基于MEMS工艺的高场非对称性波形离子迁移谱仪的研究

发布时间：2017-11-24 09:25

  本文关键词：基于MEMS工艺的高场非对称性波形离子迁移谱仪的研究

  更多相关文章： 高场非对称波形离子迁移谱仪 芯片式FAIMS 气相检测识别 快速识别技术 物质识别及浓度检测

【摘要】：高场非对称波形离子迁移谱仪(FAIMS)作为一种重要的气相检测手段,可用于爆炸物、化学危险品、违禁毒品以及环境监测等领域的检测。虽然,FAIMS在化学分析、生物分子领域的研究和应用中已有报道,但FAIMS自身都仅仅只是作为前端过滤装置,和液相色谱(HPLC)及质谱(MS)联用,来确定离子身份。FAIMS是一种工作在大气环境之下的气相痕量检测技术,由于其具有检测速度快、操作便捷、能够实现正、负两种模式同时扫描等传统的气相检测技术所无法比拟的优势,很快便成为一种主流的气相检测手段之一。而得益于微纳加工技术的发展和进步。FAIMS的迁移区得以通过深反应离子刻蚀(DRIE)的方法,做在硅片上,实现了FAIMS核心部件的微型化,使得便携式的气相检测装置的实现变得可能。并且芯片式FAIMS拥有造价低廉、工作电压低等传统FAIMS无法比拟的优点。本工作基于微机电系统(MEMS)工艺,利用剥离(lift-off)工艺和深反应离子刻蚀(DRIE)工艺在4寸硅片上设计并制作了FAIMS的电极和沟道,完成了FAIMS芯片的制作。并在此基础上搭建了芯片式FAIMS测试系统。通过对测试条件的优化,将其作为单独的检测装置,完成了对多种常见毒品、爆炸物和危险品的测量。并提出特征点指纹图像识别技术,对毒品、爆炸物和危险品的FAIMS谱图进行了谱图识别工作。同时针对芯片式FAIMS因沟道尺度相比传统FAIMS急剧减小而对离子迁移造成的影响的各个方面进行了考察,包括对补偿电场带来的影响进行了深入研究,并对载气速度及分子数密度分布进行了重新评估,在此基础上提出了离子迁移率的精确算法,获得了更加可靠的常见毒品、爆炸物、危险品的离子迁移函数。为离子分离的有效区域的识别奠定了基础。本工作还研究了芯片式FAIMS在医学生物方面的应用。将其作为单独的检测装置,应用于苯丙氨酸浓度(多种医学疾病的临床判断标准)的检测工作,提出采用金属扩散管-芯片式FAIMS技术对苯丙氨酸浓度进行了快速检测分析,优化了检测条件并在此基础上获得了苯丙氨酸的FAIMS特征谱图,确定了FAIMS检测苯丙氨酸的检出限和定量线性检测范围,其中线性范围包含人体正常苯丙氨酸浓度范围,而一次完整检测时间小于30s。从而为苯丙氨酸的快速检测提供了重要参考和依据。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王泓伟;陈池来;刘友江;张晓天;张乐华;孔德义;朱利凯;;湿度对UV-FAIMS基于谱峰位置的谱图识别影响[J];微纳电子技术;2014年10期

2 Fei Tang;Yi Chen;Jiu-Ming He;Zhi-Gang Luo;Zeper Abliz;Xiao-Hao Wang;;Design and performance of air flow-assisted ionization imaging mass spectrometry system[J];Chinese Chemical Letters;2014年05期

3 张洁;李灵锋;郭大鹏;张媛;王琦;李鹏;汪小知;;芯片级高场非对称波形离子迁移谱技术检测危险品[J];分析化学;2013年07期

4 王电令;陈池来;赵聪;高钧;孔德义;尤晖;Juergen Brugger;;基于FAIMS谱图峰位置的离子迁移率非线性函数解析[J];光谱学与光谱分析;2012年08期

5 聂舒华;杨涛;王晓浩;唐飞;;离子迁移谱电信号前置放大电路的设计与仿真[J];自动化与仪表;2009年04期

6 郭成海;曹树亚;张国胜;杨柳;潘勇;;离子迁移谱技术研究和应用进展[J];生命科学仪器;2008年07期

7 黄魁;林远斌;吴腾芳;刘定;;国外爆炸物探测与识别技术综述[J];爆破器材;2007年03期

8 孙红起;赵国忠;田艳;贾新峰;王洋;石小溪;梁卫华;;太赫兹波传播过程中横模分布的成像[J];中国激光;2006年09期

9 张东风;孔德义;梅涛;陶永春;;离子迁移谱仪微型化的现状与进展[J];仪器仪表学报;2006年02期

10 秦立新,洪敏,唐爱国,莫喜明;高效液相色谱-荧光法测定苯丙酮尿症患者血清苯丙氨酸和酪氨酸[J];实用预防医学;2005年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈池来;二维高集成高场不对称波形离子迁移谱[D];中国科学技术大学;2011年

，

本文编号：1221793