CN100514539C - 常压离子源 - Google Patents
常压离子源 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100514539C CN100514539C CNB2004800092296A CN200480009229A CN100514539C CN 100514539 C CN100514539 C CN 100514539C CN B2004800092296 A CNB2004800092296 A CN B2004800092296A CN 200480009229 A CN200480009229 A CN 200480009229A CN 100514539 C CN100514539 C CN 100514539C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- normal pressure
- pressure chamber
- gas
- analyte
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 164
- 239000012491 analyte Substances 0.000 claims abstract description 94
- 230000005281 excited state Effects 0.000 claims abstract description 53
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 claims abstract 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 170
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 26
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 5
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims 26
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 11
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims 7
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims 7
- 239000003574 free electron Substances 0.000 claims 6
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 abstract 3
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 25
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 24
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 10
- LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N nitrobenzene Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=CC=C1 LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 4
- -1 for example Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 description 4
- LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N nitromethane Chemical compound C[N+]([O-])=O LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- NYYLZXREFNYPKB-UHFFFAOYSA-N 1-[ethoxy(methyl)phosphoryl]oxyethane Chemical compound CCOP(C)(=O)OCC NYYLZXREFNYPKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M Chlorate Chemical compound [O-]Cl(=O)=O XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- ZPUCINDJVBIVPJ-LJISPDSOSA-N cocaine Chemical compound O([C@H]1C[C@@H]2CC[C@@H](N2C)[C@H]1C(=O)OC)C(=O)C1=CC=CC=C1 ZPUCINDJVBIVPJ-LJISPDSOSA-N 0.000 description 2
- XMNQCSOOUOJOLR-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl hydrogen phosphate Chemical compound CCOP(O)(=O)OC XMNQCSOOUOJOLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 2
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRQUFUKTQHISJB-YYADALCUSA-N 2-[(E)-N-[2-(4-chlorophenoxy)propoxy]-C-propylcarbonimidoyl]-3-hydroxy-5-(thian-3-yl)cyclohex-2-en-1-one Chemical compound CCC\C(=N/OCC(C)OC1=CC=C(Cl)C=C1)C1=C(O)CC(CC1=O)C1CCCSC1 KRQUFUKTQHISJB-YYADALCUSA-N 0.000 description 1
- LNYTUARMNSFFBE-UHFFFAOYSA-N 4-(diethylazaniumyl)benzoate Chemical compound CCN(CC)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 LNYTUARMNSFFBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- ARQRPTNYUOLOGH-UHFFFAOYSA-N chcl3 chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl.ClC(Cl)Cl ARQRPTNYUOLOGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229960003920 cocaine Drugs 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005264 electron capture Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000165 glow discharge ionisation Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000012770 industrial material Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000000752 ionisation method Methods 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 150000002828 nitro derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 1
- 239000012857 radioactive material Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
一种用于电离分析物的非放射性常压设备包括：第一常压室，具有承载气体入口、第一电极，位于一端、以及反电极，位于该室另一端，用于在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生放电。可选择的，设置网格，以通过接触受激状态物质，产生电子或者离子。在常压、接近地电位情况下，含有其产生的受激状态物质或者电子的承载气体射向分析物，以形成分析物离子。
Description
相关专利申请的交叉引用
该专利申请公开了2003年4月14日提交的第60/460,179号临时专利申请公开的主题，而且要求基于35 U.S.C.§119(e)的优先权。
技术领域
本发明涉及利用亚稳原子和分子常压电离分析物。亚稳原子和分子(M*)是长寿命受激状态物质。在电晕放电或者辉光放电时，产生亚稳物质。产生受激状态物质的其他方法包括电子碰撞、光电离以及高能颗粒与反应物的相互受控作业。受激状态物质与基态物质之间的撞击可能导致基态物质电离，而且因为被称为彭宁(Penning)电离的过程释放电子，例如：
M*+N->N++M+e- 等式1
背景技术
因为使用诸如63Ni、241Am和3H的放射性材料产生的调整问题和安全问题以及其他问题，所以要寻找用于诸如离子迁移率光谱分析仪(mobility spectrometer)的分析仪器的非放射性离子源。(请参考Tuner等人的标题为“Corona Discharge Ion Source for Analytical Instruments”的第6,225,623号美国专利和Doring的标题为“Ion MobilitySpectrometer with Non-Radioactive Ion Source”的第2002/0185593号美国专利申请公开。)
常压电离(API)质谱仪或者离子迁移率光谱分析仪(IMS)或者化学试剂监测器(CAM)的某种现有电晕放电离子源使分析物(包括溶剂、空气和其他污染物)进入含有放电探针的区域。这样产生了几个问题：
1.在空气内存在氧或者其他污染物导致电极降质。
2.难以在存在污染物时保持放电，要求高电位或者脉冲电位。
3.空气中的电晕放电导致形成诸如NO2 -、NO3 -以及有关族离子(clusterion)的物质。这些离子可以降低反应物离子的灵敏性(C.A.Hill和C.L.P.Thomas，Analyst，2003，128，pp.55-60)，而且可能干扰检测诸如硝基炸药的含有硝基官能团的反应物产生的NO2 -、NO3 -，或者氯化物离子干扰氯酸盐推进剂和火箭发动机或者磷酸盐干扰化学战有关的化合物的情况。
4.使空气和分析物进入放电区限制了用于控制化学背景的性质从而控制离子形成化学性质的概率。
Taylor等人的标题为“Corona Discharge Ionization Source”的第5,684,300号美国专利和Turner等人的标题为“Corona DischargeIonization Source for Analytical Instruments”的第6,225,623号美国专利描述了电晕放电离子源，但是没有描述用于将产生放电的区域与引入分析物的区域分离开的装置。还请参考Zhao等人的论文“LiquidSample Injection Using Atmospheric Pressure Direct Current GlowDischarge Ionization Source”Anal.Chen.，64，pp.1426-1433，1992。
Bertrand等人的标题为“Metastable Atom Bombardment Source”的第6,124,675号美国专利公开了一种在质谱仪内以降低的压力工作、用于产生离子的亚稳原子源。所公开的设备基本上要求降低的压力，而未描述将亚稳原子用于常压电离质谱仪或者离子迁移率光谱分析仪的装置。
Tsuchiya等人的标题为“Apparatus for Producing Sample Ions”的第4,546,253号美国专利描述了一种利用亚稳原子由在位于电晕放电的下游的辐射源(emitter)探针尖端引入的样品产生离子的方法。这种技术要求将样品放置在强电场辐射源探针之上或者附近。请参考Otsuka等人的论文“An Interface for Liquid Chromatograph/LiquidIonization Mass Spectrometer”Analytical Sciences，Vol.4，October1988。本发明避免使用位于电晕放电源的下游的高电位辐射源探针。此外，本发明提供了一种用于采样中性分析物分子，而不限制重新定位它们位于其上的表面中的分析物的装置。例如，可以直接采样纸币中的柯卡因以及军事领域表面中的化学/生物战制剂，而且不需要擦洗原处，或者溶剂冲洗该表面。在每次重新定位样品时，分析物分子均丢失(对于水平扫描浓度为30％至100％)。因此，始终优选进行直接表面采样。
发明内容
概括地说，根据本发明，提供了一种常压电离源或者接口，包括：第一常压室，具有承载气体入口、第一电极、以及反电极，用于在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生电晕放电或者辉光放电；第二常压室，具有与第一室连通的端口；以及可选择的第三常压室，具有与第二室连通的端口，存在位于第二室与第三室之间的所述端口的透镜电极，第三室具有承载气体的出气口和位于该出气口上的可选择的电极。将放电限制在第一室内。第一电极优选与端口基本对准。设置电源，以分别在每个电极上保持选择的电位。在第二室或者第三室的出口，可以存在导电的网格。有利的是，第三室可以是可拆卸地插入第二室的插口内的细长玻璃管。
常压源或者接口可以用于形成用于以正离子模式或者负离子模式工作的分光仪或者其他仪器的正离子或者负离子。通常，在分析物接触受激状态物质时，同时产生负离子和正离子。某些分析物是亲电子的，因此，趋向于捕获电子，以产生带负电分析物离子，这样可以检测和识别这些分析物。其他分析物具有质子或者正离子亲和性，因此，例如，通过采集质子[M+H]+，被电离。这样引导选择以正离子模式或者负离子模式工作的仪器。
电源优选使透镜电极以及该电极位于出气口，以在不转换第一电极和反电极的情况下，转换极性。这样可以在正离子模式与负离子模式之间迅速选择电离源。必须使第一电极和反电极保持足以产生放电的电位。反电极还用于过滤电离物质。产生放电所需的第一电极与反电极之间的电位差取决于承载气体和第一电极的形状，因此，通常是几百伏，比如400或者1,200伏。但是，对于小电子结构，例如平板等离子体屏幕电视使用的电子结构，小电压足够了。第一电极，例如，探针电极可以具有正电位或者负电位。反电极通常接地，或者其极性与探针电极的极性相反。这是以正离子模式工作或者以负离子模式工作的情况。在正离子模式下，透镜电极可以在地电位与正几百伏之间，以滤除承载气体内的负离子。此外，在负离子模式下，该透镜电极在地电位与负几百伏之间，以滤除承载气体中的正离子。
根据本发明第一实施例，靠近以正离子模式工作的带电颗粒检测器，例如，质谱仪、离子迁移率光谱分析仪，或者化学试剂监测器的入口，上面的段落描述的装备设置了第三室出口。以正离子模式设置电极。含有受激状态物质、从第三室的出气口排出的气体通过或者位于靠近以负离子模式工作的检测器的入口的分析物。承载气体内的亚稳物质与该分析物反应，以形成正离子，从而进行分析。分析物分子发生离子分子反应，以形成诸如[M+H]+的物质。例如，分析物的形式可以是通过开口的蒸气、位于表面上的固态形式或者吸入液体的形式。
根据本发明第二实施例，上述装备设置了靠近进入带电颗粒检测器的入口的第三室的出口。以负离子模式设置电极。含有受激状态物质、从第三室的出气口排出的气体通过或者位于靠近以负离子模式工作的检测器的入口的分析物。承载气体内的亚稳物质与该分析物反应，以形成负离子，从而进行分析。例如，分析物的形式可以是通过开口的蒸气、位子表面上的固态形式或者吸入液体的形式。
根据本发明第三实施例，以“嗅探器”模式使用上述装备，其第三室的出口靠近带电颗粒检测器的入口。出口的电极可以包括网格，而且保持地电位或者负电位，或者处于利用直流电压偏置的AC电位，以使反应物质离解，从而保证作为亚稳物质的电子源碰撞网格。通过与气体分子碰撞，获得的电子被迅速冷却(降温)到热能。以负离子模式设置电极。含有受激状态物质、从第三室的出气口排出的气体通过或者位于常压分析物，而不位于强磁场内，但是靠近带电颗粒检测器的，例如，其中之一以负离子模式工作的质谱仪或者离子迁移率光谱分析仪的入口。承载气体内的电子被分析物捕获，以形成通过气体碰撞冷却的负离子。例如，分析物的形式可以是通过开口的蒸气、位于表面上的固态形式或者吸入液体的形式。
除了网格电极保持为正，而且从出口排出的气体与分析物形成正离子，从而在正离子模式下进行分析之外，第四实施例与“嗅探器”模式的第三实施例相同。
根据本发明第五实施例，提供了一种常压电离源或者接口，它包括：第一常压室，具有承载气体入口、其内的电极、以及反电极，用于在产生亚稳物质、离子、电子、热原子和分子以及原子团(radical)的承载气体内产生放电；第二常压室，与第一室相邻，而且具有进入第一室的端口，具有用于冷却反应气体的可选择的入口和可选择的出口；以及第三常压室，与第二室相邻，而且具有进入第二室的端口以及承载气体的入口和亚稳物质的相互作用电离产物的出口，该电极与各端口大致对准。
根据本发明第六实施例，提供了一种常压电离源或者接口，它包括第一室，具有承载气体入口、其内的电极、以及反电极，用于在产生亚稳物质的承载气体内产生辉光放电或者电晕放电；以及第二室，与第一室相邻，而且具有电子和/或者亚稳物质的出气口，该电极与各端口大致对准。
在该说明书和所附权利要求使用的常压意味着接近环境压力，比如400至1,400托。这可以包括加压飞行器和潜没的潜艇。对于实验室应用，环境压力可以降低到700至800托的范围内。
在引入接口之前，或者在位于接口上时加热承载气体，以便从表面上将分析物汽化或者解吸为气相。优选提供一种可调的调节器，用于从承载嵌入气流内的电子并通过改变气压使其加速开始，调节气压，以控制电离电子能量的速度。
附图说明
根据下面参考附图所做的详细说明，本发明的进一步特征和其他目的和优点变得显而易见，附图包括：
图1是根据本发明包括对准室C1、C2和C3的常压源的原理图；
图2是与质谱仪有关的常压源的原理图；
图3是包括3个室以及用于将亚稳物质变换为电子的格栅的常压源或者设备的原理图；
图4是仅具有两个室的简化常压设备的原理图；
图5是以2:1比例示出的根据本发明常压接口或者设备的透视图；
图6是与图5相同的剖开透视图；
图7是图6所示透视图的细部图；
图8是根据本发明的常压设备或者常压源的电源的电路原理图；
图9是进入图2所示室C1的放电区的氮承载气体的质谱；
图10是其中室内空气引入图2所示室C1内的氮承载气体流的质谱；
图11是其中室内空气引入图2所示室C3内的质谱；
图12是引入室C3内的diethylmethylphosphonothiolate的质谱；
图13是引入室C3内的六氟苯的质谱；
图14是其中消除了背景离子、与图9所示质谱类似的质谱；
图15是其中空气引入室C3内的质谱；
图16是其中硝基苯引入室C3内的质谱；
图17和18分别是硝基甲烷和硝基苯的正离子质谱；
图19是使用图3的原理图所示接口的空气质谱；
图20是使用图3的原理图所示接口的磷酸甲乙酯的质谱；
图21是使用图3的原理图所示接口的磷酸二乙甲酯(DEMP)的质谱；
图22是使用图3的原理图所示接口的DEMP(正离子)的质谱；
图23是使用图3的原理图所示接口的TNT(负离子)的质谱；以及
图24(a)是沉积在航空登机通道上的TNT的质谱，而图24(b)是该登机通道的质谱。在登机通道靠近该源时，对基线产生正偏差。
具体实施方式
图1利用原理图示出本发明通用的实现。例如，该设备在第一常压室C1内设置了N个对其施加电位的探针电极，承载气体通过入口G1引入该第一常压室C1内，而从气密出口O1流出。电极N可以是点、线、面或者弯曲的电极。探针电极是点电极的一个例子，而调整翼(trim blade)是线电极的例子。的确，在第一常压室内存在同一种极性的多个探针或者其他电极，这种排列对化学试剂监测器尤其有用。在使用多个电极(N)时，可以观察到检测灵敏性相应提高。反电极E0含有孔，气体和充电颗粒可以通过该孔。设置电位(例如，地电位)，以在电极N与反电极E0中间产生电晕放电或者辉光放电。该电极可以是建立负电位的阴极，或者是建立正电位的阳极。在放电过程中，形成正离子、电子以及亚稳受激状态原子。附加电极E1位于可选择的第二室C2的出口，该第二室C2具有密闭气体入口G2和密闭气体出口O2。电极E1还确定第三室C3的入口，最终电极E2位于第三室C3的出口。
在一个当前实现中，承载气体以正压从汽缸进入室C1。这样使亚稳受激状态原子进入室C2和C3。在该实现中，各室的体积约为1立方厘米。各室之间的小孔的直径约为3mm，而且以约每分钟几毫升数量级流过该小孔。
本申请人使用的承载气体是氦气和氮气。P—10气体(90％氩气+10％甲烷)和He/Ne混合气体是可能的承载气体。此外，还可以考虑氩气和氪气。的确，其亚稳状态高于分析物的状态的任何气体或者混合气体均是可能的承载气体。
在室C1内发生电晕放电或者辉光放电。在室C1和室C3之间，室C2提供可选择的缓冲区，而且可以可选择的引入单独冷却气体或者反应气体。例如，冷却气体包括利用亚稳原子可以电离以产生正离子或者电子的气体。通过进一步撞击可以热化该电子。二氧化碳、甲烷以及空气是冷却气体的例子。反应气体是利用离子分子反应适当区别离子高峰的气体。通常，可以将少量反应气体，例如，氨(促进铵离子吸附到正离子上)，或者产生氯化物离子(例如，负离子的二氯甲烷、氯仿(chloroform)或者四氯化碳)的气体添加到冷却气体中。添加氯化物离子显示将检测多硝基炸药显著增强几个数量级。可以将分析物引入室C3，通过电极E2上的端口将分析物的离子提取到质谱仪常压接口内，或者提取到离子迁移率光谱分析仪漂移区内。可以加热该设备，或者其任意部分，以有助于在低气压下分析化合物并减少样品转移。
图2示出如果承载气体(例如，氮气或者氦气)流入第一室C1、通过中间室C2，然后，通过电极E2内的端口从最终室C3流出，用于比较操作的常压电离源的特定配置。所有气体出口O1、O2和O3均被关闭，而且利用隔膜密封入口G3，以利用气密注射器注入分析物蒸气。离子和亚稳气体分子沿从探针电极N的中轴通过电极E0、E1和E2上的端口流动。
本申请人利用其实现本发明的承载气体是氦气和氮气。它们二者都具有高第一电子电离电位，而且在室温和室压下，不与其他元素或者化合物发生反应。因为该原因，其他惰性气体，例如，氩气，氪气和氙气是适当的承载气体。
根据本发明的放电是电晕放电或者辉光放电。显然，在放电过程中，电子被加速进入承载气体的原子或者分子，导致附加电子自由，而且以梯级方式加速。除了使电子自由和产生正离子外，碰撞使能量传递到原子和分子，以产生亚稳受激状态物质。辉光放电是发光放电，而且不通过气体发火花。电晕是在高压下、靠近电导体表面的微弱辉光。通常，辉光放电要求高电位，以启动，但是保持低电压，然后，“击穿”。探针电极的电源的内部电阻和其他因素限制放电电流。根据本发明，不能是可能导致溅蚀或者产生弧光的高电流。
图2的原理图所示的设备位于JEOL AccuTOFTM飞行时间(time-of-flight)质谱仪的常压接口的入口锥形(“小孔”)。在地电位操作该小孔。氮气通过入口G1进入第一室C1，然后，从电极E2的出口流出。将探针电极N设置为足以启动气体放电的值(通常是900V至1,500V)，而将电极E0、E1和E2设置为地电位。图9所示的质谱示出承载气体内的背景离子。主要由室C1的放电区内的杂质产生离子。根据标称质量测量，可以指定它们的元素成分。
表1
| 标称质量 | 成分 |
| 26 | CN<sup>-</sup> |
| 35 | 35Cl<sup>-</sup> |
| 37 | 37Cl<sup>-</sup> |
| 42 | CNO<sup>-</sup> |
| 45 | HCO<sub>2</sub><sup>-</sup> |
| 46 | NO<sub>2</sub><sup>-</sup> |
| 59 | C<sub>2</sub>H<sub>3</sub>O<sub>2</sub><sup>-</sup> |
| 60 | CO<sub>3</sub><sup>-</sup> |
| 61 | HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> |
| 62 | NO<sub>3</sub><sup>-</sup> |
图10和11示出本发明的好处。图10示出通过入口G1将3cc室内空气喷射到的氮气流中的效果。请注意，NO2 -和NO3 -的高丰度(abundance)。相反，如果通过G3将3cc室内空气喷入室C3，则产生的主要物质是O2 -、HCO3 -、CO3 -、HO3 -以及HCO4 -，如图11所示。在这种情况下，不产生大量NO2 -或者NO3 -或者有关族离子。
如果将亲电子的分析物引入入口G3，则可以观察到特性离子。对于diethylmethylphosphonothiolate[M-C2H5]-，可以通过直接电离和碎化分析物产生这些离子，如图12所示，或者通过在室C3内使分析物离子与其他物质发生反应可能产生它们，如图13中的六氟苯所示。该图示出加合(adduct)离子，例如，[M+N]-、[M+O2]-以及[M+NO2]-。通过控制室C3内的中性环境(利用掺杂或者选择分析物承载气体或者溶剂)，可以控制离子形成过程。
在负离子模式下，如果电极E1或者E2升高到更正电位(请参考图14，图14示出具有陷获的负离子的空气的质谱)，可以从质谱中消除图13所示的背景离子。然而，将反应物注入入口G3内也产生大反应物信号，因为在室C3内仍存在亚稳原子。
如等式1所示，利用彭宁电离过程，亚稳原子产生电子，然后，通过在几纳秒内在常压下与气体分子碰撞，获得的电子被迅速冷却到热能。利用亲电子反应物捕获这些电子，以产生分析物离子。该分析物离子可以进一步与室C3内的物质反应，以产生获得的质谱。不需要通过端口G3，将该分析物引入室C3内。例如，仅通过使气流对准美钞、农作物叶子、人指尖、混凝土、沥青或者机票表面上的分析物，就可以远程采样分析物。
如果将离子源偏置到比质谱仪接口的小孔负的更负电位，则负离子被吸引到该小孔，而且信号强度大于10倍。
关于检测硝基甲烷，说明本发明的良好选择性。如果将空气注入现有技术源的电晕放电区，则形成大量NO2 -、NO3 -和有关族离子(clusterion)。这示于图10，而且如果希望检测诸如硝基甲烷或者硝基炸药的硝基化合物产生的NO2 -和NO3 -，则这不是希望的结果。然而，如果根据本发明将空气喷入室C3内，则观察到不显著的NO2 -、NO3 -(参考图15)，但是NO2 -、NO3 -是通过入口G3喷入硝基苯时产生的主要物质(请参考图16)。
通过转换质谱仪的极性，可以观察到正离子。硝基甲烷(图17)和硝基苯(图18)的正离子质谱示出包括最具诊断性的有用[M+H]+离子。不需要改变探针电极N和反电极E0的电位，因为在负电位和正电位下探针电极N均形成亚稳原子。因此，可以在正离子模式与负离子模式之间迅速转换离子源，而无需高压转换，高压转换需要在熄火之后重新起动气体放电的时间。在正离子模式下，希望偏置电极E1和E2，以致电极E2的电位比小孔的电位更正，因此，增大了小孔的离子流。
其他操作模式也是可以的。可以将在室C1内放电产生的电子引入室C2，然后，将它冷却到热能，以利用室C3内的分析物分子进行电子捕获。对于低温(subambient)压力下工作的而且连接到传统的高真空质谱仪离子源的亚稳原子离子源，Leymarie和合作者(N.Leymarie，J.-C.Tabet和M.Bertrand，在美国质谱仪学会2000年的年会上发表)报告了有关实验。然而，该报告要求减压源，而且未描述在常压下与API质谱仪或者离子迁移率质谱仪组合使用离子源。本发明利用常压冷却室C2的超高电子冷却效率。在一种实现中，将利用亚稳原子可以电离的气体，例如，CO2引入室C2，在该室C2内，进一步冷却发射的电子。
图3和4示出其中铜网孔板40用于由亚稳物质41产生电子的常压接口的原理图。已知亚稳(matastable)原子和里德伯(Rydberg)原子通过导电网孔释放电子。可以使该网孔保持在某个电位，该电位相当于到质谱仪接口42的小孔为负。负电位排斥电子，离开该网格或者网孔，以致该电子使分析物电离。在这种情况下，分析物不被引入室C3，但是通过在接口与质谱仪之间的敞开空间内电离，以“嗅探器(sniffer)”模式进行分析。该空间接近地电位，或者至少不处于强电场内。该建立对负离子质谱仪特别有效，但是对正离子质谱仪也有效。还可以相对于E2正偏置网孔，以积聚带正电的物质，例如，正电子或者质子。
在“嗅探器”模式下，始终存在空气。图19所示的质谱显示负离子模式下的空气背景光谱。通过在靠近常压接口的出口和质谱仪的入口的空间内放置分析物的开式指管(open vial)，产生磷酸甲乙酯和diethylmethylphosphonothiolate的光谱(图20和图21所示)。以同样的方式获得diethylmethylphosphonothiolate的正离子模式光谱(图22所示)。
图23示出TNT的负离子光谱。通过进一步进行研究，溶解700纳克的TNT，然后，将它们放置在航空登机通道上，使它们干燥一周。在负电位网格情况下，在“嗅探器”模式，该通道位于常压接口的正面。观察到质谱(图24(b))和IMS光谱(图24(a))。
现在参考图5，根据本发明的常压离子设备的物理配置(如图3的原理图所示)可以包括管式非导电外壳10，可以由
型塑料(良好的耐温性)、陶瓷材料或者其他非导电材料制造该管式非导电外壳10。从外壳的一端延伸的是一次性(disposable)玻璃管内插件11，其非导电端件13用于使网孔电极或者网格14保持在适当位置。利用绝缘导线15，将网孔电极14连接到外壳上的微型插孔17。在外壳10的对端是包括连接器18的承载气体入口，连接器18具有用于使柔性管滑板保持在其上的波纹面。微型插孔21、22、23和24通过外壳，用于在外壳10内将引线从电源连接到各电极。
现在参考图6，外壳的内部被划分为第一室和第二室。在每个轴线的端部，将空心插塞固定到外壳上。在入口端，插塞26具有用于容纳入口连接器18的线状物。在出口端，插塞27设置内部圆环槽，用于容纳维通O环(Viton O-ring)38，该维通O环38与玻璃管内插件11隔离。非导电隔片30保持探针电极31，探针电极31连接到微型插孔21，而且确定产生电晕放电和辉光放电的第一室。导电隔片与电极护板32位于外壳内，而且与支持该探针的非导电隔片相邻。导电隔片32连接到微型插孔23。非导电隔片33位于外壳内，而且与导电隔片32相邻，以确定第二室。另一个导电隔片与电极护板34位于非导电隔片33附近，以确定第二室的轴向出口端。导电隔片34邻接玻璃管内插件11.该导电隔片连接到微型插孔22。微型插孔24与在轴向延伸到外壳的出口端的电导管连通，其中它连接到微型插孔17。
参考图7，更详细示出具有非导电端件13的玻璃管的端部。非导电端件13使网格与直接节点分离，在网格使难以接触高压。该端件的孔使受激状态气体逃逸，以电离分析物。铜洗器39(参考图7)邻接玻璃管的端部，而且与引线15焊接在一起。对着该铜洗器固定的是网格电极14。空心玻璃管11和网格电极14确定第三室。
参考图8，利用原理图示出常压离子源的电源的例子。AC电流通过开关S1和保险丝F1，然后，被施加到转换开关电源SPS。15伏DC输出施加到滤波电容器C1至电流调节器CR。通过滤波电容器C2至高压直流变换器DC-HVDC施加调整的电流。通过限流电阻器R1，对该电极施加该设备的高压，用于产生电晕放电或者辉光放电。15伏的输出还施加到多个通用大电流正电压调节器VR。该电压调节器的输出施加到滤波电容器C3，以使电流通过高压直流变换器DC-HVDC2。该变换器的输出施加到分压器R7，该分压器R7用于调节透镜电极的电位。电源设计领域的技术人员明白如何配置负输出电位电路。
在此描述的常压离子源用于将离子引入质谱仪和离子迁移率光谱分析仪，用于检测并识别感兴趣的分析物，例如，药品、炸药、化学武器、有毒工业材料等。它是非放射性的，而且在顶空进样过程中，它保证迅速采样气体和蒸气。它还可以迅速直接采样表面上的化学品。该特征使得在此描述的离子源非常有效地代替IMS检测器上的辐射源。
可以有效同时使用在此描述的一个以上的离子源或者设备。例如，本申请人已经进行了其中同时使用两个离子源对质谱仪提供离子的实验。在一种情况下，利用两个离子源，以正离子模式分析丙酮。使用两个离子源的离子流接近单独使用离子源的总离子流。在另一个实验中，以负离子模式检测氧离子。此外，使用两个离子源的离子流接近单独使用离子源的总离子流。
在此使用的“常压电离源”是不需要真空泵的电离源。当然，分析器(质谱仪)可以要求真空泵，但是可以以稍许高于和低于常压的压力，形成离子。
尽管根据专利法的具体要求详细说明了本发明，但是下面的权利要求限定专利证书要求保护的内容。
Claims (86)
1.一种用于电离分析物的非放射性常压设备，包括：
第一常压室，具有承载气体入口、第一电极，位于一端、以及反电极，位于另一端，用于在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生放电；
第二常压室，与第一常压室相邻，而且在一端具有进入第一常压室的端口，在另一端具有电极以及承载气体的出气口，确定端口的尺寸，以限制流量，所述第一电极和端口对准；以及
用于将从出气口流出的含有受激状态物质的气体与在常压和地电位的分析物相接触的装置。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括用于将气体引入第二常压室的装置，利用在第一常压室内产生的受激状态物质可以电离该气体，以产生正离子和电子，以致通过进一步碰撞热化该电子。
3.根据权利要求1所述的设备，进一步包括网格，排列其以接触受激状态物质。
4.根据权利要求1所述的设备，进一步包括用于调节所述第一电极、所述反电极、以及所述第二常压室的另一端的电极上的电位，以控制电离电子能量的速度的装置。
5.根据权利要求1所述的设备，包括用于调节承载气体压力，以控制电离电子能量的速度的装置，因为承载嵌入气流内的电子，并通过改变气压使其加速。
6.根据权利要求1所述的设备，其中第二常压室内的电极是透镜电极。
7.根据权利要求1所述的设备，其中调节所述第一电极、所述反电极、以及所述第二常压室的另一端的电极上的电位，以促进产生正分析物、碎片或者加合离子。
8.根据权利要求1所述的设备，其中调节所述第一电极、所述反电极、以及所述第二常压室的另一端的电极上的电位，以促进产生负分析物、碎片或者加合离子。
9.根据权利要求1所述的设备，其中以负电位偏置第二常压室内的电极，以陷获正电子并排斥自由电子，从而使离子源处于负离子模式。
10.根据权利要求1所述的设备，其中以正电位偏置第二常压室内的电极，以陷获负电子并排斥正离子物质，并使受激状态物质通过，从而使离子源处于正离子模式。
11.根据权利要求1所述的设备，其中位于第二常压室的另一端的电极连接到电源，该电源可以转换该电极的极性而不改变第一电极和反电极的极性，因此可以迅速将该设备从正离子模式变更为负离子模式，反之亦然。
12.一种用于电离分析物的非放射性常压设备，包括：
第一常压室，具有承载气体入口、其内的第一电极、以及反电极，用于在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生放电；
第二常压室，与第一常压室相邻，而且在一端具有进入第一常压室的端口，而在另一端具有电极；
第三常压室，与第二常压室相邻，而且具有进入第二常压室的端口和承载气体的出气口，所述第一电极与端口对准；以及
用于将从出气口流出的含有受激状态物质的气体与在常压和地电位的分析物相接触的装置。
13.根据权利要求12所述的设备，进一步包括用于将气体引入第二常压室的装置，利用在第一常压室内产生的受激状态物质可以电离该气体，以产生正离子和电子，以致通过进一步碰撞热化该电子。
14.根据权利要求12所述的设备，进一步包括网格，排列其以接触受激状态物质。
15.根据权利要求12所述的设备，进一步包括用于调节所述第一电极、所述反电极、以及所述第二常压室的另一端的电极上的电位，以控制电离电子能量的速度的装置。
16.根据权利要求12所述的设备，包括用于调节承载气体压力，以控制电离电子能量的速度的装置，因为承载嵌入气流内的电子，并通过改变气压使其加速。
17.根据权利要求12所述的设备，其中第二常压室内的电极是透镜电极。
18.根据权利要求12所述的设备，其中调节所述第一电极、所述反电极、以及所述第二常压室的另一端的电极上的电位，以促进产生正分析物、碎片或者加合离子。
19.根据权利要求12所述的设备，其中调节所述第一电极、所述反电极、以及所述第二常压室的另一端的电极上的电位，以促进产生负分析物、碎片或者加合离子。
20.根据权利要求12所述的设备，其中以负电位偏置第二常压室内的电极，以陷获正电子并排斥自由电子，从而使离子源处于负离子模式。
21.根据权利要求12所述的设备，其中以正电位偏置第二常压室内的电极，以陷获负电子并排斥正离子物质，并使受激状态物质通过，从而使离子源处于正离子模式。
22.根据权利要求12所述的设备，其中位于第二常压室的另一端的电极连接到电源，该电源可以转换该电极的极性而不改变第一电极和反电极的极性，因此可以迅速将该设备从正离子模式变更为负离子模式，反之亦然。
23.一种用于电离分析物的非放射性常压设备，包括：
第一常压室，具有承载气体入口、第一电极，位于一端、以及反电极，位于另一端，用于在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生放电；
第二常压室，与第一常压室相邻，而且在一端具有进入第一常压室的端口，在另一端具有电极以及承载气体的出气口，确定端口的尺寸，以限制流量；以及
接地或者带电网格电极，位于输出端口，以便在接触受激状态物质时辐射带电颗粒，所述第一电极和端口对准。
24.根据权利要求23所述的设备，进一步包括用于将气体引入第二常压室的装置，利用在第一常压室内产生的受激状态物质可以电离该气体，以产生正离子和电子，以致通过进一步碰撞热化该电子。
25.根据权利要求23所述的设备，进一步包括用于调节所述第一电极、所述反电极、所述第二常压室的另一端的电极、以及所述接地或者带电网格电极上的电位，以控制电离电子能量的速度的装置。
26.根据权利要求23所述的设备，包括用于调节承载气体压力，以控制电离电子能量的速度的装置，因为承载嵌入气流内的电子，并通过改变气压使其加速。
27.根据权利要求23所述的设备，其中第二常压室内的电极是透镜电极。
28.根据权利要求23所述的设备，其中调节所述第一电极、所述反电极、所述第二常压室的另一端的电极、以及所述接地或者带电网格电极上的电位，以促进产生正分析物、碎片或者加合离子。
29.根据权利要求23所述的设备，其中调节所述第一电极、所述反电极、所述第二常压室的另一端的电极、以及所述接地或者带电网格电极上的电位，以促进产生负分析物、碎片或者加合离子。
30.根据权利要求23所述的设备，其中以负电位偏置第二常压室内的电极，以陷获正电子并排斥自由电子，从而使离子源处于负离子模式。
31.根据权利要求23所述的设备，其中以正电位偏置第二常压室内的电极，以陷获负电子并排斥正离子物质，并使受激状态物质通过，从而使离子源处于正离子模式。
32.根据权利要求23所述的设备，其中位于第二常压室的另一端的电极连接到电源，该电源可以转换该电极的极性而不改变第一电极和反电极的极性，因此可以迅速将该设备从正离子模式变更为负离子模式，反之亦然。
33.一种用于电离分析物的非放射性常压设备，包括：
第一常压室，具有承载气体入口、第一电极，位于一端、以及反电极，位于另一端，用于在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生放电；
第二常压室，与第一常压室相邻，而且在一端具有进入第一常压室的端口，在另一端具有电极以及承载气体的出气口，确定端口的尺寸，以限制流量；以及
接地或者带负电网格电极，位于输出端口，以便在接触受激状态物质时辐射电子，所述第一电极和端口对准。
34.根据权利要求33所述的设备，进一步包括用于将气体引入第二常压室的装置，利用在第一常压室内产生的受激状态物质可以电离该气体，以产生正离子和电子，以致通过进一步碰撞热化该电子。
35.根据权利要求33所述的设备，进一步包括用于调节所述第一电极、所述反电极、所述第二常压室的另一端的电极、以及所述接地或者带电网格电极上的电位，以控制电离电子能量的速度的装置。
36.根据权利要求33所述的设备，包括用于调节承载气体压力，以控制电离电子能量的速度的装置，因为承载嵌入气流内的电子，并通过改变气压使其加速。
37.根据权利要求33所述的设备，其中第二常压室内的电极是透镜电极。
38.根据权利要求33所述的设备，其中调节所述第一电极、所述反电极、所述第二常压室的另一端的电极、以及所述接地或者带电网格电极上的电位，以促进产生正分析物、碎片或者加合离子。
39.根据权利要求33所述的设备，其中调节所述第一电极、所述反电极、所述第二常压室的另一端的电极、以及所述接地或者带电网格电极上的电位，以促进产生负分析物、碎片或者加合离子。
40.根据权利要求33所述的设备，其中以负电位偏置第二常压室内的电极，以陷获正电子并排斥自由电子，从而使离子源处于负离子模式。
41.根据权利要求33所述的设备，其中以正电位偏置第二常压室内的电极，以陷获负电子并排斥正离子物质，并使受激状态物质通过，从而使离子源处于正离子模式。
42.根据权利要求33所述的设备，其中位于第二常压室的另一端的电极连接到电源，该电源可以转换该电极的极性而不改变第一电极和反电极的极性，因此可以迅速将该设备从正离子模式变更为负离子模式，反之亦然。
43.一种用于电离分析物的非放射性常压设备，包括：
第一常压室，具有承载气体入口、其内的第一电极、以及反电极，用于在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生放电；
第二常压室，与第一常压室相邻，而且在一端具有进入第一常压室的端口，而在另一端具有电极；
第三常压室，与第二常压室相邻，而且具有进入第二常压室的端口和承载气体的出气口；以及
接地或者带负电网格电极，位于输出端口，以便在接触受激状态物质时辐射电子，所述第一电极和端口对准。
44.根据权利要求43所述的设备，进一步包括用于将气体引入第二常压室的装置，利用在第一常压室内产生的受激状态物质可以电离该气体，以产生正离子和电子，以致通过进一步碰撞热化该电子。
45.根据权利要求43所述的设备，进一步包括用于调节所述第一电极、所述反电极、所述第二常压室的另一端的电极、以及所述接地或者带电网格电极上的电位，以控制电离电子能量的速度的装置。
46.根据权利要求43所述的设备，包括用于调节承载气体压力，以控制电离电子能量的速度的装置，因为承载嵌入气流内的电子，并通过改变气压使其加速。
47.根据权利要求43所述的设备，其中第二常压室内的电极是透镜电极。
48.根据权利要求43所述的设备，其中调节所述第一电极、所述反电极、所述第二常压室的另一端的电极、以及所述接地或者带电网格电极上的电位，以促进产生正分析物、碎片或者加合离子。
49.根据权利要求43所述的设备，其中调节所述第一电极、所述反电极、所述第二常压室的另一端的电极、以及所述接地或者带电网格电极上的电位，以促进产生负分析物、碎片或者加合离子。
50.根据权利要求43所述的设备，其中以负电位偏置第二常压室内的电极，以陷获正电子并排斥自由电子，从而使离子源处于负离子模式。
51.根据权利要求43所述的设备，其中以正电位偏置第二常压室内的电极，以陷获负电子并排斥正离子物质，并使受激状态物质通过，从而使离子源处于正离子模式。
52.根据权利要求43所述的设备，其中位于第二常压室的另一端的电极连接到电源，该电源可以转换该电极的极性而不改变第一电极和反电极的极性，因此可以迅速将该设备从正离子模式变更为负离子模式，反之亦然。
53.一种用于电离分析物的非放射性常压设备，包括：
第一常压室，具有承载气体的入口和排气口、其内的第一电极、以及反电极，用于在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生放电；
第二常压室，与第一常压室相邻，而且在一端具有进入第一常压室的流量限制端口而在另一端具有电极，而且具有用于可选择的冷却反应气体的入口和出口；
第三常压室，与第二常压室相邻，而且具有进入第二常压室的流量限制端口，而且具有分析气体或者蒸气的入口和出口；以及
承载气体和分析气体或者蒸气的相互作用的电离产物的出气口，所述第一电极和端口对准。
54.根据权利要求53所述的设备，进一步包括网格，排列其以接触受激状态物质。
55.根据权利要求53所述的设备，进一步包括用于调节所述第一电极、所述反电极、以及所述第二常压室的另一端的电极上的电位，以控制电离电子能量的速度的装置。
56.根据权利要求53所述的设备，包括用于调节承载气体压力，以控制电离电子能量的速度的装置，因为承载嵌入气流内的电子，并通过改变气压使其加速。
57.根据权利要求53所述的设备，其中第二常压室内的电极是透镜电极。
58.根据权利要求53所述的设备，其中调节所述第一电极、所述反电极、以及所述第二常压室的另一端的电极上的电位，以促进产生正分析物、碎片或者加合离子。
59.根据权利要求53所述的设备，其中调节所述第一电极、所述反电极、以及所述第二常压室的另一端的电极上的电位，以促进产生负分析物、碎片或者加合离子。
60.根据权利要求53所述的设备，其中以负电位偏置第二常压室内的电极，以陷获正电子并排斥自由电子，从而使离子源处于负离子模式。
61.根据权利要求53所述的设备，其中以正电位偏置第二常压室内的电极，以陷获负电子并排斥正离子物质，并使受激状态物质通过，从而使离子源处于正离子模式。
62.根据权利要求53所述的设备，其中位于第二常压室的另一端的电极连接到电源，该电源可以转换该电极的极性而不改变第一电极和反电极的极性，因此可以迅速将该设备从正离子模式变更为负离子模式，反之亦然。
63.一种用于电离分析物的非放射性常压设备，包括：
第一常压室，具有承载气体的入口、其内的第一电极、以及反电极，用于在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生放电；
至少一个中间常压室，与第一常压室相邻，而且所述中间常压室之一具有进入第一常压室的流量限制端口，而且具有用于可选择的冷却反应气体的入口；
最终常压室，与所述中间常压室之一相邻，具有进入中间常压室的端口，而且具有分析气体或者蒸气的入口；以及
承载气体和分析气体或者蒸气的相互作用的电离产物的出气口，所述第一电极和端口对准。
64.根据权利要求63所述的设备，进一步包括网格，排列其以接触受激状态物质。
65.根据权利要求63所述的设备，进一步包括用于调节所述第一电极、所述反电极、以及所述第二常压室的另一端的电极上的电位，以控制电离电子能量的速度的装置。
66.根据权利要求63所述的设备，包括用于调节承载气体压力，以控制电离电子能量的速度的装置，因为承载嵌入气流内的电子，并通过改变气压使其加速。
67.根据权利要求63所述的设备，其中调节所述第一电极、所述反电极、以及所述第二常压室的另一端的电极上的电位，以促进产生正分析物、碎片或者加合离子。
68.根据权利要求63所述的设备，其中位于第二常压室的另一端的电极连接到电源，该电源可以转换该电极的极性而不改变第一电极和反电极的极性，因此可以迅速将该设备从正离子模式变更为负离子模式，反之亦然。
69.一种产生用于光谱分析的分析物、分析物碎片和/或者分析物加合离子的方法，包括步骤：
将承载气体引入第一常压室，第一常压室具有第一电极，位于一端、以及反电极，位于另一端，而且对第一电极和反电极施加电位，以在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生放电；
将承载气体和亚稳物质引入第二常压室，其中亚稳物质与承载气体发生反应，以产生正离子和热化电子；以及
使第二常压室出来的承载气体接触保持在常压和地电位的反应物，以形成分析物离子、分析物碎片离子和/或者分析物加合离子。
70.根据权利要求69所述的方法，其中承载气体是氦气，而使第一电极保持比负400伏更负，而且使反电极保持在地电位。
71.根据权利要求69所述的方法，其中承载气体是氦气，而使第一电极保持比正400伏更正，而且使反电极保持在地电位。
72.根据权利要求69所述的方法，其中承载气体是氮气，而且第一电极比负1,200伏更负，而且使反电极保持在地电位。
73.根据权利要求69所述的设备，其中承载气体是氮气，而且第一电极比1,200伏更正，而且使反电极保持在地电位。
74.一种产生用于进行光谱分析的分析物、分析物碎片和/或者分析物加合离子的方法，包括步骤：
将承载气体引入第一常压室，第一常压室具有第一电极，位于一端、以及反电极，位于另一端，而且对第一电极和反电极施加电位，以在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生放电；
将承载气体和亚稳物质引入第二常压室，其中亚稳物质与承载气体发生反应，以产生正离子和热化电子；
将承载气体、正离子和/或者热化电子引入第三常压室；以及
将气态分析物或者汽化分析物引入第三常压室，以形成分析物离子、分析物碎片离子和/或者分析物加合离子。
75.根据权利要求74所述的方法，其中承载气体是氦气，使第一电极保持比负400伏更负，而且使反电极保持在地电位。
76.根据权利要求74所述的方法，其中承载气体是氦气，使第一电极保持比正400伏更正，而且使反电极保持在地电位。
77.根据权利要求74所述的方法，其中承载气体是氮气，第一电极比负1,200伏更负，而且使反电极保持在地电位。
78.根据权利要求74所述的设备，其中承载气体是氮气，而且第一电极比正1,200伏更正，而且使反电极保持在地电位。
79.一种产生用于进行光谱分析的分析物、分析物碎片和/或者分析物加合离子的方法，包括步骤：
将承载气体引入第一常压室，第一常压室具有第一电极，位于一端、以及反电极，位于另一端，而且对第一电极和反电极施加电位，以在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生放电；
使承载气体和亚稳物质射向被偏置的网格电极，以产生电子或者离子；以及然后
在常压下，使承载气体接触反应物，以形成分析物离子、分析物碎片离子和/或者分析物加合离子。
80.一种产生用于对在常温和地电位的表面上的分析物进行光谱分析的分析物、分析物碎片和/或者分析物加合离子的方法，包括步骤：
将承载气体引入第一常压室，第一常压室具有第一电极，位于一端、以及反电极，位于另一端，而且对第一电极和反电极施加电位，以在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生放电；
使承载气体和亚稳物质射向以负电位偏置的网格电极，从而导致在被亚稳物质冲击时，发出电子；以及然后
使承载气体和发出的电子射向在常压和地电位的表面，以形成分析物离子、分析物碎片离子和/或者分析物加合离子。
81.一种用于替换带电颗粒检测器内的放射源的方法，包括：
除去放射源，并利用用于电离分析物的非放射性常压设备代替它，该非放射性常压设备包括：
第一常压室，具有承载气体入口、其内的第一电极、以及反电极，用于在产生亚稳中性受激状态物质的承载气体内产生放电；以及
至少一个中间常压室，与第一常压室连通，而且具有进入第一常压室的流量限制端口，并具有分析气体或者蒸气的入口，以及与带电颗粒检测器连通的出气口。
82.一种产生用于对在常温和地电位的表面上的分析物进行光谱分析的分析物、分析物碎片和/或者分析物加合离子的方法，包括同时使用一个以上的如权利要求1所述的非放射性常压电离设备的步骤。
83.一种用于电离分析物的非放射性常压设备，包括：
常压室，具有承载气体入口、以及用于在承载气体中产生亚稳中性受激状态物质的装置；以及
用于使含有受激状态物质的气体接触在常压和地电位的分析物的装置。
84.一种用于电离分析物的非放射性常压设备，包括：
常压室，具有承载气体入口、以及用于在承载气体中产生亚稳中性受激状态物质的装置；以及
接地或者带电网格电极，用于在接触受激状态物质时，发出改变的颗粒；以及
用于使含有所述带电颗粒的气体接触在常压和地电位的分析物的装置。
85.一种用于产生进行光谱分析的分析物、分析物碎片和/或者分析物加合离子的方法，包括步骤：
将承载气体引入常压室，而且在所述承载气体中产生亚稳常压中性受激状态物质；以及
使来自该室的承载气体接触以常压和地电位保持的分析物，以形成分析物离子、分析物碎片离子和/或者分析物加合离子。
86.一种产生用于进行光谱分析的分析物、分析物碎片和/或者分析物加合离子的方法，包括步骤：
将承载气体引入常压室，以产生亚稳中性受激状态物质；
使承载气体和亚稳物质射向被偏置的网格电极，以产生电子或者离子；以及然后
使承载气体接触在常压下的反应物，以形成分析物离子、分析物碎片离子和/或者分析物加合离子。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US46017903P | 2003-04-04 | 2003-04-04 | |
| US60/460,179 | 2003-04-04 | ||
| US10/732,205 | 2003-12-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1768411A CN1768411A (zh) | 2006-05-03 |
| CN100514539C true CN100514539C (zh) | 2009-07-15 |
Family
ID=36743364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2004800092296A Expired - Lifetime CN100514539C (zh) | 2003-04-04 | 2004-03-12 | 常压离子源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100514539C (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO327594B1 (no) * | 2006-11-20 | 2009-08-31 | Visuray As | Framgangsmate for nedihulls, ikke-isotopisk framstilling av ionisert straling samt apparat for anvendelse ved utovelse av framgangsmaten |
| CN103623925B (zh) * | 2013-11-14 | 2015-12-30 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 大气颗粒物双极性荷电装置 |
| CN106687807B (zh) * | 2014-09-04 | 2018-09-04 | 莱克公司 | 用于定量分析的基于受调节的辉光放电的软电离 |
| CN105632876B (zh) * | 2016-03-08 | 2017-09-15 | 江苏德佐电子科技有限公司 | 一种用于负离子与气体碰撞的碰撞腔室 |
| DE102017128469B4 (de) * | 2017-11-30 | 2023-12-21 | Elementar Analysensysteme Gmbh | Funkenemissionsspektrometer und Verfahren zum Betrieb desselben |
-
2004
- 2004-03-12 CN CNB2004800092296A patent/CN100514539C/zh not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1768411A (zh) | 2006-05-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7112785B2 (en) | Method for atmospheric pressure analyte ionization | |
| USRE46366E1 (en) | Atmospheric pressure ion source | |
| RU2668913C2 (ru) | In situ химическое превращение и ионизация неорганических перхлоратов на поверхностях | |
| EP3491659B1 (en) | Low temperature plasma probe with auxiliary heated gas jet | |
| WO2013151600A1 (en) | System and process for selective detection of vapor-phase analytes | |
| CN110573865B (zh) | 无机和有机质谱系统及其使用方法 | |
| US11043370B2 (en) | Device and system for selective ionization and analyte detection and method of using the same | |
| US20080067336A1 (en) | Apparatuses, methods and compositions for ionization of samples and mass calibrants | |
| CN100514539C (zh) | 常压离子源 | |
| Brecht et al. | Development of an inverse low‐temperature plasma ionization source for liquid chromatography/mass spectrometry | |
| Hiraoka et al. | Development of a remote-from-plasma dielectric barrier discharge ion source and its application to explosives | |
| Bouza et al. | A flowing atmospheric pressure afterglow as an ion source coupled to a differential mobility analyzer for volatile organic compound detection | |
| Niessen | A review of direct liquid introduction interfacing for LC/MS Part II: Mass spectrometry and applications | |
| US20120112051A1 (en) | Atmospheric Pressure Charge-Exchange Analyte Ionization | |
| Yin et al. | Exploration and performance evaluation of microwave‐induced plasma with different discharge gases for ambient desorption/ionization mass spectrometry | |
| US10670561B2 (en) | Device and system for selective ionization and analyte detection and method of using the same | |
| Booth et al. | Development of lithium attachment mass spectrometry–knudsen effusion and chemical ionisation mass spectrometry (KEMS, CIMS) | |
| CN216160521U (zh) | 一种基于电弧等离子体的表面爆炸物质检测装置 | |
| CN113552208B (zh) | 一种有机爆炸物质的检测方法 | |
| Begley | Low-temperature Plasma Chemistry for Mass Spectrometry and Beyond | |
| Uteschil | Drift tube ion mobility spectrometry laser induced fluorescence detection | |
| KR20200124689A (ko) | Tatp에 대해 모니터링하기 위한 질량 분광계 방법 및 장치 | |
| Heywood | Optical and Mass Spectrometric Studies of a Helium Dielectric-Barrier Atmospheric-Pressure Plasma Jet Used as an Ambient Desorption Ionization Source |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20090715 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |