CN103681207A

CN103681207A - 用于离子迁移谱分析的复合电离装置

Info

Publication number: CN103681207A
Application number: CN201210339229.9A
Authority: CN
Inventors: 王新; 梁茜茜; 王卫国; 渠团帅; 李海洋
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明涉及一种用于离子迁移谱的复合电离源装置，具体的说是真空紫外灯和镍源电离源复合作用的电离方式，主要包括真空紫外灯、电离室和含镍源的离子迁移管；以离子迁移谱技术为基本检测技术，采用正、负离子模式，不同循环气路（开放式气路或密闭式气路），样品经不同模式进样器进样后，被载气携带首先进入真空紫外灯电离室、载气和样品组成成分被电离；然后被载气携带进入含镍源的离子迁移管，样品分子先、后被双重电离后，通过周期性开启的离子门，进入由均匀电场构成的漂移区，在漂移区得到分离与检测。本电离装置结合了真空紫外灯和镍源电离源结合的优势，大大扩宽了仪器可检测样品的范围。

Description

用于离子迁移谱分析的复合电离装置

技术领域

本发明涉及一种用于离子迁移谱分析的复合电离装置，具体的说是真空紫外灯和镍源电离源复合的电离方式，包括真空紫外灯、电离室和镍源的离子迁移管；本电离装置结合了真空紫外灯和镍源电离源结合的优势，大大扩宽了仪器可检测样品的范围。

背景技术

紫外灯是一类可以产生有效范围较大的紫外光的光源。紫外灯的寿命一般是指当期紫外线强度衰减到起初的70%以下时，认为该紫外灯到达其使用寿命。紫外线灯管有高硼玻璃和石英玻璃之分，由于高硼玻璃的UV254nm紫外线透过率只有50%左右，所以其紫外线灯紫外线辐照强度小，寿命短，一般只有1000小时，其价也就只有石英的三分之一；石英是紫外线透过率最高的材料，普通石英可以透过UV254的80%以上，所以其紫外线强度大，寿命长，杀菌效果好，石英玻璃紫外线灯寿命一般大于6000小时。

真空紫外光源发出的真空紫外光位于电离源腔体的内部，紫外光源又称激发源。它为电离室提供一定能量和强度的光子流电离室又称样品池。载气和被测组分经过电离室，在此受到紫外光灯的照射，发生光电离。通常认为PID的响应机理是电离电位等于或小于光能量的化合物在气相中发生光电离。紫外光灯发出一定波长的光子流，经窗口射入电离室，载气分子的电离电位高于光能量，它不被电离。

离子迁移谱（Ion Mobility Spectrometry，IMS）技术20世纪70年代出现的一种快速分离检测技术，与传统的质谱、色谱仪器相比，具有结构简单，灵敏度高，分析速度快，结果可靠的特点。能够在大气环境中对微量物质进行检测，适于现场使用。目前我们研究的IMS已经广泛应用在化学战剂、毒品、爆炸物探测、环境监测、有毒气体监测、火灾监测、水污染监测和食品监测等领域。离子迁移谱主要由离子化室、离子门、漂移区和检测器组成。样品气体在离子化室电离产生分子、离子。离子在电场的驱使下通过周期性开启的离子门进入漂移区。在与逆流的中性漂移气体分子不断碰撞的过程中，由于这些离子在电场中各自迁移速率不同，使得不同的离子得到分离，先后到达收集极被检测。因此通过迁移时间就可确定分析目标物质的存在，而应用峰面积或峰高可确定相应物质的浓度。

发明内容

本发明涉及一种真空紫外灯和镍源电离源复合作用的离子迁移谱电离装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：以离子迁移谱技术为基本检测技术，采用正、负离子模式，不同循环气路（开放式气路或密闭式气路），样品经不同模式进样器进样后，被载气携带首先进入真空紫外灯电离室，然后载气携带被电离组分进入镍源离子迁移管。被双重电离后的样品分子，通过周期性开启的离子门，进入由均匀电场构成的漂移区，在漂移区得到分离与检测。

一种用于离子迁移谱分析的复合电离装置，包括真空紫外灯、真空紫外灯电离室和含镍源的离子迁移管。真空紫外灯外设计固定支架稳固，同时真空紫外灯底部用”O”圈与底座电离腔体严格密封。

真空紫外灯外加高压5000V，用一组串联的电阻来调节灯电流。试验中，调节电阻范围从20MΩ-40MΩ，相应获得的灯电流范围为12μA-300μA。实验中可根据电阻的改变来控制灯电流的大小，从而改变了气路中形成臭氧的量。真空紫外灯外置供电开关，可以控制灯开、关。

真空紫外灯电离室位于真空紫外灯的辐射区域之内，其形状为圆柱形。真空紫外灯的光窗设置于电离室一侧，电离室的池体上设置有进气通道和出气通道，进出气设计为通孔结构，光路与通孔的轴线平行。在电离室的池体上设置有加热装置，可以将电离室加热。

电离室池体为聚四氟乙烯材料，其一侧直接与真空紫外灯光窗接触，通过密封圈密封；电离室池体长度为20-30mm，宽度为20-30mm，高度为10-15mm，材料为聚四氟乙烯；电离室半径为1-18mm，高度为6-8mm。电离室与电离室侧壁上设置的气体出口是通孔。

其中连接结构中，真空紫外灯可以连接在进样器与离子迁移管之间，或者是连接在进样器和离子迁移管的前端。

紫外灯电离室与离子迁移管的接口均用金属两通、盖帽、卡套密封连接。金属连接处气路外部用保温棉保温，接管连接距离尽可能短（通常小于3cm）。所述卡套为中空的圆锥台状；所述盖帽为下端开口、上端带有通孔的、带内螺纹的结构。

镍源迁移管进气位置，可以在迁移管的前端或是迁移管的中间位置。

所述的进样器可以是电磁阀进样器、步进电机进样器、膜进样装置以及高温热解析进样装置。

循环气必须是含有氧气的纯氧、空气或是空气与其他气体的混合气。

本发明中使用的离子迁移谱气路系统可以是内循环或外循环；电源模式可以是正离子或负离子模式。

本电离装置结合了真空紫外光源在和镍源电离源结合的优势，大大扩宽了仪器可检测样品的范围。

本发明的优点如下：

1.本发明提供的双重电离源的离子迁移谱装置，通过简单的调节真空紫外灯电流。可以实现真空紫外灯和镍源两种电离源无需切换，共同用于离子迁移谱分析待测样品。比起双迁移管的离子迁移谱（真空紫外灯和镍源电离源属于两个系统），独立单独分析检测。本发明将其结合到一起，具有更加强大的检测功能。本电离装置结合了真空紫外灯和镍源电离源结合的优势，大大扩宽了仪器可检测样品的范围。

2．结合在一起双电离源比起双迁移管，体积小巧、结构紧凑。无需进行模式切换，气路循环系统简单、可行。

附图说明

图1为真空紫外灯和镍源电离源结合作用的装置示意图；

图2为负离子模式下离子迁移谱（镍源电离源）检测H₂S的离子迁移谱图；

图3为负离子模式下离子迁移谱（真空紫外灯和镍源电离源）检测H₂S的离子迁移谱图；

图4为负离子模式下离子迁移谱（镍源电离源）检测SO₂的离子迁移谱图；

图5为为负离子模式下离子迁移谱（真空紫外灯和镍源电离源）检测SO₂的离子迁移谱图；

具体实施方式

一种真空紫外灯和镍源电离源复合作用的离子迁移谱电离装置。本发明以离子迁移谱技术为基本检测技术，采用正、负离子模式，不同循环气路（开放式气路、封闭式气路）。

如图1所示，真空紫外灯电离室为一上端开口或上端带有用透明材料密封的开口的中空腔体，中空腔体作为电离室的池体，真空紫外灯电离室位于真空紫外灯的辐射区域之内，其腔体形状为圆柱形；真空紫外灯的光窗设置于电离室开口端一侧，且光窗与电离室开口端相平行，电离室的池体相对应的二个侧壁上设置有二个同轴的通孔，分别作为进气通道和出气通道，真空紫外灯的出射光光路与通孔的轴线垂直；出气通道与离子迁移管的进样口相连。

待测样品经进样器被载气携带经进气通道7进入电离室4，真空紫外灯1发射的紫外光将载气（空气）电离成含臭氧分子的成分。再经进气通道8，进入离子迁移管。被双重电离后的样品分子，通过周期性开启的离子门，进入由均匀电场构成的漂移区，在漂移区得到分离与检测。

图2-5给出一些实验谱图对本发明给与说明。这些谱图的实验条件均为：实验时迁移管温度保持在100℃，进样器温度180℃，载气（空气）、漂气（空气）气流分别为400mL/min、600mL/min，二氯甲烷化学添加剂添加到载气气路中，气路内循环模式下，24h消耗二氯甲烷的量为5-30mg。

实施例1

硫化氢气体保存在气袋中，实验中用1mL进样针抽取1mL、10ppm待测H₂S气体进样。

图2为负离子模式下离子迁移谱（镍源电离源）检测H₂S的离子迁移谱图。由图可以看出，二氯甲烷背景信号3.96ms，H₂S没有明显的检出信号。

图3为负离子模式下离子迁移谱（真空紫外灯和镍源电离源）检测H₂S的离子迁移谱图。由图可以看出，H₂S与背景信号可以通过迁移时间相差0.4ms区分。二氯甲烷背景信号约位于3.8ms，H₂S信号约在4.2ms。

实施例2

二氧化硫气体为S在空气中燃烧实验自备，备用（浓度不考虑，只做两台仪器的对比试验）。

图4为负离子模式下离子迁移谱（镍源电离源）检测SO₂的离子迁移谱图；镍源电离源负离子仪器，二氯甲烷做化学添加剂。1ml SO₂气体进样，进样前二氯甲烷背景信号在3.96ms，进样后看到SO₂样品信号约在4.12ms有一个峰。

图5为负离子模式下离子迁移谱（真空紫外灯和镍源电离源）检测SO₂的离子迁移谱图；

进样前二氯甲烷背景信号在3.72ms，进样后看到SO₂样品信号在4.28ms、5.20ms、6.08ms的三个峰。

由实施例1和实施例2可以看出，真空紫外灯和镍源电离源的复合作用比起镍源电离源独立作用，可以大大扩宽仪器可检测样品的范围。

Claims

1.用于离子迁移谱分析的复合电离装置，其特征在于：包括真空紫外灯（1）、真空紫外灯电离室（4）和离子迁移谱，离子迁移谱包括采用镍源为电离源的离子迁移管；

真空紫外灯电离室为一上端开口或上端带有用透明材料密封的开口的中空腔体，中空腔体作为电离室的池体，真空紫外灯电离室位于真空紫外灯的辐射区域之内，其腔体形状为圆柱形；真空紫外灯的光窗设置于电离室开口端一侧，且光窗与电离室开口端相平行，电离室的池体相对应的二个侧壁上设置有二个同轴的通孔，分别作为进气通道和出气通道，真空紫外灯的出射光光路与通孔的轴线垂直；出气通道与离子迁移管的进样口相连。

2.根据权利要求1所述的复合电离装置，其特征在于：进气通道与一进样器的出口相连，或于出气通道与离子迁移管的进样口的连接管路上设有一进样器。

3.根据权利要求2所述的复合电离装置，其特征在于：所述的进样器可以是电磁阀进样器、步进电机进样器、膜进样装置或高温热解析进样装置。

4.根据权利要求1所述的复合电离装置，其特征在于：紫外灯电离室与离子迁移管的接口均设有接管，二个接管依次用金属盖帽、金属卡套、金属两通、金属卡套、金属盖帽密封连接；金属连接处气路外部用保温棉保温，二接管连接距离尽可能短；

所述卡套为中空的圆锥台状；所述盖帽为下端开口、上端带有通孔的、带内螺纹的结构。

5.根据权利要求1所述的复合电离装置，其特征在于：在电离室的池体上设置有加热装置，可以将电离室加热。

6.根据权利要求1所述的复合电离装置，其特征在于：采用镍源为电离源的离子迁移管的进气位置，可以设在迁移管的前端或是迁移管的中间位置。

7.根据权利要求1所述的复合电离装置，其特征在于：真空紫外灯电离室池体为聚四氟乙烯材料，其一侧开口端直接与真空紫外灯光窗接触，通过密封圈密封；电离室池体长度为20-30mm，宽度为20-30mm，高度为10-15mm，材料为聚四氟乙烯；电离室半径为1-18mm，高度为6-8mm。

8.根据权利要求1所述的复合电离装置，其特征在于：于进气通道和出气通道中通入的气体为循环气，必须是含有氧气的气体，如纯氧、空气或是空气与其他气体的混合气。

9.根据权利要求1所述的复合电离装置，其特征在于：样品经进样器进样后，被载气携带首先进入真空紫外灯电离室，然后被载气携带进入含镍源的离子迁移管，样品分子先、后被双重电离后，通过周期性开启的离子门，进入由均匀电场构成的漂移区，在漂移区得到分离与检测发挥电离作用。