CN103295872A - 复合离子源装置及质谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合离子源装置及质谱仪。复合离子源装置包括：壳体和安装在壳体内的电子轰击离子源，其还包括至少一个用于产生紫外光的紫外光源，离子化室上具有至少一个透光孔，每个透光孔与相应的紫外光源照射位置相对应，并且透光孔位于推斥电极和引入电极之间，在每个紫外光源的照射光路上并邻近透光孔位置安装一个聚焦透镜。本发明质谱仪安装有本发明的复合离子源装置。本发明中借由电子轰击离子源装置中的离子化室、样品进样管和离子透镜加上紫外光源形成了光子轰击离子源装置。可以根据待测试样品的类型选择使用电子轰击离子源装置或者光子轰击离子源装置，或者二者同时使用。

Description

复合离子源装置及质谱仪

技术领域

本发明涉及一种使样品分子转化成离子的离子源装置以及质谱仪。

背景技术

离子源装置主要应用于质谱仪，其主要作用是使样品分子转化成离子。目前较普遍使用的离子源装置是电子轰击离子源装置，其结构包括壳体、设置在壳体内的离子化室和用于产生电子的灯丝，离子化室内安装有离子透镜，离子透镜包括依次安装在离子透镜的中心线上的推斥电极、引入电极、聚集电极和引出电极，在离子化室上安装有样品进样管和样品出口。待分析样品分子由样品进样管引入离子化室，灯丝产生的电子轰击样品分子，使样品分子转化成带电离子。我们知道，在国内、外通用的电子轰击离子源装置中，轰击电子的能量一般为70eV左右，撞击样品分子后形成的样品离子的动能很大，这样的样品离子在飞行过程中与其他中性粒子或者离子相互碰撞易裂解成大量碎片离子，从而导致最终形成的谱图非常复杂，难以分辨出样品的分子离子峰(在质谱分析中样品分子进入电离室，被轰击掉一个电子后，形成的正离子称为分子离子，产生的峰称为分子离子峰，也称母峰。一般来说最大质量数的峰就是分子离子峰，它的质量就是分子量)。从另一角度讲，电子轰击离子源装置能够产生碎片离子峰，在研究分子的结构上具有一定的优势。

基于上述电子轰击离子源装置的缺陷，出现了一种光子轰击离子源装置，其与电子轰击离子源装置的不同之处在于：使用紫外光光子来轰击样品分子。我们知道，紫外光的光子能量为10eV左右，相比于电子能量70eV要低很多，因此，样品分子在紫外光光子轰击而电离后形成的样品离子的动能比较小，这样的样品离子在飞行过程中即使与其他中性粒子或者离子相互碰撞，也不容易形成碎片离子，所以，使用光子轰击离子源装置最终形成的谱图简单，重叠峰少，能够实现分子量的快速定性和定量分析。但是，也正是由于紫外光的光子能量比较小，所以紫外光的光子对于电离能大于光子能量的样品分子无能为力，因此光子轰击离子源装置只局限于某些特定样品分子的分析。

传统技术中，也有人曾试图将光电离方式应用到离子阱质谱仪，但是，由于离子阱的离子化过程和质量分析过程发生在同一个腔体内，很容易造成质谱峰的污染，因此，现实中很难操作和使用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的离子源装置的缺陷，提供一种兼具电子轰击功能和光子轰击功能的复合离子源装置及质谱仪。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明复合离子源装置，包括：壳体以及安装在所述壳体内的离子化室、离子透镜和安装在所述离子化室外的用于产生电子的至少一个灯丝，其中所述离子化室上安装有样品进样管和与所述样品进样管对正的样品出口，所述离子化室上设有分别与所述灯丝相对应的电子入口，所述离子透镜包括依次安装在该离子透镜的中心线上并互相平行的推斥电极、引入电极、聚集电极和引出电极；其中，所述推斥电极安装在所述离子化室内，所述引入电极、聚集电极和引出电极安装在所述离子化室外，所述复合离子源装置还包括至少一个用于产生紫外光的紫外光源，所述离子化室上具有至少一个位于所述推斥电极和引入电极之间的透光孔，每个所述透光孔与相应的所述紫外光源照射位置相对应，在每个所述紫外光源的照射光路上并邻近所述透光孔位置安装一个聚焦透镜。

进一步地，所述灯丝的数量为两个，分布在所述离子化室的两相对侧，所述两个灯丝中心的连线与所述离子透镜的中心线垂直。

所述紫外光源的数量为两个，分布在所述离子化室的两相对侧，所述两个紫外光源中心的连线与所述离子透镜的中心线垂直。

所述紫外光源的数量为两个，分布在所述离子化室的两相对侧，所述两个紫外光源中心的连线与所述样品进样管垂直，并且所述两个紫外光源中心的连线与所述两个灯丝中心的连线互相垂直。

所述聚焦透镜安装在所述透光孔内。

所述离子化室的内表面呈圆滑过渡的曲面形状。

所述离子化室的内表面呈球形。

所述聚焦透镜的焦点位于所述离子透镜的中心线上。

所述离子化室的内壁设有反光涂层，所述推斥电极外表面设有反光涂层。

本发明质谱仪，包括四极杆质量分析器和复合离子源装置，其中，所述复合离子源装置是本发明所述的复合离子源装置。

由上述技术方案可知，本发明的复合离子源装置及质谱仪的优点和积极效果在于：本发明复合离子源装置中，由离子化室、离子透镜、样品进样管用于产生电子的至少一个灯丝形成了一个电子轰击离子源装置，在此基础上，又增加了至少一个紫外光源，紫外光源产生的紫外光入射到电子轰击离子源的离子化室内部照射样品分子，从而使样品分子转化为离子，并且光子在轰击样品分子过程中被不断的反射，重复利用，实现了光子的富集，提高了分析灵敏度。因此，本发明中借由电子轰击离子源装置中的离子化室、样品进样管和离子透镜加上紫外光源形成了光子轰击离子源装置。特别是本发明的复合离子源装置中还设有聚焦透镜，聚焦透镜对紫外光源发出的紫外光进行聚焦，能有效提高进入离子化室的光量，从而提高样品分子的电离效率。因此，本发明中，可以根据待测试样品的类型选择使用电子轰击离子源装置或者光子轰击离子源装置，或者二者同时使用。

通过以下参照附图对优选实施例的说明，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更加明显。

附图说明

图1是本发明复合离子源装置第一实施例的立体结构示意图，为了清楚显示内部结构，只画出了半个离子化室，其中聚焦透镜安装在离子化室上；

图2是本发明复合离子源装置第一实施例的立体结构示意图，为了清楚显示内部结构，只画出了半个离子化室，其中聚焦透镜安装在离子化室外面；

图3是本发明复合离子源装置第二实施例的立体结构示意图，为了清楚显示内部结构，只画出了半个离子化室，其中聚焦透镜安装在离子化室上；

图4是本发明复合离子源装置第二实施例的立体结构示意图，为了清楚显示内部结构，只画出了半个离子化室，其中聚焦透镜安装在离子化室外面。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。

如图1和图2所示，本发明复合离子源装置的第一实施包括壳体1和安装在壳体1内的电子轰击离子源装置，以及光子轰击离子源装置。

壳体1连接有抽真空装置，所以壳体1内具有一定的真空度，通常真空度为1.3×10-4～1.3×10-5Pa。

电子轰击离子源装置包括安装在壳体1内的离子化室2、离子透镜和用于产生电子的一对灯丝3。一对灯丝3分布在离子化室2外的两相对侧，且与样品进样管4垂直。当然，灯丝3也可以只用一个或者多个。离子化室2上相应于每一个灯丝3具有一个电子入口(图中未示出)，以供灯丝3产生的电子穿过而进入离子化室2内。

离子透镜包括依次安装在该离子透镜的中心线上并互相平行的推斥电极21、引入电极22、聚集电极23和引出电极24，各个电极均呈板状，每个电极在离子透镜中心线位置具有中央通孔。其中推斥电极21安装在离子化室2内，引入电极22、聚集电极23和引出电极24安装在离子化室2外面，各个电极可以通过绝缘柱(图中未示出)安装在离子化室2上或者壳体1上。离子化室2上安装有样品进样管4，并具有样品出口25，样品进样管4及样品出口25均设置在离子透镜的中心线上。

使用时，气相的样品分子由样品进样管4引入离子化室2内；灯丝3产生的电子由电子入口进入到离子化室2内，并轰击样品分子，使其转化为样品离子。

为了形成光子轰击离子源装置，本发明还包括一个紫外光源5，紫外光源5可以采用现有的光源。在离子化室2上具有一个透光孔26，透光孔26与紫外光源5照射位置相对应，并且透光孔26位于推斥电极21和引入电极22之间，在透光孔26内安装有聚焦透镜6(见图1)，聚焦透镜6也可以安装在离子化室2外面并邻近透光孔26位置(见图2)。这样，紫外光源5发出的紫外光经聚焦透镜6汇聚后入射到离子化室2内。入射到离子化室2内的紫外光会在离子化室2的内表面以及推斥电极21上进行反射，当遇到电离能小于光子能量的样品分子时，便有一定的概率会使样品分子转化成离子。为了提高样品分子的离子化效率，可以将聚焦透镜6的焦点设计在离子透镜的中心线上；还可以将离子化室2的内表面设计成圆滑过渡的曲面形状，特别是将离子化室2的内表面设计成球形，以增加紫外光的反射均匀性和反射次数；进一步地，还可以在离子化室2的内壁以及各个电极表面涂覆反光涂层，如光学增反膜等。由紫外光源5、聚焦透镜6、离子化室2以及安装在离子化室2内的离子透镜、样品进样管4就形成了光子轰击离子源装置。当然，光子轰击离子源装置中紫外光源5的数量不限于一个，也可以是多个，例如可以在离子化室2两相对侧对称地设置两个紫外光源5，相应地，在离子化室2上开设两个透光孔。

使用时，气相的样品分子由样品进样管4引入离子化室2内；紫外光源5发出的紫外光经聚焦透镜6聚焦后入射到离子化室2内，对样品分子进行照射，使其转化为样品离子。

本发明第一实施例中，当电子轰击离子源装置中设置两个灯丝3，光子轰击离子源装置中设置两个紫外光源5时，优选的布置方式是：两个紫外光源5的中心的连线与两个灯丝3的中心的连线互相垂直，并且均与离子透镜的中心线垂直。这样，在同时使用电子轰击模式和光子轰击模式时有利于减小电子与光子在运动路径上的相互影响，并且在结构上也比较对称、美观。

如图3和图4所示，本发明复合离子源装置的第二实施包括壳体1和安装在壳体1内的电子轰击离子源装置，以及光子轰击离子源装置。该第二实施与第一实施例的不同之处仅于离子化室2的形状不同，即第二实施中离子化室2呈长方体状，与第一实施例球形的离子化室2相比，紫外光在离子化室2内的反射路径有所不同。该第二实施例中的其余与第一实施相同的部分，这里不再赘述。

本发明的复合离子源装置中，光子轰击离子源装置与电子轰击离子源装置共用离子化室2内的离子透镜、样品进样管4，在同一个离子化室2中可以实现两种离子化方式，从而使得本发明的复合离子源装置的体积小，并且结构简单。最主要的是，使用本发明的复合离子源装置，可以根据样品分子的类型选择使用电子轰击模式或者光子轰击，或者二者同时使用，例如，大气平流层中的一氧化氮和二氧化氮浓度的在线测量，可以使用光子轰击模式。电子轰击模式则比较适合于挥发性的分子量小于600的样品，比如化工污染物六氯苯。电子轰击与光子轰击同时使用时，则特别适合于测量建筑材料中助燃剂成分PCB等。需要特别说明的是，使用本发明的复合离子源，样品分子的离子化过程发生在离子化室2内，不会对后续的发生在质量分析器的质量分析过程造成影响。因此，本发明的复合离子源装置大大增强了对不同类型样品的适用性，同时有效提高了测试精确度，并且测试简便易行。

本发明质谱仪，包括四极杆质量分析器和复合离子源装置，其中的复合离子源装置是本发明所述的复合离子源装置。本发明的质谱仪中，样品分子的离子化发生在复合离子源装置内，而质量分析过程发生在质量分析器中，也就是说，本发明中样品分子的离子化过程与质量分析过程互不影响，这大幅度提高了本发明的实用性。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种复合离子源装置，包括：壳体(1)以及安装在所述壳体(1)内的离子化室(2)、离子透镜和安装在所述离子化室(2)外的用于产生电子的至少一个灯丝(3)，其中所述离子化室(2)上安装有样品进样管(4)和与所述样品进样管(4)对正的样品出口(25)，所述离子化室(2)分别与所述灯丝(3)相对应的电子入口，所述离子透镜包括依次安装在该离子透镜的中心线上并互相平行的推斥电极(21)、引入电极(22)、聚集电极(23)和引出电极(24)；其特征在于，所述推斥电极(21)安装在所述离子化室(2)内，所述引入电极(22)、聚集电极(23)和引出电极(24)安装在所述离子化室(2)外，所述复合离子源装置还包括至少一个用于产生紫外光的紫外光源(5)，所述离子化室(2)上具有至少一个位于所述推斥电极(21)和引入电极(22)之间的透光孔(26)，每个所述透光孔(26)与相应的所述紫外光源(5)照射位置相对应，在每个所述紫外光源(5)的照射光路上并邻近所述透光孔(26)位置安装一个聚焦透镜(6)。

2.如权利要求1所述的复合离子源装置，其特征在于，所述灯丝(3)的数量为两个，分布在所述离子化室(2)的两相对侧，所述两个灯丝(3)中心的连线与所述离子透镜的中心线垂直。

3.如权利要求1所述的复合离子源装置，其特征在于，所述紫外光源(5)的数量为两个，分布在所述离子化室(2)的两相对侧，所述两个紫外光源(5)中心的连线与所述离子透镜的中心线垂直。

4.如权利要求2所述的复合离子源装置，其特征在于，所述紫外光源(5)的数量为两个，分布在所述离子化室(2)的两相对侧，所述两个紫外光源(5)中心的连线与所述样品进样管(4)垂直，并且所述两个紫外光源(5)的中心的连线与所述两个灯丝(3)的中心的连线互相垂直。

5.如权利要求1所述的复合离子源装置，其特征在于，所述聚焦透镜(6)安装在所述透光孔(26)内。

6.如权利要求1所述的复合离子源装置，其特征在于，所述离子化室(2)的内表面呈圆滑过渡的曲面形状。

7.如权利要求6所述的复合离子源装置，其特征在于，所述离子化室(2)的内表面呈球形。

8.如权利要求1所述的复合离子源装置，其特征在于，所述聚焦透镜(6)的焦点位于所述离子透镜的中心线上。

9.如权利要求1所述的复合离子源装置，其特征在于，所述离子化室(2)的内壁设有反光涂层，所述推斥电极(21)外表面设有反光涂层。

10.一种质谱仪，包括四极杆质量分析器和复合离子源装置，其特征在于，所述复合离子源装置是如权利要求1-9之任一项所述的复合离子源装置。

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