CN102324376B

CN102324376B - 一种补偿照射式真空紫外灯离子源装置

Info

Publication number: CN102324376B
Application number: CN201110298786.6A
Authority: CN
Inventors: 李梅; 谭国斌; 黄正旭; 董俊国; 傅忠; 周振
Original assignee: GUANGZHOU HEXIN ANALYTICAL INSTRUMENT CO Ltd; KUNSHAN HEXIN ZHIPU TECHNOLOGY CO LTD; University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: KUNSHAN HEXIN ZHIPU TECHNOLOGY CO LTD; Guangzhou Hexin Instrument Co Ltd; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: CN102324376A

Abstract

本发明公开了一种补偿照射式真空紫外灯离子源装置，该装置位于真空系统中，包括电离室、离子传输区及离子透镜，所述电离室上设有一与大气压相接的进样孔，所述进样孔、电离室、离子传输区和离子透镜的中心轴同轴，与所述电离室中心轴垂直的平面上设有多盏对应补偿、交叉照射的真空紫外灯，各真空紫外灯的光束方向均指向光束形成平面与电离室中心轴的交点，电离室中心轴与光束平面垂直。本装置不仅缩短了气体分子引入电离室的时间，有效降低了仪器的响应时间，而且可实现多束紫外光补偿电离，提高了引入气体分子的利用率和电离效率，大幅度提高仪器的灵敏度。

Description

一种补偿照射式真空紫外灯离子源装置

技术领域

本发明涉及一种分析检测仪器的电离技术，属于单光子软电离离子源，可与飞行时间、离子阱、四级杆质量分析器联用，主要应用于气相、固相、液相环境介质中挥发性有机物（Volatile organic compounds, VOCs）的检测，尤其是涉及一种真空紫外灯离子源装置。

背景技术

目前，常用于VOCs检测的离子源主要有真空紫外灯离子源，电子轰击电离源，质子转移离子源等。

电子轰击电离源依靠产生70eV能量的电子轰击样品物质，具有结构简单、化合物碎片信息丰富等优点，得到的质谱图可与标准质谱图进行对照分析。其使用能耗大，放电灯丝使用寿命短，获得质谱谱图复杂，分子离子峰较弱，从而使得对于分析多种、复杂样品的分析检测造成一定难度。

质子转移离子源利用水的质子亲和势比大多数VOCs分子的低的原理，将水蒸气电离形成水和氢离子H₃O⁺作为母体离子与VOCs碰撞，产生 (VOCs)H⁺准分子离子，但是在生成H₃O⁺过程容易产生团簇，在漂移管内容易形成H₃O⁺ ( H₂O)_n-1 (VOC)（n≥1），对检测结果分析带来干扰，并且其加工精度要求较高、结构复杂。

真空紫外灯离子源具有使用寿命长、灵敏度高、体积小、功耗低、使用方便、分析快速、谱图清晰等优点，适合广泛应用于环境监测、复杂挥发性有机样品分析及实时在线检测等领域。相对于电子轰击源，真空紫外电离源一种单光子阈值软电离源，可将电离能低于其发射光子单光子能量的VOC电离成分子离子，基本无碎片离子。

传统的真空紫外灯电离源结构，一般使用一盏真空紫外灯对气体分子进行电离，一般商品真空紫外灯单光子能量分别为8.4eV、9.6eV、10.6eV、11.8eV等几种规格，单位时间发射光子数目较少（10¹⁰ photons/s），而由电子共振激发多光子电离，产生光子的密度可达2.6×10¹⁸ photons/s，但是这种技术复杂且成本高。传统真空紫外灯电离源，使用石英毛细管引入气体分子，耗用时间较长，限制整体仪器的响应时间；使用单盏真空紫外灯电离，对引入的气体分子的利用率较低，较多的分子损失，造成信号响应较低，限制整体仪器的灵敏度。

实用新型内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种引入气体分子方便，气体分子电离效率高、利用率高的补偿照射式真空紫外灯离子源装置。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种补偿照射式真空紫外灯离子源装置，该装置位于真空系统中，包括电离室、离子传输区及离子透镜，所述电离室上设有一与大气压相接的进样孔，所述进样孔、电离室、离子传输区和离子透镜的中心轴同轴，与所述电离室中心轴垂直的平面上设有多盏对应补偿、交叉照射的真空紫外灯，各真空紫外灯的光束方向均指向光束形成平面与电离室中心轴的交点，电离室中心轴与光束平面垂直。

进一步作为优选的实施方式，所述多盏真空紫外灯发射的单光子能量是相同的或者是不同的。

进一步，所述离子传输区包括共轴依次叠放的第一中心孔极片、第二中心孔极片及第三中心孔极片，所述第一、第二、第三中心孔极片的中心孔孔径沿离子传输方向逐级减小，各中心孔极片上施加的电压沿离子传输方向依次减小，其中第一中心孔极片与电离室形成将电离室的离子引入离子传输区的“凸”形电场。

所述离子透镜为常规一维透镜，包括离子透镜上极和离子透镜下极，所述离子透镜上极和离子透镜下极上施加相同极性电压，将离子调制、聚焦。

进一步作为优选的实施方式，所述真空紫外灯发射的单光子能量为8.4eV、9.6eV、10.6eV或者11.8eV。

进一步作为优选的实施方式，位于电离室中心轴垂直平面上的真空紫外灯为两盏，对应补偿、交叉照射的光束形成“V”型，光束角度范围可为0~180°。

进一步作为优选的实施方式，位于电离室中心轴垂直平面上的真空紫外灯为三盏，对应补偿、交叉照射的光束形成“Y”型，光束角度范围可为0~180°。

进一步作为优选的实施方式，位于电离室中心轴垂直平面上的真空紫外灯为四盏，对应补偿、交叉照射的光束形成“十”型，光束角度范围可为0~180°。

本发明的有益效果是：本发明离子源装置，进样孔将气体分子直接引入电离室电离，有效缩短了利用毛细管引导气体分子进样时分子传输的时间，大幅度降低了仪器的响应时间；多束紫外光补偿照射，较单束紫外光单位空间、时间内产生更多的光子，提高引入气体分子的利用率和电离效率，反映在质谱图上，提高了峰的强度，仪器灵敏度得到有效提高；可根据实际检测气体的响应情况，选用发射光子单光子能量是相同的、或是不同组合真空紫外灯，实现紫外光补偿电离模式将气体分子电离。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明离子源装置实施例1的左视图；

图2是本发明离子源装置实施例1的剖视图；

图3是本发明离子源装置实施例2的左视图；

图4是本发明离子源装置实施例3的左视图。

附图标记：1 进样孔；2a、2b、2c、2d 真空紫外灯；3 电离室；4 离子传输区；5、6、7 第一、第二、第三中心孔极片；8 离子透镜；9 离子透镜上极；10 离子透镜下极。

具体实施方式

实施例一：

图1和图2示出了本发明离子源装置实施例一的具体结构。由图2可见，本补偿照射式真空紫外灯电离源装置包括进样孔1，电离室3、两盏对应补偿、交叉照射的真空紫外灯2a、2b（参照图1），离子传输区4，离子透镜8。

所述进样孔1中心轴、电离室3中心轴、离子传输区4中心轴及离子透镜8中心轴同轴。

所述进样孔1，为大气压与真空系统的接口，将气体分子直接引入电离室3电离。

所述电离室3中心轴垂直方向固定两盏真空紫外灯2a、2b，对应补偿照射，交叉照射光束成形“V”型，光束角度α范围可为0~180°，光束方向均指向两光束形成平面与电离室中心轴的交点，电离室中心轴与光束平面垂直。

所述两盏真空紫外灯2a、2b，采用发射紫外光单光子能量相同或不同的真空紫外灯，分别可为8.4eV或9.6eV或10.6eV或11.8eV的真空紫外灯，同时开启实现紫外光补偿电离模式。

所述离子传输区4由三级电压差中心孔极片5、6、7组成，第一、二、三级极片5、6、7中心孔同轴，中心孔孔径沿离子传输方向逐级减小，由电离室3与第一片极片5所加电压形成“凸”形电场，能够有效地将离子引出，第一、二、三级极片5、6、7，所加电压逐级降低，有效地进行离子传输。

所述离子透镜8为常规一维透镜，包括透镜上、下两级9、10，两者施加相同极性电压，形成互斥电场能够有效调制离子，将离子有效聚焦。

所述调制聚焦之后的离子，可直接接入质量检测器，如飞行时间、离子阱、四级杆等质量分析器。

电离室与第三级极片形成电场约2000V/m，整个装置置于真空环境优于1×10^-3Pa。

实施例二：

图3示出了本发明离子源装置实施例二的左视图。

由图3可知，所述电离室3中心轴垂直方向固定三盏真空紫外灯2a、2b、2c，三盏灯交叉照射光束成“Y”形，两两相邻光束角度α范围可为0~180°，光束方向均指向三光束形成平面与电离室中心轴的交点，电离室中心轴与光束平面垂直。

所述三盏真空紫外灯2a、2b、2c，采用发射紫外光单光子能量相同或不同的真空紫外灯，可分别为8.4eV或9.6eV或10.6eV或11.8eV的真空紫外灯，任意组合开启使用，实现紫外光补偿电离模式。

实施例二的其余部分与实施例一相同，所述调制聚焦之后的离子，可直接接入质量检测器，如飞行时间、离子阱、四级杆等质量分析器。

实施例三：

图4示出了本发明离子源装置实施例二的左视图。

由图4可知，所述电离室3中心轴垂直方向固定的四盏真空紫外灯2a、2b、2c、2d，四盏灯交叉照射光束成“十”形，两两相邻光束角度α范围可为0~180°，光束方向均指向三光束形成平面与电离室中心轴的交点，电离室中心轴与光束平面垂直。

所述四盏真空紫外灯2a、2b、2c、2d，采用发射紫外光单光子能量相同或不同的真空紫外灯，分别可为8.4eV或9.6eV或10.6eV或11.8eV的真空紫外灯，可任意组合开启使用，实现紫外光补偿电离模式。

实施例三的其余部分与实施例一相同，所述调制聚焦之后的离子，可直接接入质量检测器，如飞行时间、离子阱、四级杆等质量分析器。

本发明离子源装置通过采用补偿式交叉照射的紫外光提高了气体分子的电离效率和利用率，可根据不同的样品选择真空紫外灯的数目，既提高离子源装置的响应精度，又可以使离子源装置结构紧凑，便于安装。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种补偿照射式真空紫外灯离子源装置，该装置位于真空系统中，包括电离室（3）、离子传输区（4）及离子透镜（8），所述电离室（3）上设有一与大气压相接的进样孔（1），所述进样孔（1）、电离室（3）、离子传输区（4）和离子透镜（8）的中心轴同轴，其特征在于：与所述电离室（3）中心轴垂直的平面上设有多盏对应补偿、交叉照射的真空紫外灯（2a、2b、2c、2d），各真空紫外灯（2a、2b、2c、2d）的光束方向均指向光束形成平面与电离室中心轴的交点，电离室中心轴与光束平面垂直，所述离子传输区（4）包括共轴依次叠放的第一中心孔极片（5）、第二中心孔极片（6）及第三中心孔极片（7），所述第一、第二、第三中心孔极片的中心孔孔径沿离子传输方向逐级减小，各中心孔极片上施加的电压沿离子传输方向依次减小，其中第一中心孔极片（5）与电离室（3）形成将电离室（3）的离子引入离子传输区（4）的“凸”形电场。

2.根据权利要求1所述的一种补偿照射式真空紫外灯离子源装置，其特征在于：所述多盏真空紫外灯（2a、2b、2c、2d）发射的单光子能量是相同的或者是不同的。

3.根据权利要求1或者2所述的一种补偿照射式真空紫外灯离子源装置，其特征在于：所述离子透镜（8）为常规一维透镜，包括离子透镜上极（9）和离子透镜下极（10），所述离子透镜上极（9）和离子透镜下极（10）上施加相同极性电压，将离子调制、聚焦。

4.根据权利要求2所述的一种补偿照射式真空紫外灯离子源装置，其特征在于：所述真空紫外灯（2a、2b、2c、2d）发射的单光子能量为8.4eV、9.6eV、10.6eV或者11.8eV。

5.根据权利要求1或者2所述的一种补偿照射式真空紫外灯离子源装置，其特征在于：位于电离室中心轴垂直平面上的真空紫外灯为两盏，对应补偿、交叉照射的光束形成“V”型，光束角度范围为0-180°。

6.根据权利要求1或者2所述的一种补偿照射式真空紫外灯离子源装置，其特征在于：位于电离室中心轴垂直平面上的真空紫外灯为三盏，对应补偿、交叉照射的光束形成“Y”型，光束角度范围为0-180°。

7.根据权利要求1或者2所述的一种补偿照射式真空紫外灯离子源装置，其特征在于：位于电离室中心轴垂直平面上的真空紫外灯为四盏，对应补偿、交叉照射的光束形成“十”型，光束角度范围为0-180°。