專利名稱：離子遷移譜檢測方法及使用該方法的離子遷移譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子遷移譜儀(IMS )和其中使用的離子遷移譜檢測方法， 尤其涉及通過差分進(jìn)行尋峰的離子遷移譜檢測方法及使用該方法的離子 遷移譜儀。
背景技術(shù)：
1970年，離子遷移譜檢測技術(shù)作為一種有機(jī)化合物的分析方法由 Karasek和Cohen首次提出。從一開始IMS就引起了人們的濃厚興趣， 但是直到20世紀(jì)80年代末，人們才對大氣氣壓環(huán)境下的分子化學(xué)離化 (APCI )過程等IMS中的一些難點(diǎn)問題逐漸有了深刻的認(rèn)識，使IMS的 性能得到很大提高，并開始廣泛應(yīng)用于各個方面。現(xiàn)在基于IMS的產(chǎn)品 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)場、碼頭、車站等的爆炸物、毒品、化學(xué)試劑的檢溯'J。 由于IMS具有靈敏度高(10—8到l(T"g)、分析時間快和功能強(qiáng)、以及成 本不高等優(yōu)點(diǎn)，其已經(jīng)成為目前廣泛使用的痕量化學(xué)物質(zhì)探測技術(shù)之一。
圖1和2分別示出了傳統(tǒng)IMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和IMS前端(即遷移管) 的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，傳統(tǒng)IMS系統(tǒng)包括用于對樣品進(jìn)行采樣的 采用系統(tǒng)101;分別用于制備載氣和排出載氣的載氣制備系統(tǒng)102和載 氣排出系統(tǒng)103;分別用于制備遷移氣體和排出遷移氣體的遷移氣體制 備系統(tǒng)104和遷移氣體排出系統(tǒng)105; IMS系統(tǒng)核心部分遷移管106;遷 移管106中的離子門及控制器107;高壓發(fā)生及控制器108和溫度傳感 及控制器109;以及遷移譜檢測器IIO。遷移譜檢測器IIO優(yōu)選為包括 微電流放大器1101,用于對由遷移管106中的電荷傳感器206所探測到 的電流進(jìn)行放大；A/D轉(zhuǎn)換器1102，用于對所放大的電流值進(jìn)行數(shù)字化； 以及遷移譜獲取裝置1103,用于對數(shù)字化的電流信號進(jìn)行刻度和其他處 理，以獲得最終的遷移譜。
如圖2所示，遷移管106主要包括汽化器201、離子源202、反應(yīng) 區(qū)203、離子門204、漂移區(qū)205和電荷傳感器206。遷移管106還包括 樣品進(jìn)入口 211、載氣進(jìn)口和出口 212和213、遷移氣進(jìn)出口 214和215。IMS的基本工作原理描述如下1、含可疑物質(zhì)樣品(固樣或氣樣)通過 采樣系統(tǒng)101進(jìn)入遷移管106; 2、經(jīng)樣品氣化器201氣化，使有害物質(zhì) 分子等進(jìn)入離子源202，并使其電離成分子離子；3、混合離子經(jīng)電場引 入到離子反應(yīng)區(qū)203,并使分子離子間充分反應(yīng)；4、啟動離子門204, 使離子在一充氣的有固定電場強(qiáng)度的漂移區(qū)205中漂移；5、由電荷傳 感器206感知離子通過漂移區(qū)的時間；6、因離子性質(zhì)的差異，使不同 離子通過漂移區(qū)205達(dá)到傳感器206的時間不同，因而電荷傳感器206 所探測到的電荷到達(dá)時間和離子的性質(zhì)相關(guān)，因此遷移譜檢測器110通 過對電荷傳感器206的探測結(jié)果進(jìn)行處理，得到與離子性質(zhì)相關(guān)的一維 時間離子遷移譜；以及7、通過軟件算法，對離子遷移譜進(jìn)行各種處理 并識別離子遷移譜中有害物質(zhì)離子的特征峰，給出適當(dāng)?shù)膱缶畔ⅰ?br> 由于離子遷移譜易受各種千擾物峰的干擾；及儀器所處環(huán)境氣壓、 溫度變化對它的影響；機(jī)械震動、電子學(xué)噪聲等更使離子遷移譜復(fù)雜化， 因此如何準(zhǔn)確高效地尋找到有害物質(zhì)的特征離子遷移峰，并盡可能排除 各種干擾，是提高離子遷移譜儀探查有害物質(zhì)靈敏度、準(zhǔn)確度和減少誤 報率的關(guān)鍵。目前對離子遷移譜的處理和尋峰方法有多種，但還沒有比 較好的方法可以消除各種干擾，準(zhǔn)確高效地尋找有害物質(zhì)的特征離子遷 移峰。
因此，所期望的是一種可對離子遷移諳進(jìn)行譜處理和尋峰，消除各 種干擾，準(zhǔn)確高效地尋找有害物質(zhì)的特征離子遷移峰，提高離子遷移譜 儀探查有害物質(zhì)的靈敏度、準(zhǔn)確度和減少誤報率的改進(jìn)方法，以及采用 該方法的離子遷移譜儀。
優(yōu)選地，利用純載氣特征峰確定純載氣譜線下降比例，計算未包含 測試物樣品時純載氣實(shí)際譜線，再與包含測試物樣品的遷移譜相比較， 進(jìn)行差分處理，以獲得差分譜。

發(fā)明內(nèi)容
申請人發(fā)現(xiàn)，離子遷移譜儀中的離子源為系統(tǒng)提供了 一個近乎穩(wěn)定 的電荷源，當(dāng)氣壓、溫度和離子的引出電場等條件不變時，無論是純載 氣，還是混合有樣品或干擾物的氣體，其被電離后進(jìn)入系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)的總 電荷量基本不變；同理，分子離子在反應(yīng)區(qū)經(jīng)充分反應(yīng)并通過漂移區(qū)后 到達(dá)電荷傳感器的總電荷量近乎恒定，當(dāng)然，因離子性質(zhì)的差異，遷移譜的結(jié)構(gòu)隨之改變。
利用離子遷移譜儀上述特性，如果將純載氣的離子遷移譜和混合有 樣品氣體的離子遷移譜進(jìn)行差分處理，即可消除因多種干擾源對遷移譜 在譜處理和尋峰時帶來的困難和誤差(因?yàn)樵S多干擾源在很短的時間內(nèi)， 其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)變化不大)，凸顯樣品氣體特有的離子遷移譜結(jié)構(gòu)，為下 一步的譜處理和尋峰帶來方便，從而提高了離子遷移譜儀探查有害物質(zhì) 的靈敏度、準(zhǔn)確度同時減少了誤報率。
為此，本發(fā)明提出了一種運(yùn)用差分的方法，對離子遷移譜進(jìn)行語處 理和尋峰，消除各種干擾，準(zhǔn)確高效地尋找有害物質(zhì)的特征離子遷移峰， 提高離子遷移譜儀探查有害物質(zhì)的靈敏度、準(zhǔn)確度和減少誤報率的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種離子遷移譜檢測方法，包含步
驟獲取純載氣進(jìn)樣時的離子遷移譜；獲取含測試物樣品的離子遷移譜； 以及將所述純載氣進(jìn)樣時的離子遷移譜和所述含測試物樣品的離子遷移 譜進(jìn)行差分處理以獲得差分譜，所述差分譜的特征峰值表征了所述物質(zhì) 樣品的屬性。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種離子遷移譜檢測器，包括遷 移譜獲取裝置，用于獲取包含測試物樣品的遷移譜和純載氣時的遷移譜， 該離子遷移譜檢測器還包括差分譜獲取裝置，用于對所述純載氣時的遷 移譜和包含測試物樣品的遷移譜進(jìn)行差分處理以獲得差分譜，所述差分 譜的特征峰值表征了所述物質(zhì)樣品的屬性。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個方面，提供了 一種包含上述離子遷移譜檢測器 的離子遷移譜儀。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明避免了多種儀器自身干擾源對遷移譜在語 處理和尋峰時帶來的困難和誤差，凸顯測試物特有的離子遷移譜結(jié)構(gòu)，
能更準(zhǔn)確和快速尋找到有害物質(zhì)的特征峰，從而提高了離子遷移譜儀探 查有害物質(zhì)的靈敏度、準(zhǔn)確度并同時減少了系統(tǒng)誤報率。
此外，由于本發(fā)明主要涉及在離子遷移語儀的后端對所探測到的遷 移譜進(jìn)行處理來更準(zhǔn)確和快速尋找到有害物質(zhì)的特征峰，所以不需要對 現(xiàn)有離子遷移譜儀的前端進(jìn)行修改，可見本發(fā)明可適用于以較低的成本 提高現(xiàn)有離子遷移譜儀的檢測靈敏度和準(zhǔn)確度。本發(fā)明還適用于所有離 子遷移譜儀開發(fā)制造等技術(shù)領(lǐng)域。


通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對 于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了 。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式 的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的
參考符號表示相同的部件。在附圖中
圖1示出了傳統(tǒng)離子遷移譜儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2示出了傳統(tǒng)離子遷移譜儀中的遷移管的結(jié)構(gòu)框圖3示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的遷移語檢測器的結(jié)構(gòu)框圖；以
及
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的離子遷移譜檢測方法。 優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述
下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
遷移譜檢測器310可以代替圖1所示的遷移譜檢測器110在傳統(tǒng)遷移譜 儀100中使用，以改進(jìn)傳統(tǒng)遷移譜儀的檢測靈敏度和準(zhǔn)確度。因此，遷 移譜檢測器310也完全可以和圖2所示的遷移管結(jié)合使用。
如圖3所示，除了傳統(tǒng)遷移譜檢測器110中的微電流放大器1101、 A/D轉(zhuǎn)換器1102和遷移譜獲取裝置1103之外，遷移譜4金測器310還包 括離子遷移鐠存儲器3104、差分譜獲取裝置3105。當(dāng)然，只要可以獲 得遷移譜，所有其他可以實(shí)現(xiàn)微電流放大器1101、 A/D轉(zhuǎn)換器1102和 遷移譜獲取裝置1103的其他部件也是可行的，并且在本發(fā)明的保護(hù)范 圍之內(nèi)。離子遷移譜存儲器3104用于分別存儲由遷移譜獲取裝置1103 所獲取的純載氣遷移譜和測試物樣品遷移譜。差分譜獲取裝置3105用 于對純載氣遷移譜和測試物樣品遷移譜進(jìn)行差分處理以獲得差分譜，同 時還對差分譜進(jìn)行光滑和尋峰處理，以獲得表征測試物樣品的特征峰。 可選地，遷移譜檢測器310還包括差分譜修正裝置3106,用于根據(jù)離 子遷移譜儀所處的環(huán)境的條件來對所獲取的峰位進(jìn)行修正；特征峰比較 裝置3107,用于將所獲取的、表征測試物樣品的特征峰和危險物特征峰 庫中的參數(shù)進(jìn)行比較，以確定測試物樣品是否含有危險物質(zhì)；以及輸出 裝置3108,用于輸出對測試物樣品的檢測結(jié)果。
此外，在遷移譜檢測器310中，遷移譜獲取裝置1103可多次獲取純
7載氣遷移譜，而差分譜獲取裝置3105可以對所獲取得純載氣遷移譜進(jìn) 行差分處理，以發(fā)現(xiàn)并修正因環(huán)境條件變化而引起的遷移語漂移，從而 實(shí)現(xiàn)離子遷移譜儀的自穩(wěn)定和自修正。
遷移譜檢測器310通過對純載氣遷移譜和測試物樣品遷移譜進(jìn)行差 分處理，排除儀器自身干擾源對遷移譜的影響，從而提高了儀器靈敏度 和準(zhǔn)確度。
圖4更詳細(xì)地示出了由遷移譜檢測器310執(zhí)行的離子遷移譜檢測方 法的流程圖。
在步驟S410,由遷移譜獲取裝置1103獲取純載氣進(jìn)樣時的離子遷 移譜(Ai, i-l,2，3,...)，并可選地，將所獲取的純載氣遷移譜存儲在 離子遷移譜存儲器3104中。在步驟S420,由遷移譜獲取裝置1103獲取 含測試物樣品的離子遷移譜(Bi, i-l，2,3，…)，并可選地，將所獲取 的含測試物樣品的遷移譜存儲在離子遷移譜存儲器3104中。在步驟 S430，由差分譜獲取裝置3105將純載氣的離子遷移譜和含測試物樣品 的離子遷移鐠進(jìn)行差分處理以獲得差分譜(Ci, i=l，2， 3，...)。在步驟 S440,在差分譜獲取裝置3105中，對差分譜Ci進(jìn)行光滑和尋峰處理 (Hj=F(Ci), j=l, 2， 3,...),這些處理可以采用現(xiàn)有譜分析技術(shù)中的任 何方法。然后，可選地，該方法還包括步驟S450,其中利用差分譜修正 裝置3106來根據(jù)離子遷移譜儀所處的環(huán)境的條件來對所獲取的峰位和 差分譜Hj進(jìn)行修正；以及步驟S460和S470,分別用于將所獲取的、表 征測試物樣品的特征峰和危險物質(zhì)特征峰庫中的參數(shù)進(jìn)行比較，以確定 測試物樣品是否含有危險物質(zhì)并輸出對測試物樣品的檢測結(jié)果。
在步驟S430的差分處理中，無論采用的是前差分還是后差分或多次 差分的方案，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
在上述方法中，還可以多次獲取純載氣遷移譜并對多次純載氣進(jìn)樣 時的離子遷移譜進(jìn)行差分處理，以便可以發(fā)現(xiàn)因環(huán)境條件變化而引起的 遷移譜漂移并對該漂移進(jìn)行修正，從而實(shí)現(xiàn)離子遷移譜儀的自穩(wěn)定和自 修正。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在遷移譜檢測器310中，根據(jù)其要實(shí)現(xiàn)的功能而對 其中的部件進(jìn)行了邏輯劃分，但是，本發(fā)明不受限于此，可以根據(jù)需要 對遷移譜檢測器310中的各個部件進(jìn)行重新劃分或者組合，例如，可以 將一些部件組合為單個部件，或者可以將一些部件進(jìn)一步分解為更多的
8子部件。
應(yīng)該注意1
制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可設(shè)計 出替換實(shí)施例。在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號之間的任何參考符號構(gòu) 造成對權(quán)利要求的限制。單詞"包含"不排除存在未列在權(quán)利要求中的 元件或步驟。位于元件之前的單詞"一"或"一個，，不排除存在多個這
當(dāng)編程的計算機(jī)來i現(xiàn)。在列舉了若干裝置二單元權(quán)利要求中，這些裝 置中的若干個可以是通過同一個硬件項(xiàng)來具體體現(xiàn)。單詞第一、第二、 以及第三等等的使用不表示任何順序?？蓪⑦@些單詞解釋為名稱。
權(quán)利要求
1、一種離子遷移譜檢測方法，包含步驟獲取純載氣進(jìn)樣時的離子遷移譜；獲取含測試物樣品的離子遷移譜；以及將所述純載氣進(jìn)樣時的離子遷移譜和所述含測試物樣品的離子遷移譜進(jìn)行差分處理以獲得差分譜，所述差分譜的特征峰值表征了所述測試物樣品的屬性。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包含步驟通過對所述差分譜進(jìn)行光滑和尋峰處理以獲得所述差分譜的特征峰值。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包含步驟將所述差分譜的特征峰和危險物質(zhì)特征峰庫中的參數(shù)進(jìn)行比較，以 確定所述測試物樣品是否含有危險物質(zhì)。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包含步驟 根據(jù)環(huán)境條件來對所述差分譜的特征峰進(jìn)行修正。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包含步驟存儲所述純載氣進(jìn)樣時的離子遷移譜和所述含測試物樣品的離子遷 移譜。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，還包含步驟多次獲取純載氣進(jìn)樣時的離子遷移譜，并且對所述多次純載氣進(jìn)樣 時的離子遷移譜進(jìn)行差分處理，以發(fā)現(xiàn)并修正所述離子遷移譜的漂移。
7、 一種離子遷移譜檢測器，包括遷移譜獲取裝置，用于獲取包含測 試物樣品的遷移譜和純載氣時的遷移譜，該離子遷移譜檢測器還包括差分譜獲取裝置，用于對所述純載氣時的遷移譜和包含測試物樣品 的遷移譜進(jìn)行差分處理以獲得差分譜，所述差分譜的特征峰值表征了所 述測試物樣品的屬性。
8、 如權(quán)利要求7所述的離子遷移譜檢測器，其中所述差分譜獲取裝 置通過對所述差分譜進(jìn)行光滑和尋峰處理以獲得所述差分譜的特征峰 值。
9、 如權(quán)利要求7所述的離子遷移譜檢測器，還包括 特征峰比較裝置，用于將所述差分譜的特征峰和危險物質(zhì)特征峰庫中的參數(shù)進(jìn)行比較，以確定所述測試物樣品是否含有危險物質(zhì)。
10、 如權(quán)利要求7所述的離子遷移譜檢測器，還包括 差分譜修正裝置，用于根據(jù)環(huán)境條件來對所述差分譜的特征峰進(jìn)行修正。
11、 如權(quán)利要求7所述的離子遷移譜檢測器，還包括 離子遷移譜存儲器，用于存儲所述純載氣進(jìn)樣時的離子遷移譜和所述含測試物樣品的離子遷移譜。
12、 如權(quán)利要求7所述的離子遷移鐠檢測器，其中所述遷移譜獲取 裝置多次獲取純載氣時的遷移譜，而且所述差分譜獲取裝置對多次獲取 的純載氣遷移譜進(jìn)行差分處理，以發(fā)現(xiàn)并修正所述離子遷移譜的漂移。
13、 一種離子遷移譜儀，包括如權(quán)利要求7-12中的任一項(xiàng)所述的離子遷移譜檢測器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離子遷移譜檢測方法，通過獲取純載氣進(jìn)樣時的離子遷移譜和含測試物樣品的離子遷移譜；以及將所述純載氣進(jìn)樣時的離子遷移譜和所述含物質(zhì)樣品的離子遷移譜進(jìn)行差分處理以獲得差分譜，所述差分譜的特征峰值表征了所述物質(zhì)樣品的屬性，并避免儀器自身干擾源對遷移譜的干擾，由此提高了離子遷移譜檢測的靈敏度和準(zhǔn)確度；以及通過對純載氣遷移譜的差分處理，可以發(fā)現(xiàn)并修正因環(huán)境條件變化而引起的遷移譜漂移，從而實(shí)現(xiàn)離子遷移譜儀的自穩(wěn)定和自修正。本發(fā)明還公開了采用該方法的離子遷移譜檢測器和離子遷移譜儀。
文檔編號G01N27/62GK101576531SQ200810106169
公開日2009年11月11日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者張陽天, 華 彭, 津 林, 鵬 焦, 簡應(yīng)榮, 明 阮 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司