芯片級高場非對稱波形離子遷移譜技術檢測危險品

摘要：建立了吸氣法芯片級高場非對稱波形離子遷移譜（FAIMS）技術，設置進樣溫度為50 ℃，載氣與樣品氣流量分別為1500和100 mL/min時，測定了10種國家交通部門規定嚴禁攜帶的易燃易爆危險品。實驗結果表明，利用FAIMS技術可以有效檢測多種危險品。實驗得到了10種危險品的FAIMS圖譜，并對其進行了指紋識別。利用擴散管輔助技術得到10種物質的檢測濃度范圍約為0.1～20 mg/L。此方法方便快速，靈敏度高，具有很好的應用前景。

關鍵詞：高場非對稱波形離子遷移譜； 吸氣法； 易燃易爆危險品

1引言

高場非對稱波形離子遷移譜（Highfield asymmetric ion mobility spectrometry， FAIMS），也被稱為差分離子遷移譜（Differential ion mobility spectrometry，DMS）， 作為一種新興的分析技術，是在傳統離子遷移譜（Ion mobility spectrometry， IMS）技術上發展起來的，利用不同離子在強場條件下離子遷移率呈非線性變化的特點，來實現對離子的分離[1]。較傳統IMS技術而言，基于微加工方法實現的FAIMS技術具有核心器件體積小、大規模加工成本低廉、操作電壓低的優點[2]，且可實現對正負離子的同步連續掃描，同時減少了溶劑的使用，綠色環保[3]。傳統FAIMS的分離電極的電場強度最大通常為20000～30000 V/cm，而芯片級FAIMS技術由于尺寸更小，分離電極的電場強度最大可達60000 V/cm以上，極大地提高了選擇性、靈敏度及分辨率[4]，縮短了檢測時間。目前，FAIMS技術已在爆炸物[5]、化學戰劑[6]、飲用水污染物檢測[7， 8]、蛋白質組學[9， 10]、臨床研究[11]、藥物[12]和揮發性有機化合物（VOCs）[13]等多領域進行了廣泛探索，已奠定了一定的理論基礎。

危險品（易燃易爆液態類物品）在各國雖然已經列入禁止無證攜帶或運輸的清單，但目前國內外針對現場快速檢測不同種類危險品的報道還較少，檢測儀器及應用有待進一步開發。一般對于易燃易爆危險品的檢測分析方法主要有色譜法[14，15]、近紅外光譜法[16]、微波反射及熱導法[17]等。而這些方法及儀器由于存在靈敏度不高[18]、樣品容器需要特定材料或特定形狀[19]等問題，導致無法進行痕量分析及技術推廣。同時這些方法在實際使用中通常存在無法完全覆蓋所有需要安檢物品的安全隱患。

傳統的IMS在痕量爆炸物及毒品分析的領域中得到了廣泛應用，而FAIMS技術不僅能應用于這些領域中，同時可以對由任何介質中揮發出的痕量樣品進行快速檢測，如非標準容器中低濃度的液體危險品和其他方式存放的膠質或固態危險品等這些常規的檢測技術難以進行檢測的一些樣品。FAIMS技術的興起，為下一代液體危險品檢測儀和煙霧安全報警裝置提供了技術基礎。