离子迁移谱（Ion MobilitySpectrometry，IMS）技术是一种痕量化学物质分析技术，其最基本问题是将气相分子电离的化学反应、电场中离子的迁移率以及根据不同离子迁移率的差异进行离子分离并结合相关信号处理方法对检测信号进行分析。

Lovelock1948年的研究报告奠定了现代IMS分析技术的基础。他的报告介绍了一种简单的离子化检测器。该检测器可以对大气中极低浓度的工业有机气体污染物产生信号响应。20世纪70年代，Karasek等人开始进行IMS研究，然而当时这项技术并不被人看好。在经过了十几年的停滞期之后，20世纪90年代以后，人们开始意识到了IMS技术良好的发展前景，IMS也迎来了快速发展阶段。如今，IMS仪器已经广泛应用于化学战剂、毒品与爆炸物的检测，在机场、政府机构等的安检设备中应用了越来越多的IMS相关设备。除此之外，IMS也开始应用于制药学质量检测、食品分析、临床分析、环境分析、生物过程监测等等其他方面。

呼吸作为人体重要的生理过程，是人体内环境与外界交换物质的途径之一。其中包含大量的人体代谢产物，分析其中的物质可以获得各种疾病和失调的信息。根据Henry理论，给定气体在给定体积和种类的液体中所溶解的数量，与气体在恒定温度下与液体平衡时的分压成正比例。所以从肺中呼出的物质随体内情况发生改变。

呼气测试正成为一种越来越重要的非侵入性诊断方法，可用于评估健康和疾病状态的肺和其他。呼吸测试相对于其他传统医学测试的潜在优势包括其非侵入性、低成本和安全性。目前主要的呼吸检测方法分为传感器法和仪器分析法。传感器法指利用气体传感器及基于传感器或传感器阵列的电子鼻对挥发性有机化合物的分析检测方法。目前国内外有很多研究人员采用该方法检测呼出气体中的痕量VOCs。主要用于检测如肺炎肺癌等肺部疾病，可行性高，但常用气体传感器受温度、湿度等环境因素影响较大，系统的可重复性、漂移问题有待解决。而仪器分析法则指利用特定的仪器对物质进行定性、定量分析，主要包括气相色谱法、质谱法和离子迁移谱法，离子迁移谱法与另外两种相比具有可实时检测、检测时间短、可重复性好、成本相对低等优势。

本课题拟调研离子迁移谱技术的研究现状、发展趋势及其在呼出气体检测领域的应用，为便携式呼出气体检测离子迁移谱仪的开发提供设计依据。初步确定采用紫外灯电离源进行气体分子离化对呼出气体中的某些特定的VOCs的浓度进行检测，来提供一种初步筛查诊断某疾病的新方法。该课题的研究在基于呼出气体快速检测的疾病诊断领域具有重要意义。具有较高应用前景。

2. 研究的基本内容与方案

2.1设计的基本内容

本课题基于离子迁移谱方法，主要研究内容包括：比较各种电离方式优缺点选择合适的电离源进行气体分子离化，设计合理电离源驱动电路，分析仪器内部电场使其与电离源有效耦合以提高离子利用率，设计合适的进样方式提高离子峰信号强度，选取与人体疾病相关的可挥发性有机化合物并设计检测实验，最后使用Matlab对离子迁移谱图进行滤波去噪等分析处理获得检测数据并进行反馈优化，通过以上工作实现根据通过检测呼吸气体成分方式判断人体是否存在患有某种疾病的可能性。具体需完成的设计任务如下：

（1） 选择并设计合理的电离源及其控制电路；