载气混合是提高高场不对称波形离子迁移谱（FAIMS）离子分离能力的一个重要方法, 在生物大分子质谱研究领域已得到广泛应用, 但缺乏在环境小分子领域的研究。 选取挥发性有机物（VOCs）中芳香烃、 醇、 烷烃、 酸、 酮类中的五种物质（邻二甲苯、 异丁醇、 正己烷、 乙酸、 丙酮）为研究对象, 研究了混合气体中He-N2比例对VOCs中单体-二聚体离子混叠峰峰位置、 分离度及总离子通过率的影响。 实验结果表明, 随着FAIMS载气中He比例的增加, 5种VOCs中单体及二聚体离子峰峰位置发生偏移, 且单体峰与二聚体峰偏移程度不同, 单体峰偏移量先增加后减少, 而二聚体峰峰位置偏移量逐渐增加; 随着FAIMS载气中He比例的增加, 五种VOCs离子混叠峰的分离度逐渐增加并趋于饱和, 邻二甲苯、 异丁醇、 正己烷、 乙酸、 丙酮5种样品的混叠峰分离度达到饱和时对应He比例分别是: 20%, 30%, 10%, 40%和20%; 随着FAIMS载气中He比例的增加, 邻二甲苯、 异丁醇、 正己烷、 丙酮的离子信号强度无明显变化, 乙酸的离子信号强度下降明显。 该研究为提高FAIMS对环境小分子的分离能力提供了一种可行的方法。 同时, 也验证了高电场下布朗定律在小分子离子应用上的有效性。

挥发性氯代苯是一类典型的环境有机污染物, 离子迁移谱(IMS)是一种大气压下基于离子迁移率的快速现场检测技术。 采用自制的真空紫外离子源-高场不对称波形离子迁移谱(UV-FAIMS), 对空气中氯苯、 对二氯苯、 邻二氯苯、 间二氯苯进行了检测。 获取了不同分离电压条件下的CV-I谱图, 并以此得到了四种物质的CV-DV指纹谱图。 在指纹谱图支持下, 设计了对二氯苯、 邻二氯苯、 间二氯苯三种同分异构体最优化分离检测参数, 结果表明在800和1 000 V的分离电压下, 通过特征峰的选取, 在补偿电压(CV)为20.4 V(DV=800 V), 3.2 V (DV=800 V)和11.9 V (DV=1 000 V)处三种物质的混合物可以得到有效的分离识别。 研究了流速对谱图峰位置和峰形的影响, 得到不同流速下灵敏度和识别精度关系, 为优化流量的选取提供了依据。 在特征识别前提下考察了DV=450 V条件下, CV=4.3 V的对二氯苯特征峰的UV-FAIMS检测限, 结果高达0.05 mg·m-3。 该研究为卤代苯等多同分异构体苯类环境污染物的快速高精度检测提供了一种方法参考。

离子迁移率非线性函数系数α2和α4是高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)实现物质识别的基础.现有的α2和α4缺少先验值和误差分析方法,因此有必要建立关于α2和α4求解结果误差的评估标准,进而在此基础上提高α2和α4的求解精度.通过自制FAIMS分别对丙酮、异丙醇和1,2二氯苯三种物质在不同分离电压下的检测实验,获取样本在不同分离电压下的谱图和谱图特征值,运用组合的方法从多组分离电压值和相应补偿电压值的数据中选取指定组数,计算出大量的α2和α4数据.通过对α2和α4的数值分析,探究了α2和α4的分布特点和二者之间的相关性,研究了分离电压取点数量和取点方式对其求解结果误差的影响.在拟合α2和α4数据不同范围的频数后,发现α2和α4符合正态分布,其拟合度均在0.96以上,可以利用α2和α4分布的标准差来评估其求解结果的误差.通过对(α2,α4)散点进行拟合,发现α2和α4之间具有很强的负相关性,三样本的相关度分别为-0.977,-0.968,-0.992.随着分离电压选取点数的增加,其相应的求解结果误差在不断减少.通过不同分离电压取点方式的对比,发现当分离电压取VDmax和0.7　VDmax时求解结果最优.在保证α2和α4求解的准确性的前提下有效降低了检测次数,为FAIMS实现快速现场检测和精确的谱图解析创造了有利的条件。

离子迁移率的非线性函数反映了物质本身的微观碰撞特性, 是FAIMS技术实现离子分离检测的基础。 现有的离子迁移率非线性函数求解方法多是近似求解, 存在较大误差。 该工作提出了一种基于半正弦分离电压和FAIMS谱图峰位置下的严格求解方法, 推导出严格的二阶、 四阶系数求解方程。 利用自制的高场不对称波形离子迁移谱仪分别对乙醇、 间二甲苯和正丁醇三种典型的醇和苯类物质进行检测, 获取了三种物质的FAIMS谱图, 通过谱图峰位置获得了不同分离电压值下的补偿电压, 利用最小二乘法求出三种离子非线性函数二阶、 四阶系数。 拟合后的均方误差表明FAIMS非线性函数严格求解的方法, 明显优于现有的求解方法。 有助于提高FAIMS检测分辨率, 进而有助于建立更加准确的FAIMS图谱, 实现FAIMS对检测物质的精准识别。

高场不对称波形离子迁移谱(high-field asymmetric waveform ion mobility spectrometry, FAIMS)技术是一种快速、 高灵敏的痕量物质检测技术。 利用自制的高场不对称波形离子迁移谱仪分别对丙酮、 苯和甲苯样品进行了检测, 结果表明三种挥发性物质在谱图中的分离效果优于传统离子迁移谱仪; 另外分别对二甲苯三种同分异构体进行了检测, 成功地实现了三者的分离。 实验分析了载气流速对离子信号强度的影响, 发现流速为220 L·h-1时信号强度最大, 此结果可用于仪器的优化设计。 获得丙酮的检出限为100 ng·L-1, 比国外传统离子迁移谱仪低了一个数量级。