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。

针对现用离子源工作时需外接庞大复杂的供气装置，不利于便携的不足，提出了一种基于离子风的敞开式离子源和微型气泵集成系统。设计了一种新型阵列式针-柱放电电极结构，其可以在大气压下实现敞开式离子源和微型气泵双重功能。选用0～-20 000 V的负直流高压供电电源，10 mm的针-柱间距，分别对单排针-单柱，单排针-双柱，双排针-双柱3种放电电极结构进行电晕放电，并采用testo 405-V1风速计进行风速测量。结果表明，双排针-双柱产生的风速最大。采用COMSOL多物理场仿真软件对3种电极结构进行离子风仿真，并与实验结果对比，结果吻合良好。以双排针-双柱电极结构进行了离子源和微型气泵集成系统实验。结果显示：该结构放电产生的离子风最大为2.11 m/s，可以将装置后端处的乙酸样品吸入；电离产生的最大电流信号为-10 nA左右，表明该装置实现了电离功能。本文所设计的离子源和微型气泵集成系统，实现了后吸式进样并电离，省去了庞大复杂的供气装置，有望应用于便携式分析仪器中。