高場非對稱波形離子遷移譜關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、迅速發(fā)展的生化武器和恐怖主義威脅促進(jìn)了氣體檢測傳感器的新發(fā)展。高場非對稱波形離子遷移譜儀不僅能在一個復(fù)雜環(huán)境對一些特定的氣體快速檢測，而且還能準(zhǔn)確定量將所檢測氣體以數(shù)字方式顯示在終端上。著眼于高靈敏度、高穩(wěn)定性、智能化氣體傳感器研究的迫切性，本文對一種高場非對稱波形離子遷移譜(High-Field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry,FAIMS)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究和設(shè)計，為FAIM

2、S系統(tǒng)的分析和設(shè)計奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
　　本文根據(jù)牛頓第二定律分析了離子在FAIMS遷移管中的受力及運(yùn)動情況。當(dāng)作用在遷移管上的電場大小和占空比一定時，離子在遷移管中的運(yùn)動僅僅與其本身的性質(zhì)有關(guān)，而當(dāng)FAIMS遷移管周圍存在磁場干擾時，離子就處于電場和磁場的復(fù)合作用，其運(yùn)動就變?yōu)橛鄶[線運(yùn)動。電場的作用使離子定向漂移，而磁場的干擾使離子的運(yùn)動變得復(fù)雜，從而大大降低了FAIMS的可靠性和穩(wěn)定性。為了降低磁場對遷移管中離子運(yùn)動的干擾，

3、本文提出了具有屏蔽電磁干擾的FAIMS遷移管結(jié)構(gòu)。另一方面，為了降低非對稱波形波形射頻電壓源的功耗和實(shí)現(xiàn)占空比和幅值可調(diào)的要求，本文提出了高壓非對稱波形波形射頻電壓源設(shè)計方案，實(shí)驗結(jié)果證明該方案可以應(yīng)用于FAIMS系統(tǒng)。電源輸出波形高低變化時間都控制在10ns以內(nèi)，且輸出波形質(zhì)量較好。然后，為了研究影響FAIMS系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的因素，本文依據(jù)熱力學(xué)第一、第二定律，研究了射頻電壓的大小、占空比的改變對高場不對FAIMS熱量的影響。隨著

4、射頻電壓增大，F(xiàn)AIMS的遷移管所產(chǎn)生的熱量絕對值越大，然而，占空比越大，F(xiàn)AIMS遷移管所產(chǎn)生的熱量絕對值越小。研究結(jié)果表明：射頻電壓的變化會導(dǎo)致FAIMS系統(tǒng)產(chǎn)生溫度差而傳遞熱量，從而影響FAIMS的可靠性和穩(wěn)定性。
　　最后，本文還研究了用于FAIMS的微弱信號檢測技術(shù)。從FAIMS系統(tǒng)前端分離出的待測離子，經(jīng)過探測極收集后將離子信號轉(zhuǎn)為電流信號。由于從系統(tǒng)獲得的電流信號極其微弱，為了降低噪音的干擾，提高檢測精度，本文研究了