CN104078297A - 大气压下现场离子源装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大气压下现场离子源装置及其工作方法，所述离子源装置包括：第一腔体，所述第一腔体具有进口，且内部中空；放电器件，放电器件设置在所述第一腔体内；第二腔体，所述第二腔体内部中空，并与所述第一腔体连通；第一腔体和第二腔体的内径之比R₁/R₂大于等于1.5，且小于等于20；所述第二腔体的出口作为离子出口；所述内径为覆盖腔体的垂直于轴向的截面的最小圆的直径；所述第一腔体内的深度d、气体的压强P的乘积d×P大于等于1m·Pa，且小于等于20m·Pa。本发明具有放电稳定、重复性好、空间分辨率高、灵敏度高、可分析低浓度样品等优点。

Description

大气压下现场离子源装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及质谱分析，特别涉及大气压下现场离子源装置及其工作方法。

背景技术

目前，现有大气压现场离子源中，在离子发生区域，存在放电不稳定、气体流速范围狭窄、高能粒子产生率低、容易打火等不足，且分析样品时存在灵敏度低、重复性差、空间分辨率不高、不易质谱成像等不足。

因此，怎样提供一款放电稳定、灵敏度高的大气压下现场离子源是本领域急需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种聚焦性能好、灵敏度高、放电稳定、重复性好、空间分辨率高、可分析低浓度样品的大气压下现场离子源装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种大气压下现场离子源装置，所述离子源装置包括：

第一腔体，所述第一腔体具有进口，且内部中空；

放电器件，放电器件设置在所述第一腔体内；

第二腔体，所述第二腔体内部中空，并与所述第一腔体连通；第一腔体和第二腔体的内径之比R₁/R₂大于等于1.5，且小于等于20；所述第二腔体的出口作为离子出口；所述内径为覆盖腔体的垂直于轴向的截面的最小圆的直径；

所述第一腔体内的深度d、气体的压强P的乘积d×P大于等于1m·Pa，且小于等于20m·Pa。

根据上述的离子源装置，可选地，所述离子源装置进一步包括：

第三腔体，所述第三腔体的进口端连通所述第一腔体，出口端连通所述第二腔体，从进口端到出口端的内径逐渐变小。

根据上述的离子源装置，优选地，所述第二腔体的长度为5-20mm。

根据上述的离子源装置，优选地，所述第二腔体的离子出口的内径为0.5-3mm。

根据上述的离子源装置，优选地，所述放电器件是高压电极。

根据上述的离子源装置，可选地，所述离子源装置进一步包括：

调节模块，所述调节模块用于调整所述离子出口的直径。

根据上述的离子源装置，优选地，所述第三腔体内部是空腔锥台。

本发明还提供了一种工作方法，实现了聚焦性能好、灵敏度高、放电稳定、重复性好、空间分辨率高、可分析低浓度样品的发明目的。该发明目的通过以下技术方案得以实现：

上述任一离子源装置的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

所述放电器件放电，气体被离子化；

调节所述第一腔体、第二腔体内的气体压强和/或离子出口的孔径；

所述离子依次通过所述第一腔体、第二腔体，最后从所述离子出口射出。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1、采用较大型的第一腔体，扩大了放电空间，气体在空间中分布均匀，放电更加稳定，系统重复性更好；

2、降低腔体内部工作压强，即降低工作压力，有助于提升放电距离，防止工作过程中击穿打火；

3、引导式的小孔(离子出口)输出离子，小孔径的出射，不仅提高激发态离子的浓度，使得被测样品的离子更容易聚焦进入到质谱分析系统，从而提升灵敏度和分辨率，还可以通过调节出射的孔径去调节；

4、可调的气压输入，由于体积较大的第一腔体的缓冲作用，放电不会被破坏，对于低浓度的样品，可以通过调节气压，提高离子化效率。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1为本发明实施例1的离子源装置的结构示意图；

图2为图1的正视图。

具体实施方式

图1、2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1、2示意性地给出了本发明实施例的大气压下现场离子源装置的结构简图，如图1、2所示，所述离子源装置包括：

第一腔体11，所述第一腔体具有进口，且内部中空，如为筒形；

放电器件，放电器件设置在所述第一腔体内；所述放电器件可采用高压电极、高能紫外灯或其它放电器件，这都是本领域的现有技术；

第二腔体21，所述第二腔体内部中空，并与所述第一腔体连通；第一腔体和第二腔体的内径之比R₁/R₂大于等于1.5，且小于等于20；所述第二腔体的出口作为离子出口22；所述内径为覆盖腔体的垂直于轴向的截面的最小圆的直径；

所述第一腔体内的深度d、气体的压强P的乘积d×P大于等于1m·Pa，且小于等于20m·Pa。

为了使得较大的第一腔体和较小的第二腔体间较好地衔接、过渡，可选地，所述离子源装置进一步包括：

第三腔体31，所述第三腔体的进口端连通所述第一腔体，出口端连通所述第二腔体，从进口端到出口端的内径逐渐变小。第三腔体的内部及其与第一腔体、第二腔体间的连接面均平滑，使得离子顺利地从第一腔体进入第二腔体内，如第三腔体的内部是空腔锥台；

为了调节出射离子的聚焦性能，所述离子出口的孔径可调，具体调节方式是本领域的现有技术。

上大气压下现场离子源装置的工作方法，所述工作包括以下步骤：

所述放电器件放电，气体被离子化；

调节所述第一腔体、第二腔体内的气体压强和/或离子出口的孔径；

所述离子依次通过所述第一腔体、第二腔体，最后从所述离子出口射出。

实施例2：

根据实施例1的大气压下现场离子源装置及其工作方法在质谱分析系统中的应用例。

在该应用例中，第一腔体和第二腔体均采用圆筒状结构，第三腔体是空腔锥台结构，用于连接第一腔体和第二腔体。高压电极设置在所述第一腔体内，第一腔体的直径为10mm，长度为20mm；第二腔体的直径为0.5mm，长度为20mm。所述第一腔体、第二腔体、第三腔体内部连通，内部的气体压强可调，但压强P与第一腔体的长度的乘积大于等于1m·Pa，且小于等于20m·Pa。

上述离子源装置的工作过程包括以下步骤：

在高压电极的作用下，第一腔体内的气体被离子化；

调节第一腔体内气体的压强P，但压强P与第一腔体的长度的乘积大于等于1m·Pa，且小于等于20m·Pa，使得满足放电稳定、离子化效率高、灵敏度高的要求；

离子依次经过第一腔体、第三腔体、第二腔体，最后从第二腔体的离子出口射出，用于后续的质谱成像。

根据本发明实施例2达到的益处在于：放电稳定、离子化效率高(分析低浓度样品)、灵敏度高。

实施例3：

根据实施例1的大气压下现场离子源装置及其工作方法在质谱分析系统中的应用例。

在该应用例中，第一腔体和第二腔体均采用圆筒状结构，第三腔体是空腔锥台结构，用于连接第一腔体和第二腔体。高压电极设置在所述第一腔体内，第一腔体的直径为4.5mm，长度为10mm；第二腔体的直径为3mm，长度为5mm。所述第一腔体、第二腔体、第三腔体内部连通，内部的气体压强可调，但压强P与第一腔体的长度的乘积大于等于1m·Pa，且小于等于20m·Pa。

上述离子源装置的工作过程包括以下步骤：

在高压电极的作用下，第一腔体内的气体被离子化；

调节第一腔体内气体的压强P，但压强P与第一腔体的长度的乘积大于等于1m·Pa，且小于等于20m·Pa，使得满足放电稳定、离子化效率高、灵敏度高的要求；

离子依次经过第一腔体、第三腔体、第二腔体，最后从第二腔体的离子出口射出，用于后续的质谱成像。

根据本发明实施例3达到的益处在于：放电稳定、离子化效率高(分析低浓度样品)、灵敏度高。

实施例4：

根据实施例1的大气压下现场离子源装置及其工作方法在质谱分析系统中的应用例。

在该应用例中，第一腔体和第二腔体均采用方形筒状结构，第三腔体是空腔锥台结构，用于连接第一腔体和第二腔体。高能紫外灯设置在所述第一腔体内，第一腔体的直径为30mm，长度为45mm；第二腔体的直径为2mm，长度为10mm。所述第一腔体、第二腔体、第三腔体内部连通，内部的气体压强可调，但压强P与第一腔体的长度的乘积大于等于1m·Pa，且小于等于20m·Pa。第二腔体的出口孔径可调。

上述离子源装置的工作过程包括以下步骤：

在高能紫外灯的作用下，第一腔体内的气体被离子化；

调节第一腔体内气体的压强P及第二腔体的出口孔径，但压强P与第一腔体的长度的乘积大于等于1m·Pa，且小于等于20m·Pa，使得满足放电稳定、离子化效率高、灵敏度高的要求；

离子依次经过第一腔体、第三腔体、第二腔体，最后从第二腔体的离子出口射出，用于后续的质谱成像。

根据本发明实施例4达到的益处在于：放电稳定、离子化效率高(分析低浓度样品)、灵敏度高。

Claims (8)

1.一种大气压下现场离子源装置，其特征在于：所述离子源装置包括：

第一腔体，所述第一腔体具有进口，且内部中空；

放电器件，放电器件设置在所述第一腔体内；

第二腔体，所述第二腔体内部中空，并与所述第一腔体连通；第一腔体和第二腔体的内径之比R₁/R₂大于等于1.5，且小于等于20；所述第二腔体的出口作为离子出口；所述内径为覆盖腔体的垂直于轴向的截面的最小圆的直径；

所述第一腔体内的深度d、气体的压强P的乘积d×P大于等于1m·Pa，且小于等于20m·Pa。

2.根据权利要求1所述的离子源装置，其特征在于：所述离子源装置进一步包括：

第三腔体，所述第三腔体的进口端连通所述第一腔体，出口端连通所述第二腔体，从进口端到出口端的内径逐渐变小。

3.根据权利要求1所述的离子源装置，其特征在于：所述第二腔体的长度为5-20mm。

4.根据权利要求1所述的离子源装置，其特征在于：所述第二腔体的离子出口的内径为0.5-3mm。

5.根据权利要求1所述的离子源装置，其特征在于：所述放电器件是高压电极。

6.根据权利要求1所述的离子源装置，其特征在于：所述离子源装置进一步包括：

调节模块，所述调节模块用于调整所述离子出口的直径。

7.根据权利要求2所述的离子源装置，其特征在于：所述第三腔体内部是空腔锥台。

8.根据权利要求1-7任一所述的离子源装置的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

所述放电器件放电，气体被离子化；

调节所述第一腔体、第二腔体内的气体压强和/或离子出口的孔径；

所述离子依次通过所述第一腔体、第二腔体，最后从所述离子出口射出。