電暈放電等離子體在離子遷移譜中的應用

    電暈放電等離子體所產生的各種自由基和活性物種，特別是超氧陰離子O2-自由基，由于其氧化性很強，在各種物理化學反應中起著重要的作用，現已被廣泛的用作電離源。離子遷移譜（Ion Mobility Spectrometry, IMS）是一種大氣壓條件下的離子化學過程，是目前現場檢測爆炸物的主流技術，現廣泛應用于機場、車站等公共場所。但目前的爆炸物探測儀多采用放射性電離源，因此發展非放射性電離源一直是離子遷移譜技術的研究熱門之一。將基于離子遷移譜原理，發展電暈放電等離子體在快速靈敏檢測爆炸物中的新技術和新方法。
　　基于電暈放電等離子體原理，設計了一種新型電離源結構，結合自行研制的離子遷移譜儀，發展了一種負電暈放電離子遷移譜(Corona discharge ion mobility spectrometry，CD-IMS)技術。該電離源結構的電極環孔直徑經優化為3mm，此時電暈放電性能最好。
　　利用CD-IMS首先考察了單向氣流和雙向氣流模式下的反應試劑離子，然后對離子遷移譜中的放電電壓、針-環距離、遷移管溫度和漂氣流速等參數進行了系統優化，可以得到最佳實驗條件為:電暈放電電壓為2400V，針-環距離為2mm，遷移管溫度為100℃，漂氣流速為1200 ml·min-1。在單向氣流模式下，可以有效地避免了放電副產物氮氧化物和臭氧等引發的一系列復雜反應，得到單一的反應試劑離子O2-(H2O)n。最后將它應用于爆炸物2，4，6-三硝基甲苯(TNT)、硝酸銨(AN)、硝化甘油(NG)、太安(PETN)、黑索金(RDX)的高靈敏度快速直接檢測，分別考察了爆炸物在單向氣流和雙向氣流模式下的產物離子信號，發現單向氣流模式下的檢測靈敏度更高，其中TNT的檢測限達到了200 pg。
　　結果表明，基于該電暈放電等離子體電離源的IMS具有靈敏度高，結構簡單，無輻射性，反應試劑離子單一等優點，在爆炸物快速高靈敏檢測、公共安全保障等方面具有廣闊的應用前景。