CN103854953A

CN103854953A - 无光窗式真空紫外灯质谱电离源

Info

Publication number: CN103854953A
Application number: CN201210508604.8A
Authority: CN
Inventors: 李海洋; 蒋蕾; 花磊; 窦健; 刘巍; 蒋吉春
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-11

Abstract

一种无光窗式真空紫外灯质谱电离源，包括无窗真空紫外灯，两级差分稳压腔，紫外光入射通道，及产生均匀电场的电极片组，样品进样口及离子引出电极板。一级差分腔和二级差分腔内的气压分别用两挡板阀控制，并用真空规测量各自气压值。工作时，使一级差分腔的气压维持高于二级差分腔的状态，以防止二级差分腔内的样品气体进入一级差分腔造成放电气体不纯的问题，有利于保证真空紫外灯的稳定工作。真空紫外灯发出的紫外光通过入射通道，对二级差分腔内的样品气体进行电离。

Description

无光窗式真空紫外灯质谱电离源

技术领域

本发明涉及质谱电离源，通过双腔差分的设计实现电离区内气压稳定，从而提高信号强度。

背景技术

传统的VUV真空紫外灯电离源结构简单，使用方便，适合VOCs的快速检测，但由于其出射紫外光要透过光窗，样品电离时会出现光窗污染，每次清洁光窗后衰减较大，灵敏度下降5至10倍，不适合长期稳定工作。且实验室所用VUV灯是商品化氪气灯，所发出光子能量10.6eV，能量单一，电离源要求光子能量高于被电离样品的电离能，因此其无法电离高电离能物质。

无窗放电灯，相对直流VUV灯衰减缓慢，放电气体可更换，使用不同气体放电可得到不同能量出射光子，可电离物质更加广泛。

无窗真空紫外灯灯电离效率高，但长期监测却不够稳定，其电离效率受电离腔内气压制约，气压的微弱变化都会使信号强度变化很大；另外，待测样品气体会扩散至射频灯的放电区域，造成放电气体不纯而影响放电的稳定性。因此，保证射频灯放电气压的稳定及放电气体的纯净非常关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于质谱射频灯电离的稳压装置，灵敏度高，样品选择范围宽，放电气体可更换，寿命长等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

包括一无光窗式真空紫外灯，密闭的一级差分腔，密闭的二级差分腔；

无光窗式真空紫外灯安装固定于一级差分腔外壁上，其出光口伸入一级差分腔内部。

一级差分腔与二级差分腔的一侧壁面相贴接。

于一级差分腔与二级差分腔的相贴接的壁面上分别开设有对应的通孔。一圆筒形差分口置于一级差分腔与二级差分腔的通孔内，一级差分腔与二级差分腔通过圆筒形差分口相连通。无光窗式真空紫外灯发出的真空紫外光穿过圆筒形差分口的中心通孔进入到二级差分腔中。

于一级差分腔与二级差分腔上分别设有一气体出口。

在二级差分腔的内部、圆筒形差分口的下方、沿真空紫外光出射方向依次设置有离子推斥电极、离子传输电极和离子引出电极，于离子推斥电极、离子传输电极和离子引出电极之间分别设置有绝缘密封环阻隔；

离子推斥电极、离子传输电极、离子引出电极及绝缘密封环相互间隔、平行。

圆筒形差分口、离子推斥电极、离子传输电极、离子引出电极均沿无光窗式真空紫外灯的光轴同轴设置。

一进样毛细管穿过二级差分腔的外壁伸入进二级差分腔的内部，进样毛细管的气体出口设置于离子推斥电极和离子传输电极之间相互间隔的区域。

于远离离子传输电极的离子引出电极一侧的二级差分腔壁面上开设有通孔，于二级差分腔壁面外、靠近通孔处设置有一质量分析器。

于无光窗式真空紫外灯外壁上设置有气体入口，气体入口通过管路与一进气阀相连，放电气体通过进气阀的另一端进入无光窗式气体放电灯的内部，并由出光口流出。

离子推斥电极、离子传输电极和离子引出电极均为板式结构，中心部位设置有通孔，其中，离子传输电极为1块或2块以上相互间隔、同轴、平行设置的板式结构；真空紫外光的光束平行于电极轴线方向穿过各电极通孔的中心区域。

筒形差分孔设置于两级差分腔之间，上出口与一级差分腔相联通，下出口与二级差分腔相连通，差分孔的内径为1-15mm。

两差分腔外壁上设置有气体出口，两气体出口通过真空管路各连接一侧抽阀门，于侧抽阀门的另一端通过真空管路各连接有机械泵。

在二级差分腔引入进样管，其方向与通过差分孔入射的紫外光垂直，并位于离子推斥电极和离子传输电极之间，其端口距离差分孔轴线的距离为0-10mm。

于离子推斥电极、离子传输电极和离子引出电极上按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的电压，在样品电离区轴线方向形成大小为1~100V/cm的离子引出电场；电离产生的离子经离子引出电极中心小孔直接引入到质谱分析器中。

通过两差分腔体各自侧抽阀门的调节，控制一级差分腔和二级差分腔内的气压分别在10-200Pa和1-100Pa。

于两级差分腔外壁上开有通孔、通过真空管路各连接有真空规。

由于使用了两级腔体差分结构设计，本发明具有如下优点：

1．差分口的设计可使照射在样品分子上的光线稳定入射。

2．差分腔设计保证了两腔气压差稳定，第二级差分腔内气压低于第一级差分腔，使进入的样品分子不向上扩散，提高了电离效率。

3．将样品入口与放电气体分离开，使多余的放电气体和样品气体被及时抽走，避免了进样气与放电气体混合，使放电气体纯净，能够稳定放电。

本发明在射频灯高电离强度的基础上对其电离信号强度稳定性进行了优化，使电离更加充分，效率更高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明样品气体为100ppm苯、甲苯、二甲苯混合气体监测结果之一；

图3图2为本发明仍然以100ppm苯、甲苯、二甲苯混合气体为样品进行连续监测结果之二。

具体实施方式

如图1所示，一种射频放电紫外灯内腔气压差分装置，包括一无光窗式真空紫外灯1，一级稳压腔7，二级稳压腔8，射频灯紫外灯出射正下方为一级稳压腔，腔体厚度13mm，出射窗口到腔体距离为27.3mm；

一级差分腔与二级差分腔之间由一圆筒形差分孔11连接，外径14mm，内径6mm，与射频灯同轴装配；

二级差分腔8腔内高度43mm，内径50mm，与差分孔圆盘20螺孔相配合；

放电气体由孔2进入灯1内部，剩余放电气体通过泵4抽走；

两级差分腔体外接机械泵抽气，腔内气压分别由规15、16测得，分别由各自的挡板阀17、18调节控制气压；

离子传输部分由离子推斥极片14、离子传输极片10组成，每片电极片之间由绝缘垫隔开，在离子推斥电极14上施加1-100V引出电压，各极片之间以及最后一极片与地之间由1M电阻进行分压；

离子推斥电极片14厚度6mm，离子引入孔直径6mm，其他离子传输电极片10厚度4mm，离子传输孔径10mm；

差分孔11外径14mm，内径6mm，长度25mm，差分口挡板外径32mm，厚度2mm；

在二级差分腔8引入毛细管进样6，进样方向与通过差分孔11入射的紫外光垂直，且进样位置位于差分口底端11与推斥电极14之间，毛细管内径Φ50～530μm，长度为5～200cm，气体样品进样量为0.1~100ml/min；

离子引出电极9外径62mm，离子入射小孔直径1mm，工作时可施加电压将离子由小孔引出。离子引出电极9与质谱仪的质量分析器相连，即二级差分腔腔8内气体样品电离得到的离子通过离子引出电极9上的差分接口小孔直接引入到质谱分析器中；

具体为：

采用图1所示的射频放电灯1作为真空紫外光源，通过通气口2向灯内通入放电气体，可通入惰性气体活氮气氧气氢气等混合气体，通过阀3调节进气流量进而控制腔内气压，通过阀3及泵19将多余放电气体及时抽走，避免多余气体影响腔体气压。

两级差分腔内气压分别由各自外接泵抽气维持，分别调节阀18、17保证各自腔内气压，并分别由规16、规15实时监测各自腔内气压，其中差分腔1气压稳定在60pa，差分腔2内气压稳定在10pa，满足了射频放电灯电离区气压要求。

气体样品由毛细管穿过二级差分腔外壁进入电离区，射频放电灯出射的真空紫外光通过差分口12入射进入二级差分腔，垂直照射在进入的样品上将其电离，电离后的离子由离子推斥电极、离子及传输电极和离子引出电极的电场作用下进入到质谱中进行检测，多余为放电气体由泵4抽走，多余未电离的样品分子由机械泵21抽走。

实施例1

针对本发明所述的实验装置，对其稳定信号强度的效果进行了考察，用高纯氮气作为射频放电灯放电气体，安装本发明前电离腔内气压维持在40Pa左右连续监测，进样石英毛细管内径150μm，长度60mm，样品气体为100ppm苯、甲苯、二甲苯混合气体，结果如图2所示。安装本装置后，按照上述具体实施方式，仍然以100ppm苯、甲苯、二甲苯混合气体为样品进行连续监测，结果如图3所示，信号更加稳定，为仪器长时间工作提供保障。

Claims

1.一种无光窗式真空紫外灯质谱电离源，其特征在于：包括一无光窗式真空紫外灯（1），密闭的一级差分腔（7），密闭的二级差分腔（8）；

无光窗式真空紫外灯（1）安装固定于一级差分腔（7）外壁上，其出光口（12）伸入一级差分腔（7）内部；

一级差分腔（7）与二级差分腔（8）的一侧壁面相贴接。

于一级差分腔（7）与二级差分腔（8）的相贴接的壁面上分别开设有对应的通孔；一圆筒形差分口（11）置于一级差分腔（7）与二级差分腔（8）的通孔内，一级差分腔（7）与二级差分腔（8）通过圆筒形差分口（11）相连通；无光窗式真空紫外灯（1）发出的真空紫外光穿过圆筒形差分口（11）的中心通孔进入到二级差分腔中；

于一级差分腔（7）与二级差分腔（8）上分别设有一气体出口；

在二级差分腔（8）的内部、圆筒形差分口（11）的下方、沿真空紫外光（12）出射方向依次设置有离子推斥电极（14）、离子传输电极（10）和离子引出电极（9），于离子推斥电极（14）、离子传输电极（10）和离子引出电极（9）之间分别设置有绝缘密封环（13）阻隔；

离子推斥电极（14）、离子传输电极（10）、离子引出电极（9）及绝缘密封环（13）相互间隔、平行；

圆筒形差分口（11）、离子推斥电极（14）、离子传输电极（10）、离子引出电极（9）均沿无光窗式真空紫外灯（1）的光轴同轴设置；

一进样毛细管（6）穿过二级差分腔（8）的外壁伸入进二级差分腔（8）的内部，进样毛细管（6）的气体出口设置于离子推斥电极（14）和离子传输电极（10）之间相互间隔的区域；

于远离离子传输电极（10）的离子引出电极（9）一侧的二级差分腔（8）壁面上开设有通孔，于二级差分腔（8）壁面外、靠近通孔处设置有一质量分析器（22）。

2.根据权利要求1所述无光窗式真空紫外灯质谱电离源，其特征在于：无光窗式真空紫外灯（1）为气体放电的无光窗式真空紫外灯（1）；于无光窗式真空紫外灯（1）外壁上设置有气体入口（2），气体入口（2）通过管路与一进气阀（3）相连，放电气体通过进气阀（3）的另一端进入无光窗式气体放电灯（1）的内部，并由出光口（12）流出。

3.根据权利要求1所述无光窗式真空紫外灯质谱电离源，其特征在于：离子推斥电极（14）、离子传输电极（10）和离子引出电极（9）均为板式结构，中心部位设置有通孔，其中，离子传输电极（10）为1块或2块以上相互间隔、同轴、平行设置的板式结构；

离子推斥电极（14）、离子传输电极（10）和离子引出电极（9）的通孔均处于真空紫外光的光束的光路上；真空紫外光的光束平行于电极轴线方向穿过各电极通孔的中心区域。

4.根据权利要求1所述无光窗式真空紫外灯质谱电离源，其特征在于：圆筒形差分孔（11）的上出口与一级差分腔（7）相连通，下出口与二级差分腔（8）相连通，圆筒形差分孔（11）的内径为1-15mm。

5.根据权利要求1所述无光窗式真空紫外灯质谱电离源，其特征在于：于一级差分腔（7）外壁上设置有气体出口，气体出口通过真空管路与一侧抽阀门A（18）相连，于侧抽阀门A（18）的另一端通过真空管路连接有机械泵A（4）；

于二级差分腔（8）外壁上设置有气体出口，气体出口通过真空管路与一侧抽阀门B（17）相连，于侧抽阀门B（17）的另一端通过真空管路连接有机械泵B（21）。

6.根据权利要求5所述无光窗式真空紫外灯质谱电离源，其特征在于：通过侧抽阀门A（18）和侧抽阀门B（17）的调节，控制一级差分腔（7）和二级差分腔（8）内的气压分别在10-200Pa和1-100Pa。

7.根据权利要求1或5所述无光窗式真空紫外灯质谱电离源，其特征在于：

于一级差分腔（7）外壁上开有通孔、通过真空管路连接有真空规A（16）；

于二级差分腔（8）外壁上开有通孔、通过真空管路连接有真空规B（15）。

8.根据权利要求1所述无光窗式真空紫外灯质谱电离源，其特征在于：

于离子推斥电极（14）、离子传输电极（10）和离子引出电极（9）上按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的电压；于离子推斥电极（14）、离子传输电极（10）和离子引出电极（9）轴线方向的通孔内形成大小为1~100V/cm的离子引出电场；电离产生的离子经离子引出电极（9）中心小孔直接引入到质量分析器（22）中。

9.根据权利要求1所述无光窗式真空紫外灯质谱电离源，其特征在于：

在二级差分腔（8）引入进样毛细管（6），其方向与通过差分孔（11）入射的紫外光垂直，并位于离子推斥电极（14）和离子传输电极（10）之间，进样毛细管（6）的气体出口端距离圆筒形差分孔（11）轴线的距离为0-10mm。