基于MEMS工艺的新型离子源超强场非对称波形离子迁移谱的开发和理论研究

The development of real time in-situ analysis instrument with capability of trace detection is eagerly requested due to the unfavorable situation in food safety and environmental protection. High field asymmetric waveform ion mobility spectrometry (FAIMS) technique, as a most promising candidate, is expected to play an important role in these fields. Although MEMS fabrication methods are brought into the design and manufacturing of the drift tube, radioactive ion source is still widely used in the instrument, which limits its portablitiy and application. Besides, the researches of the mechanism of ion mobilitity and its change to electrical field are still very limited. This project is designed to fabricate and integrate a MEMS-based non-radioactive ion source, which is atmospheric pressure glow discharge ion source, as well as the FAIMS drift channel for ultra high electrical field, both on silicon wafers. The dimension of drift channel will be optimized to fully satisfy the real time trace detection. After that, the ion mobility theory at ultra high field (> 60000 V/cm) will be studied, such as the reaction and annihilation mechanism of ion clusters, and the impact of different physical conditions to the ion mobility and transmission. Meanwhile, apllications in above field such as rapid detection of illegal food additives and environmental VOCs will be explored in the developed FAIMS testing platform.

食品安全问题、环境污染等突发性事件频发，急需开发一些便携快速的痕量现场检测技术。强场非对称波形离子迁移谱（FAIMS）技术有望在上述需要现场速检的领域中发挥重要作用。目前基于MEMS的超强场FAIMS核心芯片已出现，但仍采用放射性离子源，限制了该技术的仪器小型化及推广和使用。而关于超强场FAIMS技术本身及其离子迁移理论目前的研究还十分有限，理论的滞后限制了该技术的发展和应用。本项目基于MEMS工艺，在硅片上获得间距在10-100μm的平行电极构造一种大气压辉光放电的非放射性离子源和FAIMS迁移区芯片，完全实现离子源与迁移区的微纳化及集成。在所建立起的超强场FAIMS平台上，开展不同参数、条件对离子的传输行为的影响等离子迁移理论的研究，深入理解各类离子在超强高频电场下的运动和反应解离机理。在首次系统性探索超强场离子迁移理论的同时，开发和拓展该技术的应用范围。

食品安全问题、环境污染等突发性事件频发，急需开发一些便携快速的痕量现场检测技术。强场非对称波形离子迁移谱（FAIMS）技术有望在上述需要现场速检的领域中发挥重要作用。目前基于MEMS的超强场FAIMS核心芯片已出现，但仍采用放射性离子源，限制了该技术的仪器小型化及推广和使用。而关于超强场FAIMS技术本身及其离子迁移理论目前的研究还十分有限，理论的滞后限制了该技术的发展和应用。本项目基于MEMS工艺，在硅片上获得间距在10-100μm的平行电极构造一种大气压辉光放电的非放射性离子源和FAIMS迁移区芯片，完全实现离子源与迁移区的微纳化及集成。在所建立起的超强场FAIMS平台上，开展不同参数、条件对离子的传输行为的影响等离子迁移理论的研究，深入理解各类离子在超强高频电场下的运动和反应解离机理。在首次系统性探索超强场离子迁移理论的同时，开发和拓展该技术的应用范围。