芯片级高场非对称波形离子迁移谱技术检测危险品

摘要：建立了吸气法芯片级高场非对称波形离子迁移谱（FAIMS）技术，设置进样温度为50 ℃，载气与样品气流量分别为1500和100 mL/min时，测定了10种国家交通部门规定严禁携带的易燃易爆危险品。实验结果表明，利用FAIMS技术可以有效检测多种危险品。实验得到了10种危险品的FAIMS图谱，并对其进行了指纹识别。利用扩散管辅助技术得到10种物质的检测浓度范围约为0.1～20 mg/L。此方法方便快速，灵敏度高，具有很好的应用前景。

关键词：高场非对称波形离子迁移谱； 吸气法； 易燃易爆危险品

1引言

高场非对称波形离子迁移谱（Highfield asymmetric ion mobility spectrometry， FAIMS），也被称为差分离子迁移谱（Differential ion mobility spectrometry，DMS）， 作为一种新兴的分析技术，是在传统离子迁移谱（Ion mobility spectrometry， IMS）技术上发展起来的，利用不同离子在强场条件下离子迁移率呈非线性变化的特点，来实现对离子的分离[1]。较传统IMS技术而言，基于微加工方法实现的FAIMS技术具有核心器件体积小、大规模加工成本低廉、操作电压低的优点[2]，且可实现对正负离子的同步连续扫描，同时减少了溶剂的使用，绿色环保[3]。传统FAIMS的分离电极的电场强度最大通常为20000～30000 V/cm，而芯片级FAIMS技术由于尺寸更小，分离电极的电场强度最大可达60000 V/cm以上，极大地提高了选择性、灵敏度及分辨率[4]，缩短了检测时间。目前，FAIMS技术已在爆炸物[5]、化学战剂[6]、饮用水污染物检测[7， 8]、蛋白质组学[9， 10]、临床研究[11]、药物[12]和挥发性有机化合物（VOCs）[13]等多领域进行了广泛探索，已奠定了一定的理论基础。

危险品（易燃易爆液态类物品）在各国虽然已经列入禁止无证携带或运输的清单，但目前国内外针对现场快速检测不同种类危险品的报道还较少，检测仪器及应用有待进一步开发。一般对于易燃易爆危险品的检测分析方法主要有色谱法[14，15]、近红外光谱法[16]、微波反射及热导法[17]等。而这些方法及仪器由于存在灵敏度不高[18]、样品容器需要特定材料或特定形状[19]等问题，导致无法进行痕量分析及技术推广。同时这些方法在实际使用中通常存在无法完全覆盖所有需要安检物品的安全隐患。

传统的IMS在痕量爆炸物及分析的领域中得到了广泛应用，而FAIMS技术不仅能应用于这些领域中，同时可以对由任何介质中挥发出的痕量样品进行快速检测，如非标准容器中低浓度的液体危险品和其他方式存放的胶质或固态危险品等这些常规的检测技术难以进行检测的一些样品。FAIMS技术的兴起，为下一代液体危险品检测仪和烟雾安全报警装置提供了技术基础。