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中的一些難點問題逐漸有了深刻的認識，使IMS的 性能得到很大提高，并開始廣泛應(yīng)用于各個方面?，F(xiàn)在基于IMS的產(chǎn)品 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機場、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、以及成 本不高等優(yōu)點，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 的電流進行放大；A/D轉(zhuǎn)換器1102，用于對所放大的電流值進行數(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 樣品進入口 211、載氣進口和出口 212和213、遷移氣進出口 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行譜處理和尋峰，消除各 種干擾，準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、準確度和減少誤報率的改進方法，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際譜線，再與包含測試物樣品的遷移譜相比較， 進行差分處理，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(因為許多干擾源在很短的時間內(nèi)， 其強度和結(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、準確度同時減少了誤報率。
為此，本發(fā)明提出了一種運用差分的方法，對離子遷移譜進行語處 理和尋峰，消除各種干擾，準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樣時的離子遷移譜和所述含測試物樣品的離子遷移 譜進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 移譜進行處理來更準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)選實施方式的詳細描述，各種其他的優(yōu)點和益處對 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)選實施方式 的目的，而并不認為是對本發(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)選實施例的離子遷移譜檢測方法。 優(yōu)選實施例的詳細描述
下面結(jié)合附圖和具體的實施方式對本發(fā)明作進一步的描述。
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，以改進傳統(tǒng)遷移譜儀的檢測靈敏度和準確度。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行差分處理以獲得差分譜，同 時還對差分譜進行光滑和尋峰處理，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 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 和準確度。
圖4更詳細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樣 時的離子遷移譜進行差分處理，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行修正，從而實現(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)其要實現(xiàn)的功能而對 其中的部件進行了邏輯劃分，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樣時的離子遷移譜和所述含測試物樣品的離子遷移譜進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樣時的離子遷移譜，并且對所述多次純載氣進樣 時的離子遷移譜進行差分處理，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樣時的離子遷移譜和所述含物質(zhì)樣品的離子遷移譜進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