角度對該離子源進行了穩(wěn)定性分析，發(fā)現(xiàn)該離子源可以穩(wěn)定的長時間工作。
　　 論文在原結構基礎上進一步研究

4、，實現(xiàn)了大氣壓輝光放電離子源。捕捉了從電暈放電向輝光放電的過渡過程。通過伏安特性曲線分析可以看出，在輝光放電狀態(tài)下施加電壓與放電電流成正電阻特性，電極間電壓不隨放電電流以及外部施加電壓的增大而變化。這些特性與低氣壓下的輝光放電完全吻合。研究了轉動溫度和振動溫度的計算方法，分析了轉動譜線模擬的算法，計算了該離子源生成的等離子體的振動溫度和轉動溫度。通過質譜實驗發(fā)現(xiàn)，該大氣壓輝光放電離子源可以產生大量離子，實現(xiàn)了在大氣環(huán)境下痕量物質的檢測。