Micro Ion Mobility Spectrometry for Gas-phase Detection

Resumen

En un món ideal, podríem ser capaços de detectar ràpidament i classificar qualsevol tipus de substància química i biològica que es trobés en baixes concentracions, utilitzant instruments petits i de fàcil ús. És en aquest escenari on va aparèixer l'espectrometria de mobilitat iònica (IMS). Es tracta d'una tècnica de mesura i anàlisi, on els analits ionitzats es separen per diferències de mobilitat sota la influència d’un camp elèctric en un flux de gas neutre o d'aire a pressió i temperatura ambient. Els avantatges de l'IMS inclouen instrumentació compacte i portàtil, un temps de separació curt (escala de mili-segons), i uns límits de detecció baixos, i permeten una àmplia gamma d'aplicacions. En aquest sentit, un esforç intens de recerca s'ha enfocat cap a la miniaturització dels dispositius d'IMS disponibles vers als micro- espectròmetres de mobilitat iònica de forma d’ona asimètrica i d’alt camp (FAIMS). En aquesta tesi es presenten els primers desenvolupaments i contribucions tecnològiques als FAIMS en el IMB-CNM (CSIC). En particular, aquest treball està dedicat a la simulació, disseny, i fabricació d'un micro FAIMS planar (p-FAIMS) per a aplicacions de seguretat. El treball s'organitza en cinc capítols dividits en dues seccions. La primera secció consta de tres capítols. El primer capítol és introductori i en el segon capítol s'introdueix al lector en l'actual estat de la tècnica de l'espectrometria de mobilitat iònica en general i en particular per als micro- espectròmetres de mobilitat iònica de forma d’ona asimètrica i d’alt camp. El tercer capítol descriu el modelatge d'un tipus de FAIMS planar per a diferents camps elèctrics i condicions de flux. La segona part consta de dos capítols. El quart capítol presenta un resum dels diferents dissenys i materials considerats per a la implementació del p-FAIMS: estructures Vidre-Si-Vidre i PCB-PMMA-PCB, les tasques tecnològiques fetes per cada un i les estratègies de solució que hi han conduit. La fotoionització UV ha estat l'escollida com a mètode de ionització en tots els casos per raons de seguretat. També es presenta la caracterització amb toluè del nou prototip de p-FAIMS de baix cost fabricat a l'IMB-CNM. El cinquè capítol es presenta un resum de l'estudi de la viabilitat del monitoratge d'un fàrmac analgèsic (remifentanil) en l’alè de pacients sota anestèsia. Un espectròmetre de mobilitat iònica comercial s'utilitza per a aquesta aplicació mèdica en col·laboració amb el KIST-Europe i la Chirurgische Universitätsklinik d'Homburg (Alemanya).