为了实现离子源和高场非对称波形离子迁移谱的其它部分的集成, 本文基于PCB工艺设计了一种新型的针-环离子源结构。该结构主要由针电极、环电极、进气底座以及针固定底座组成, 针电极采用针尖曲率半径为28 μm的不锈钢针作为放电阴极, 直径为3 mm、高度为16 mm的铜环作为放电阳极。放电特性实验结果表明: 针-环离子源在放电电压-2 kV和-2.8 kV时, 分别进入了电晕放电和辉光放电, 能够在大气压环境下实现稳定放电。在载气流速为1.5 L/min、方波射频电压幅值为300 V的条件下, 两者FAIMS谱图中补偿电压基本相同, 且采用针-环离子源和紫外灯离子源所得的FAIMS谱图的电流峰值分别为64 pA和45 pA, 由此表明集成式针-环离子源FAIMS系统能够稳定工作, 且相比紫外灯离子源集成性更好, 电流信号更强。

采用LIGA(Lithographie, Galvanoformung, Abformung)工艺设计加工了一种微型针-柱放电结构芯片,可实现敞开式离子源和微型气泵的系统集成。此微型放电结构由采用电镀铜加工而成的针电极、上圆柱电极和下圆柱电极组成, 针-柱间距有1 mm、2 mm两种规格。在室温、大气压环境、无外界通入气流的条件下, 通过在针-柱电极上加载负直流高压, 可产生稳定的气体放电。利用风速计testo 405-V1测量芯片气体放电产生的离子风风速, 结果表明针-柱间距为2 mm时产生的离子风流速最大, 可达0.79m/s。对针-柱间距2mm规格的微型芯片进行乙酸进样电离实验, 当针-柱之间产生稳定的电晕放电后, 可发现位于芯片出口处已被去离子水润湿的PH试纸变红。此时利用微弱电流检测系统采集电离产生的离子, 当放电电压为-3300V时, 通过微弱电流采集系统检测到的电流信号可达120pA。采用LTQ XL 离子阱质谱仪, 对芯片电离丙酮、无水乙醇和乙酸乙酯的离子产物进行检测, 所得到的主要物质为质子化单体离子和二聚物离子。放电产生离子风风速以及乙酸的进样和电离实验表明, 基于LIGA的微型针-柱结构芯片可实现大气压环境下敞开式离子源和微型气泵的双重功能。