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深圳市英寶碩科技有限公司：能看見“味道”的技術(shù) —— IMS
公司背景
深圳市英寶碩科技有限公司成立于2014年，總部位于深圳寶安區(qū)，是一家專注于危害氣體檢測解決方案的國家高新技術(shù)企業(yè)。經(jīng)過十一年發(fā)展，英寶碩在安全生產(chǎn)、公共安全、應(yīng)急救援、檢驗(yàn)檢疫四大領(lǐng)域形成了豐富的技術(shù)、產(chǎn)品和解決方案，在主動測量(量子級聯(lián)激光技術(shù))、被動成像(傅里葉快速掃描技術(shù)）及快速分離(離子遷移譜技術(shù))三個(gè)cutting-edge technology擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口產(chǎn)品的國產(chǎn)替代。
能看見“味道”的技術(shù) - IMS
基于即時(shí)通訊系統(tǒng)的化學(xué)探測器目前逐步商業(yè)化，并應(yīng)用于實(shí)地探測TICs（Toxic Industrial Chemical）、非法藥物和IED。近些年，IMS（離子遷移譜）技術(shù)也被當(dāng)作分析生物材料的研究工具，特別是在蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)方面。
IMS是一種分離技術(shù)，可以根據(jù)氣體相中的質(zhì)量、電荷和流動性來區(qū)分電離分析物分子。因此，IMS儀器能夠定量地檢測和識別氣相及其降解產(chǎn)物。
如圖1所示，一個(gè)典型的IMS由漂移管組成，漂移管通常分為電離區(qū)和漂移區(qū)，漂移區(qū)是離子分離和檢測發(fā)生的地方。電離區(qū)和漂移區(qū)由離子門分隔，該門用于脈沖電離區(qū)產(chǎn)生的離子并將它們注入漂移區(qū)。
圖1.一個(gè)典型的IMS組成
IMS是通過進(jìn)氣口將樣品蒸汽吸入檢測器。為了使檢測器性能穩(wěn)定，它必須在干凈、干燥的空氣中運(yùn)行。入口處過濾器頻繁使用，因?yàn)樗鼈兿拗扑帧⒒覊m和其他微粒進(jìn)入漂移細(xì)胞，同時(shí)允許待檢測的化合物通過。這些過濾器允許樣品中的化學(xué)物質(zhì)通過擴(kuò)散到達(dá)電離區(qū)，而水分子和其他滲透率低的化學(xué)物質(zhì)將被廢氣帶走。這些過濾器也可能導(dǎo)致敏感度降低和反應(yīng)時(shí)間增加。
在進(jìn)入電離區(qū)后，樣品蒸汽在大氣條件下被電離。各種電離源都可以使用，然而，較為普遍的通常是一個(gè)發(fā)射器放射源，如鎳63。鎳63由于其高穩(wěn)定性、無噪聲操作、對動力的需求小、機(jī)械和物理穩(wěn)定性以及Explosive environment中的內(nèi)在安全性，一直是IMS的優(yōu)先來源。
當(dāng)從鎳63源釋放的高能粒子與空氣中的氮和氧反應(yīng)時(shí)，電離開始，通過大氣壓化學(xué)電離生成反應(yīng)物離子。當(dāng)樣品蒸汽到達(dá)IMS的電離區(qū)時(shí)，樣品中的中性化合物與反應(yīng)物離子發(fā)生離子分子反應(yīng)，形成產(chǎn)物離子。為了進(jìn)一步提高探測器的選擇性，可以在漂移氣體中加入試劑離子或摻雜劑，后者是在恒壓下引入的干空氣流，其流動方向與離子漂移方向相反。這就導(dǎo)致了漂移氣體中的離子和分子之間的碰撞。
IMS檢測器常用的摻雜劑有氨和AC、用于爆炸物檢測的氯化溶劑和用于麻醉檢測的煙堿。AC是一種非常常見的摻雜劑，常用于Military IMS detector，因?yàn)樗柚沽艘恍┗衔?如碳?xì)浠衔?形成離子，這些化合物會干擾探測過程，但仍然允許CWAs形成離子。這導(dǎo)致更少的物種被電離，因此許多干擾被消除。
下一步是電場中的離子遷移到漂移區(qū)，在那里，離子根據(jù)它們的離子流動性被分離。產(chǎn)生的離子通過由電子門控制的非常短的脈沖進(jìn)入漂移區(qū)。當(dāng)離子門打開時(shí)，電場被移除，從而允許離子進(jìn)入漂移區(qū)，然而當(dāng)離子門打開時(shí)，并不是所有的離子都能被注入漂移管。探測模式，正模式或負(fù)模式，決定了哪些離子將能夠進(jìn)入漂移區(qū)，并依賴于電離區(qū)和離子收集器之間的電場梯度。例如，當(dāng)離子集電極側(cè)的電壓高于電離側(cè)時(shí)，儀器就被稱為處于負(fù)模式，因此，只有負(fù)離子被注入，反之，正離子被注入。此外，這種電場梯度可以在正負(fù)模式之間交替，以允許檢測正負(fù)離子。
在進(jìn)入漂移管時(shí)，離子受到均勻的、微弱的電場的作用，加速它們向漂移管末端的法拉第接收盤靠近，如圖1所示。在這個(gè)接收盤中，離子碰撞并釋放它們的電荷，這些電荷被記錄為電流。然后，信號處理器將產(chǎn)生的電流處理成一系列峰值，這些峰值表示各種物質(zhì)的相對漂移時(shí)間。漂移時(shí)間是離子被注入漂移區(qū)域到離子與接收盤碰撞之間的時(shí)間間隔。因此，漂移時(shí)間是由碰撞頻率控制的，正如預(yù)期的那樣，較大的離子將比較小的離子經(jīng)歷更多的碰撞，將需要更長的時(shí)間通過漂移管。由于IMS不是在真空條件下操作的，所觀察到的漂移時(shí)間通常在毫秒左右。隨著時(shí)間的推移，產(chǎn)生的一系列峰值的電流圖被稱為離子遷移譜，圖2給出了一個(gè)例子，光譜中峰的強(qiáng)度(高度)與電荷量相對應(yīng)。
圖 2 離子遷移譜峰的強(qiáng)度與電荷量相對應(yīng)
信號處理系統(tǒng)將樣本的相對漂移時(shí)間和信號特征關(guān)聯(lián)起來，并將結(jié)果與檢測器的內(nèi)部庫進(jìn)行模式匹配比較。當(dāng)檢測到該物質(zhì)時(shí)將報(bào)告，當(dāng)信息符合設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)將產(chǎn)生警報(bào)并存儲在檢測器的庫中。
【關(guān)于英寶碩】
英寶碩位于中國科技創(chuàng)新之都——深圳，是具有自主研發(fā)實(shí)力的國家高新技術(shù)企業(yè)和深圳市專精特新企業(yè)。秉承應(yīng)用驅(qū)動創(chuàng)新的經(jīng)營理念，公司始終專注于先進(jìn)氣體探測產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)及推廣，為有安全、應(yīng)急及反恐需求的用戶提供一站式服務(wù)。（了解更多行業(yè)咨詢可搜索英寶碩官方網(wǎng)站或微信公眾號）
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