深圳市英寶碩科技有限公司：能看見“味道”的技術 —— IMS

來源：發布時間：2025-05-27

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，是一家專注于危害氣體檢測解決方案的國家高新技術企業。經過十一年發展，英寶碩在安全生產、公共安全、應急救援、檢驗檢疫四大領域形成了豐富的技術、產品和解決方案，在主動測量(量子級聯激光技術)、被動成像(傅里葉快速掃描技術）及快速分離(離子遷移譜技術)三個cutting-edge technology擁有完全自主知識產權實現了進口產品的國產替代。

能看見“味道”的技術 - IMS

基于即時通訊系統的化學探測器目前逐步商業化，并應用于實地探測TICs（Toxic Industrial Chemical）、非法藥物和IED。近些年，IMS（離子遷移譜）技術也被當作分析生物材料的研究工具，特別是在蛋白質組學和代謝組學方面。

IMS是一種分離技術，可以根據氣體相中的質量、電荷和流動性來區分電離分析物分子。因此，IMS儀器能夠定量地檢測和識別氣相及其降解產物。

如圖1所示，一個典型的IMS由漂移管組成，漂移管通常分為電離區和漂移區，漂移區是離子分離和檢測發生的地方。電離區和漂移區由離子門分隔，該門用于脈沖電離區產生的離子并將它們注入漂移區。

圖1.一個典型的IMS組成

IMS是通過進氣口將樣品蒸汽吸入檢測器。為了使檢測器性能穩定，它必須在干凈、干燥的空氣中運行。入口處過濾器頻繁使用，因為它們限制水分、灰塵和其他微粒進入漂移細胞，同時允許待檢測的化合物通過。這些過濾器允許樣品中的化學物質通過擴散到達電離區，而水分子和其他滲透率低的化學物質將被廢氣帶走。這些過濾器也可能導致敏感度降低和反應時間增加。

在進入電離區后，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發射器放射源，如鎳63。鎳63由于其高穩定性、無噪聲操作、對動力的需求小、機械和物理穩定性以及Explosive environment中的內在安全性，一直是IMS的優先來源。

當從鎳63源釋放的高能粒子與空氣中的氮和氧反應時，電離開始，通過大氣壓化學電離生成反應物離子。當樣品蒸汽到達IMS的電離區時，樣品中的中性化合物與反應物離子發生離子分子反應，形成產物離子。為了進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，因為它阻止了一些化合物(如碳氫化合物)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，在那里，離子根據它們的離子流動性被分離。產生的離子通過由電子門控制的非常短的脈沖進入漂移區。當離子門打開時，電場被移除，從而允許離子進入漂移區，然而當離子門打開時，并不是所有的離子都能被注入漂移管。探測模式，正模式或負模式，決定了哪些離子將能夠進入漂移區，并依賴于電離區和離子收集器之間的電場梯度。例如，當離子集電極側的電壓高于電離側時，儀器就被稱為處于負模式，因此，只有負離子被注入，反之，正離子被注入。此外，這種電場梯度可以在正負模式之間交替，以允許檢測正負離子。

在進入漂移管時，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，信號處理器將產生的電流處理成一系列峰值，這些峰值表示各種物質的相對漂移時間。漂移時間是離子被注入漂移區域到離子與接收盤碰撞之間的時間間隔。因此，漂移時間是由碰撞頻率控制的，正如預期的那樣，較大的離子將比較小的離子經歷更多的碰撞，將需要更長的時間通過漂移管。由于IMS不是在真空條件下操作的，所觀察到的漂移時間通常在毫秒左右。隨著時間的推移，產生的一系列峰值的電流圖被稱為離子遷移譜，圖2給出了一個例子，光譜中峰的強度(高度)與電荷量相對應。