离子迁移谱仪*概 述

　　离子迁移谱技术是二十世纪七十年代发展起来的一门新兴的化学分析技术,被广泛应用于测定痕量的化学武器,毒品,爆炸物,以及空气污染物等,跟其他的有机化合物分析仪器相比较,它体积小,灵敏度高,适用范围广,分析时间快,能在大气压和室温下工作,是一种前景广阔的检测仪器.

　　离子迁移谱仪*历史研究

　　离子迁移谱也称离子迁移率谱是在20世纪70年代初出现的一种新的气相分离和检测技术!。它以离子漂移时间的差别来进行离子的分离定性借助类似于色谱保留时间的概念.起初被称为等离子体色谱。在早期的研究工作中EBG装置结构简单和灵敏度高检出限达;N甚至LN级的特点引起了人们极大的兴趣。EBG技术发展初期主要是在爆炸物和毒剂的检测方面，并于20世纪80年代初研制出**现场检测仪器。但是因为其分辨率低的缺点和当时对大气压力下离子化的特性了解不多民用方面的发展缓慢。进入20世纪90年代，随着公开发表文献的增多和商品化的离子迁移谱仪的推出国际上研究EBG技术的机构和研究人员逐渐增多。近年来**稽毒的需求极大地促进了现场高灵敏、高选择性检测设备的发展。EBG特别适合于一些挥发性有机化合物的痕量探测如化学战剂、毒品、爆炸物和大气污染物等已经广泛地应用在机场安检和战地勘查并在环境监测、工业生产等方面有应用!鉴于EBG在上述领域的重要性和与其它分离分析方法联用的能力本文简要地介绍了EBG的基本原理和理论论述了这项技术近年来的研究进展。

　　离子迁移谱仪(IMS)*初是作为化学实验室分析技术发展起来的。近年来,这一技术日臻完善,目前已经应用在多个领域,其中包括国家**领域的化学战剂监测,各级**部门的爆炸物监测,海关和机场入口安检部门对毒品、麻醉剂等违禁物品的监测以及环境监测部门对有毒有害气体的监测。随着应用范围的拓宽,IMS技术引起了世界各国专家的研究兴趣,因此使得这一技术不断得到更新和发展。本文系统地介绍了IMS技术的广泛应用前景及当前的发展趋势

　　离子迁移谱仪*工作原理

　　离子迁移谱仪IMS采用的是目前较成熟的物理方法中的离子迁移谱(IMS)技术。IMS技术是从20世纪60年代作为一种常压下检测痕量气态化学物质而发展起来的一门新的检测技术。离子迁移谱技术的核心部件是漂移管,基本原理是:首先被检测的样品蒸汽或微粒气化后经过一层半渗透膜滤除其中的烟雾、无机分子和水分子等杂质,然后被载气携带进入漂移管的反应区,如图1所示。在反应区内,样品气首先被63Ni放射源发射的射线电离,形成产物离子,在反应区电场的作用下,产物离子移向离子门。控制离子门的开关脉冲,形成周期性进入漂移区的离子脉冲。在漂移电场的作用下,产物离子沿轴向向收集电极漂移。离子的迁移率依赖于其质量、尺寸和所带电荷。不同物质生成的产物离子在同一电场下的迁移率不同,因此通过整个漂移区长度所用的漂移时间也不同。在已知漂移区长度和漂移区内电场条件下,测量出离子通过漂移区到达收集电极所用的时间,就可以计算出离子的迁移率(迁移率的定义是指在单位电场强度作用下离子的漂移速度),从而可以辨识被检测物种类;通过测量离子峰的面积,就可以估算出被检测物的浓度;通过改变反应区和漂移区电场方向,IMS漂移管可以同时监测正负离子。因此,可以同时监测多种化学物质。

　　离子迁移谱仪*硬件结构

　　一个基本的砚IMS系统如图所示,它基本上由以下七大部分组成:离子 迁移管,载气和迁移气体循环系统(简称气路系统),采样与进样系统, 离子门控制系统,高压电源系统,温度加热控制电路,信号放大,采集 和数据处理系统.在这里面,除了迁移管,气路系统以及采样与进样系 统是纯粹的硬件外,其余部分则是控制电路并直接由计算机对工作状态 进行总体控制.

　　离子迁移谱仪*关键技术

　　离子迁移谱原理化学战剂检测仪器由控制显示部分和检测器组成。其关键技术有:

　　a.离子光阀的设计　,离子光阀控制产物离子在电场中按时间漂移至捕获电极,它的通断效果对漂移管的检测灵敏度、分辨率影响很大。离子漂移管长度大约5～8cm,电场为200V/cm,微处理器控制高压(大约1000V～1700V)每30ms打开离子光阀011～013ms。

　　b.渗透膜的效率对仪器的响应时间和灵敏度有很大的影响,尤其是响应时间。此渗透膜一般采用5～20μm的硅橡胶制成,根据毒剂的不同,在25～100s的时间内透过膜的毒剂百分比要达到10%～20%,加工难度较大。

　　c.干燥滤器　其作用是将(IMS)漂移管内部水分保持在100～500ppm低水平,实现对糜烂性毒剂芥子气的侦检和在管内得到一个稳定的离子质量分布。其干燥使用效果、使用时间对毒剂的分辩率、勤务时间间隔有重大影响。

　　d.小型化(一体化)、高精度的温度和压力传感器　从式(2)可看到,温度和压力测量数据的精度直接影响离子比迁移率的计算结果,精度不够会造成不能区分毒剂和干扰。

　　e.气流换向电磁阀、高效毒剂滤器、微型抽气泵(4L/min)是影响仪器使用性能的重要因素。

　　f.处理IMS图谱中干扰、伪信号软件和建立化学战剂数据库

　　离子迁移谱仪*应用实例

　　1**领域

　　对于现代分析仪器离子迁移谱仪,人们首先会想到把它应用在**领域探测化学战剂。离子迁移谱仪是一种简便可靠的现场分析仪器,可以同时监测正负离子,因此可以同时监测神经性毒剂、糜烂性毒剂、血液性毒剂和窒息性毒剂等多种化学战剂,这也是IMS技术迅速发展的原因。又由于漂移管内能够保持恒温低湿条件,所以离子迁移谱仪非常适用于装备海陆军防化**,尤其是针对**舰艇**所处的高温高湿环境,更为适用。

　　2国家**部门

　　由于IMS是达到分子水平的高灵敏探测技术,相应的仪器具有极低的检测限,添加真空进样系统,可以痕量检测颗粒状被测对象。离子迁移谱仪可以在几秒钟内检测信件、包裹和垫板等不同形状,不同尺寸的物体内的爆炸物,同时也可以用于对人体随身携带物探测。国家各级**部门可以采用IMS高灵敏探测技术检测爆炸物,以保证国家和人民的生命**

　　3海关部门

　　海关部门越来越多的使用IMS监测仪器监测毒品和麻醉剂等违禁药品[3]。由于IMS技术先进的检测技术大大加强了海关、机场等重要关口对携带物和包裹的监测力度,有力地打击了走私贩毒等犯罪活动的实施.

　　4环境监测

　　近些年来,IMS监测仪器还被用来进行环境、火灾、水污染、食品以及化工厂中的有毒气体等监测[4]。IMS还可以对木材进行检测,剥了树皮的各种木材混在一起是很难分辨的,但是可以利用不同木材发出的气体,使用IMS轻而易举地将它们辨别开来。可以在化学战剂监测仪的基础上,改变内置数据库,满足对特殊环境监测的需要.

　　5其他领域

　　随着国际恐怖主义的泛滥,核、生、化战剂给世界和平和人们的生存环境带来日益严重的威胁,同时也威胁了人民生命**。识别这些危险**病毒和病原体的检测系统必须快速而**,才能使人们在短时间内迅速做出反应,并采取相应的抢救措施,从而保护生命。***探测器公司研制的BioSeeq是**台便携式的IMS仪器并配置了手持恒温箱,该仪器可以快速地同时检测**和病原体。