Neste trabalho é apresentada uma nova geometria e os critérios de projeto para dispositivos de espectrometria de mobilidade iônica, com objetivo de aumentar a relação entre sinal e ruído detectados pelos eletrômetros que compõem a região de detecção, quando associado à ionização baseada em descargas elétricas que tipicamente emitem maior interferência eletromagnética em relação a outros tipos de ionização. A geometria e os critérios de projeto foram estabelecidos com o auxílio do simulador de trajetórias iônicas SIMION versão 8.1 e comparada com espectrômetros de mobilidade iônica do estado-da-arte. Os resultados das simulações dos dispositivos foram avaliados por meio dos testes estatísticos não-paramétricos de Iman-Davenport e Holm. O resultado indicou que a geometria proposta apresentou compatibilidade com as melhores características dos espectrômetros atuais com confiança estatística a 95 %. Na sequência a geometria proposta foi simulada, fabricada e testada para detecção dos íons de: tolueno - C7H8 (C5H5+, C6H5+, C7H7+), propanol - C3H8O (CH3+, CH3O+, C2H3+, C2H4O+, C2H5O+, C3H6+, C3H7+, C3H7O+) e água - H2O (H+, HO+, H2+, O+). Os picos de corrente iônica detectada nos eletrômetros indicaram coerência com as trajetórias simuladas para estes conjuntos de íons. Além disso, os resultados experimentais apresentaram um aumento na relação entre sinal e ruído para a nova geometria proposta que foi validada pelo teste de comparação pareada não-paramétrico de Wilcoxon a 95 % de confiança estatística. / In this work, a new geometry and a design criteria for ion mobility spectrometry devices was presented, aiming to increase the signal-to-noise ratio detected by electrodes of the detection region, when associated with ionization based on electrical discharges. The new geometry and the design criteria were established in the SIMION version 8.1 (an ionic trajectory simulator) and compared with the state-of-art ion mobility spectrometers. The results from device simulations were evaluated using the non-parametric statistical test of Iman-Davenport and Holm. The result indicated that the proposed design criteria presented compatibility with the best characteristics of current spectrometers with statistical evidence at 95%. The proposed geometry was simulated, fabricated and tested for the following solvents: toluene - C7H8 (C5H5+, C6H5+, C7H7+), propanol - C3H8O (CH3+, CH3O+, C2H3+, C2H4O+, C2H5O+, C3H6+, C3H7+, C3H7O+) and water - H2O (H+, HO+, H2+, O+). The peaks of ion current detected in the electrometers occurred at approximate positions of the simulated trajectories for these sets of ions. In addition, the experimental data showed an increase in the signal-to-noise ratio for the proposed new geometry that was validated by the test statistic of Wilcoxon signed rank at 95% statistical confidence.

Neste trabalho é apresentada uma nova geometria e os critérios de projeto para dispositivos de espectrometria de mobilidade iônica, com objetivo de aumentar a relação entre sinal e ruído detectados pelos eletrômetros que compõem a região de detecção, quando associado à ionização baseada em descargas elétricas que tipicamente emitem maior interferência eletromagnética em relação a outros tipos de ionização. A geometria e os critérios de projeto foram estabelecidos com o auxílio do simulador de trajetórias iônicas SIMION versão 8.1 e comparada com espectrômetros de mobilidade iônica do estado-da-arte. Os resultados das simulações dos dispositivos foram avaliados por meio dos testes estatísticos não-paramétricos de Iman-Davenport e Holm. O resultado indicou que a geometria proposta apresentou compatibilidade com as melhores características dos espectrômetros atuais com confiança estatística a 95 %. Na sequência a geometria proposta foi simulada, fabricada e testada para detecção dos íons de: tolueno - C7H8 (C5H5+, C6H5+, C7H7+), propanol - C3H8O (CH3+, CH3O+, C2H3+, C2H4O+, C2H5O+, C3H6+, C3H7+, C3H7O+) e água - H2O (H+, HO+, H2+, O+). Os picos de corrente iônica detectada nos eletrômetros indicaram coerência com as trajetórias simuladas para estes conjuntos de íons. Além disso, os resultados experimentais apresentaram um aumento na relação entre sinal e ruído para a nova geometria proposta que foi validada pelo teste de comparação pareada não-paramétrico de Wilcoxon a 95 % de confiança estatística. / In this work, a new geometry and a design criteria for ion mobility spectrometry devices was presented, aiming to increase the signal-to-noise ratio detected by electrodes of the detection region, when associated with ionization based on electrical discharges. The new geometry and the design criteria were established in the SIMION version 8.1 (an ionic trajectory simulator) and compared with the state-of-art ion mobility spectrometers. The results from device simulations were evaluated using the non-parametric statistical test of Iman-Davenport and Holm. The result indicated that the proposed design criteria presented compatibility with the best characteristics of current spectrometers with statistical evidence at 95%. The proposed geometry was simulated, fabricated and tested for the following solvents: toluene - C7H8 (C5H5+, C6H5+, C7H7+), propanol - C3H8O (CH3+, CH3O+, C2H3+, C2H4O+, C2H5O+, C3H6+, C3H7+, C3H7O+) and water - H2O (H+, HO+, H2+, O+). The peaks of ion current detected in the electrometers occurred at approximate positions of the simulated trajectories for these sets of ions. In addition, the experimental data showed an increase in the signal-to-noise ratio for the proposed new geometry that was validated by the test statistic of Wilcoxon signed rank at 95% statistical confidence.