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民航安检痕量爆炸物探测中的IMS技术原理
民航安检痕量爆炸物探测中的IMS技术原理

民航安检痕量爆炸物探测中的IMS技术原理

2022-09-07 17:32:07

目前,民航安检使用的爆炸物探测基本上都是采用离子迁移谱(Ion Mobility Spectroscopy,简称IMS)检测技术,IMS技术是20世纪60年代末发展起来的一门检测技术,限于当时技术及工艺成熟度,分辨率较差,没有引起重视。近年来,随着技术飞速发展和对IMS技术的深入研究, IMS技术检出限低、响应快、灵敏度高的特点,使低成本、便携实用的现场分析仪器广泛应用成为现实。


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IMS技术即离子迁移谱技术,从本质上讲是一个分子分离技术。被测样品经加热气化后,在离子源和离子极化助剂的作用下发生一系列电离反应,形成相应的带电离子。在电场的作用下,这些带电离子通过周期性开启的离子门进入迁移区,一方面从电场获得能量作定向漂移, 另一方面与逆向流动的中性迁移气体分子不断碰撞而损失能量(在迁移区内始终存在着与离子迁移方向相反的迁移气流,其主要作用是带走迁移管内的中性分子,提高仪器的灵敏度和分辨率),由于这些带电离子的质量、所带电荷、碰撞截面和空间构型各不相同, 故在电场中各自迁移速率不同,使得不同的离子到达探测器上的时间不同而得到分离,从而实现对物质的分离和确认(需要说明的是,不同的物质可能具有相同的电荷质量比,这就有可能出现非爆炸物引起报警的可能)。

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传统的IMS技术,离子聚焦的位置通常在中心的一个点上,具有比较大的空间电荷效应,造成离子的储存量较少,飞行的线性度等方面也多有达不到理想状态的情况,最终造成收集器(Collector)收集到的信号较弱,降低了分子识别的灵敏度。为了避免空间电荷效应和简化电极结构,IMS的升级版,专利的离子俘获迁移谱技术(简称ITMS)技术诞生,它的原理十分简单,利用电荷与电磁场间的交互作用力来牵制带电粒子的运动,以达到将其局限在某个小范围内的目的,将传统的聚焦于一点改为聚焦于一条线,这种设计大大增加了离子的储存量,另外其在设计上增加了一个可以高速开启的电离门,使离子一束一束的进入电场并分别对他们的飞行进行记录,计算机将这些记录进行逻辑叠加,用以消除记录过程中的噪音,增加有效信号的正确性,从而大幅提高了检测灵敏度和准确度,并显著降低了误报率。



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