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书 书 书第 ３ ５ 卷 ，第 ５ 期 。 ０ １ ５ 年 ５ 月 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 光谱学与光谱分析Ｖｏｌ． ３５，Ｎｏ． ５，ｐｐ１１５３１１５８Ｍ ａｙ，２０１５　 Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａ ｎａｌｙｓｉｓ　高 场 不 对 称 波 形 离 子 迁 移 谱 非 线 性 函 数 系 数 误 差 分 析张 乐 华１，２， 陈 池 来王 泓 伟１ ， 刘 友 江１，２， 张 晓 天１，３，１，２， 孔 德 义１， 孙 文 剑４， 程 玉 鹏４１． 中 国 科 学 院 合 肥 智 能 机 械 研 究 所 传 感 技 术 国 家 重 点 实 验 室 ， 安 徽合 肥 　 ２３００３１２． 中 国 科 学 技 术 大 学 自 动 化 系 ， 安 徽合 肥 　 ２３００２７３． 合 肥 工 业 大 学 电 子 科 学 与 应 用 物 理 学 院 ， 安 徽合 肥 　 ２３００１１４． 岛 津 分 析 技 术 研 发 （上 海 ）有 限 公 司 ， 上 海 　 ２０１２０１摘 　 要 　 离 子 迁 移 率 非 线 性 函 数 系 数 α ２ 和 α ４ 是 高 场 不 对 称 波 形 离 子 迁 移 谱 （Ｆ ＡＩ Ｍ Ｓ）实 现 物 质 识 别 的 基 础 。现 有 的 α ２ 和 α ４ 缺 少 先 验 值 和 误 差 分 析 方 法 ， 因 此 有 必 要 建 立 关 于 α ２ 和 α ４ 求 解 结 果 误 差 的 评 估 标 准 ， 进 而在 此 基 础 上 提 高 α ２ 和 α ４ 的 求 解 精 度 。 通 过 自 制 Ｆ ＡＩ Ｍ Ｓ 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 α ２ 和 α ４ 数 据 。 通 过 对 α ２ 和 α ４ 的 数 值 分 析 ， 探究 了 α ２ 和 α ４ 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 α ２ 和 α ４ 数 据 不 同 范 围 的 频 数 后 ， 发 现 α ２ 和 α ４ 符 合 正 态 分 布 ， 其 拟 合 度 均 在 ０．９６ 以 上 ， 可 以 利用 α ２ 和 α ４ 分 布 的 标 准 差 来 评 估 其 求 解 结 果 的 误 差 。 通 过 对 （α ２，α ４）散 点 进 行 拟 合 ， 发 现 α ２ 和 α ４ 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 犞 犇 ｍａｘ和 ０．７ 犞 犇 ｍａｘ时 求解 结 果 最 优 。 在 保 证α ２和α ４求 解 的 准 确 性 的 前 提 下 有 效 降 低 了 检 测 次 数 ， 为 Ｆ ＡＩ Ｍ Ｓ 实 现 快 速 现 场 检 测 和 精确 的 谱 图 解 析 创 造 了 有 利 的 条 件 。关 键 词 　 离 子 迁 移 率 非 线 性 函 数 系 数 ；Ｆ ＡＩ Ｍ Ｓ 谱 图 ； 正 态 分 布 ； 误 差中 图 分 类 号 ：Ｏ６５７．３ 　 　 文 献 标 识 码 ：Ａ 　 　 　 犇 犗犐：１０．３９６４／ｊ ．ｉｓｓｎ．１００００５９３（２０１５）０５１１５３０６　 收 稿 日 期 ：２０１４０４１６， 修 订 日 期 ：２０１４０８０８　 基 金 项 目 ： 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （６１３７４０１６）， 中 国 科 学 院 对 外 合 作 重 点 项 目 （ＧＪ Ｈ Ｚ１２１８）和 中 国 科 学 院 青 年 创 新 促 进 会 项 目 资 助　 作 者 简 介 ： 张 乐 华 ，１９９０ 年 生 ， 中 国 科 学 技 术 大 学 硕 士 研 究 生 　 　 ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｌｅｈｕａ＿２６０３ ＠ １６３．ｃｏ ｍ 通 讯 联 系 人 　 　 ｅｍａｉｌ：ｃｈｌｃｈｅｎ ＠ ｉｉｍ． ａｃ．ｃｎ引 　 言　 　 高 场 不 对 称 波 形 离 子 迁 移 谱 （ｈｉｇｈ ｆｉｅｌｄ ａｓｙ ｍ ｍｅｔｒｉｃｗａｖｅｆｏｒｍ ｉｏｎ ｍ ｏｂｉｌｉｔｙ ｓｐｅｃｔｒｏ ｍｅｔｒｙ，Ｆ ＡＩ Ｍ Ｓ）是 一 种 大 气 环境 下 的 分 析 检 测 技 术 ， 具 有 灵 敏 度 高 、 核 心 器 件 小 、 检 测 时间 短 等 优 点［１］， 在 爆 炸 物 检 测 、 临 床 研 究 、 饮 用 水 检 测 和 挥发 性 有 机 物 检 测 等 多 个 领 域 具 有 广 泛 应 用 前 景［２４］。Ｆ ＡＩ Ｍ Ｓ是 利 用 不 同 离 子 在 强 电 场 中 离 子 迁 移 率 非 线 性 变 化 的 特 点 来实 现 离 子 的 分 离 和 识 别 的［５］。 电 场 中 的 离 子 ， 其 运 动 速 度 与电 场 大 小 的 比 例 系 数 称 为 离 子 迁 移 率 。 当 电 场 增 加 到 一 定 程度 时 ， 离 子 迁 移 率 会 发 生 非 线 性 变 化 。犓 ＝ 犓 ０（１ ＋ α 犈／犖）＝ 犓 ０（１ ＋∑狀α ２狀（犈／犖 ）２狀）（１）式 中 ，犓 是 离 子 迁 移 率 ，犓 ０是 低 场 离 子 迁 移 率 ，α （犈／犖 ） 是 离 子迁 移 率 非 线 性 函 数 ，α ２狀 是 非 线 性 函 数 的 ２狀 阶 系 数 ， 通 常 只考 虑 α ２ 和 α ４，犈 是 迁 移 区 的 电 场 强 度 ，犖 是 与 芯 片 内 压 强 温度 相 关 的 常 数［６］。α ２ 和 α ４ 的 单 位 分 别 是 Ｔｄ－ ２和 Ｔｄ－ ４，１ Ｔｄ＝ １０－ １７Ｖｃｍα ２ 和 α ４ 的 获 取 是 Ｆ ＡＩ Ｍ Ｓ 实 现 物 质 识 别 的 依 据 ， 是 建 立Ｆ ＡＩ Ｍ Ｓ 谱 图 库 的 关 键 。 如 果 α ２ 和 α ４ 能 够 准 确 求 解 ， 就 可 以２。通 过 样 本 谱 图 求 解 出 的 α ２ 和 α ４ 与 Ｆ ＡＩ Ｍ Ｓ 谱 图 库 中 的 α ２ 和α ４ 进 行 匹 配 ， 即 可 以 实 现 对 物 质 类 型 的 准 确 识 别年 ，Ｂａｒｎｅｔ 利 用 ＥＳＩＦ ＡＩ Ｍ Ｓ Ｍ Ｓ 装 置 检 测 了 铯 离 子 ， 天 冬 氨酸 等 物 质 ， 并 运 用 多 元 回 归 分 析 得 到 样 本 的 α 函 数 ； 同 年 ，Ｖｉｅｈｌａｎｄ 等 使 用 圆 筒 式 Ｆ ＡＩ Ｍ Ｓ 检 测 氯 离 子 ， 并 且 用 最 小 二乘 法 求 解 了 其 α ２ 和 α ４；２００２ 年 ，Ｋｒｙｌｏｖ 用 平 板 式 Ｆ ＡＩ Ｍ Ｓ 检测 酮 类 物 质 ， 使 用 最 小 二 乘 法 计 算 出 非 线 性 函 数 的 的 α ２ 和［７］。２０００