CN104198632A - 一种用于离子分子真空在线反应与检测的质谱装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于离子分子真空在线反应与检测的质谱装置。该质谱装置包括质谱仪和与之配合的多通管；多通管的一个出口与质谱仪的进样口相连通，其余出口分别与一进样管相连通。本发明具有以下优点：(1)在质谱仪进样口和进样管之间连接多通管，实现了多组分进样，各反应原料也可在三通管中提前混合，样品进入真空腔体反应排除了常压下环境的干扰，解决了空气敏感反应，从而有利于反应中间过程的检测，也可以检测一些短暂存在的不稳定中间体。(2)本发明不仅可用于在线反应的检测，也可用于常规分析，可实现对(亚)真空环境下离子分子反应、离子离子反应及分子分子间反应的在线监测，对于真空气相反应和超快速的反应机理的研究具有重要意义。

Description

一种用于离子分子真空在线反应与检测的质谱装置
技术领域
本发明涉及一种用于离子分子真空在线反应与检测的质谱装置，属于质谱仪相关领域。
背景技术
反应机理的研究在化学合成上具有重要意义。不仅因为以反应机理为指导可寻求提高反应产率和选择性的方法，还可利用反应机理寻找反应规律，预示可能出现的各种副反应，甚至设计新反应，因此反应机理的探索与研究一直是有机化学的热点之一。目前，研究反应机理的方法很多，如光谱、核磁、计算模拟等。但大多数方法都是间接监测，并不能直接给出反应中间体的分子组成，也没有一种方法能检测到所有的反应中间体。对于某些不稳定或低含量的中间体，传统的方法很难检测到，而且反应体系的复杂性还会使数据的分析和解释具有相当大的难度。
质谱作为一种高灵敏、高通量、较高时间分辨率的研究手段，是目前研究反应机理的重要方法之一。质谱能同时检测反应混合液中的多种组分，并检测到一些不稳定或者低浓度的中间体，而且通过准确分子量和多级质谱信息可容易地得到分子组成，甚至分子结构，简化了分析难度。目前，质谱监测化学反应大多是采用离线方法，即对反应液进行质谱分析，可采用的质谱方法有很多(如MALDI、ESI、nano-ESI等)，但也存在明显缺陷，如无法检测到某些不带电的自由基或者激发态、无法检测到一些存在时间极短的中间体。ESI(或nano-ESI)须采用易挥发溶剂(如DMSO等不能作为电喷雾溶剂)，可能对一些难挥发性溶剂参与的反应机理研究有一定难度，且对难电离化合物的检测受限，加上本身处于常压环境，离线检测并不能很好地检测到一些短暂存在的中间体。MALDI作为反应检测手段时，基质和激光等对反应的干扰不可忽略。一些在线检测化学反应的方法，如nano-ESI双喷法和DESI等，多是在常压条件下进行，某些中间体受溶剂、空气等各种因素的干扰而不能稳定存在，特别是在加电情况下产生的自由基等可能对反应造成一定影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于离子分子真空在线反应与检测的质谱装置，质谱进样口外接一个多通管，多通管可以有效地把各进样管与质谱仪连接起来，在质谱腔体的真空环境下发生反应，并通过后续所连接的质量分析器和检测器进行检测，实现了真空离子分子反应的在线检测。
本发明提供的用于离子分子真空在线反应与检测的质谱装置，包括质谱仪和与之配合的多通管；
所述多通管的一个出口与所述质谱仪的进样口相连通，其余出口分别与一进样管相连通。
上述的质谱装置，与所述质谱仪的进样口相对设置的进样管标记为进样管Ⅰ，所述进样管Ⅰ延伸至所述质谱仪内的真空锥口前端，且与所述真空锥口之间设有间隙，所述进样管Ⅰ作为离子传输管；
其余所述进样管与所述进样管Ⅰ相连通。
上述的质谱装置，与所述质谱仪的进样口相对设置的进样管标记为进样管Ⅰ，所述进样管Ⅰ包括独立的进样段和传输段，所述进样段与其余所述进样管相连通，所述传输段延伸至所述质谱仪内的真空锥口前端，且与所述真空锥口之间设有间隙；通过所述进样管输入的各组分是在所述多通管的亚真空腔体中混合并发生反应的。
上述的质谱装置，与所述质谱仪的进样口相对设置的进样管标记为进样管Ⅰ，所述进样管Ⅰ延伸至所述质谱仪内的真空锥口处，且与所述真空锥口之间设有间隙；
其余所述进样管延伸至所述多通管的腔体内且与所述进样管Ⅰ之间设有间隙。
本发明质谱装置中，所述“相对设置”指的是所述质谱仪的进样口与所述进样管位于一条直线上。
上述的质谱装置，所述多通管与所述质谱仪的进样口之间通过螺纹连接；所述螺纹为美制螺纹。
上述的质谱装置，所述多通管与所述质谱仪的进样口之间设有密封垫圈，可实现接口之间有效密封。
上述的质谱装置，所述进样管与所述多通管之间通过卡套螺母进行连接；
所述进样管与所述多通管连接处可设置阀门或多级分支，可控制单组份反应，也可用于多步或多组分反应。
上述的质谱装置，所述多通管可为三通管。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明中在质谱仪进样口和进样管之间连接多通管，从而实现了多组分进样，各反应原料也可在三通管中提前混合，样品进入真空腔体反应排除了常压下环境的干扰，解决了空气敏感反应，从而有利于反应中间过程的检测，也可以检测一些短暂存在的不稳定中间体。
(2)本发明不仅可用于在线反应的检测，也可用于常规分析，可实现对(亚)真空环境下离子分子反应、离子离子反应及分子分子间反应的在线监测，对于真空气相反应和超快速的反应机理的研究具有重要意义。
附图说明
图1为本发明用于离子分子真空在线反应与检测的质谱装置的结构示意图。
图2为本发明质谱装置中三通管的剖面图。
图3为本发明质谱装置进样以及反应的示意图。
图4为利用本发明中质谱装置检测的丙酮苄胺真空分子离子反应与液相反应的质谱图，其中图4 (a)为质谱仪的真空腔体中丙酮苄胺分子离子在线反应的质谱图，图4 (b)为丙酮与苄胺在甲醇溶液中反应的质谱图。
图中标记如下：
1 三通管，2 进样管Ⅰ，3 进样管Ⅱ，4进样口,5 真空锥口，6 卡套，7 螺母，8 三通管件。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，为本发明用于离子分子真空在线反应与检测的质谱装置的结构示意图，它包括质谱仪和与之配合的三通管1。质谱仪的进样口4与三通管1(接口设1/4-28UNF外螺纹)通过螺纹相连；进样管Ⅰ2和进样管Ⅱ3通过卡套螺母(图中未示)与三通管1相连；离子传输管是由进样管Ⅰ2插入三通管1中的部分替代，样品分子离子通过进样管Ⅰ2进入进样口4；进样管Ⅱ3通过卡套螺母固定在三通管1的下端口，将原料分子离子导入三通管1，原料分子离子通过三通管1与进样口4连接处和进样管Ⅰ2间的缝隙进入质谱仪的真空腔体；在质谱仪的真空锥口5的前端，从进样管Ⅰ2进入的样品分子离子与从进样管Ⅱ3中的原料分子离子在真空腔体相遇，并在质谱仪的真空腔体中发生反应；后续所连接的质量分析器和检测器即实现对反应混合物的在线检测。
三通管1的具体设置如下：三通管1的材料为普通不锈钢，其与进样口4相匹配的口有外螺纹，中心有通孔，通孔中心线与进样口4中心线重合。进样管Ⅰ2和进样管Ⅱ3均通过配套的卡套螺母与三通管1连接，连接处的密封垫圈(图中未示)，可以实现接口之间的有效密封。
如图2所示，为本发明质谱装置中三通管的剖面图，三通管1包括三通管件8、卡套6和螺母7，三通管件8设有外螺纹，其中与质谱仪的进样口4相连的出口的螺纹与进样口4的螺纹相匹配，其它两出口的螺纹与螺母7相匹配。卡套6与螺母7用来固定进样管Ⅰ2和进样管Ⅱ3，分别与进样管Ⅰ2和进样管Ⅱ3相对应的卡套6和螺母7中心通孔尺寸匹配。
如图3所示，为本发明质谱装置进样以及反应的示意图。原料A、B可为不同离子源产生的离子或其他进样装置输入的分子，原料A从进样管Ⅰ2进入进样口4，B从进样管Ⅱ3进入三通管1中，并通过三通管1与进样管Ⅰ2之间的缝隙进入进样口4中；A、B在真空锥口5的前端质谱仪的真空腔体内相遇，并发生反应，生成产物C；后续检测反应混合物A、B、C及其他副反应产物和反应中间体。例如：丙酮和苄胺的反应，丙酮由进样管Ⅱ3通过真空吸入进样，苄胺由进样管Ⅰ2通过纳喷雾引入苄胺正离子，两者在真空腔体中相遇并发生反应，得到如图4(a)所示的质谱仪的真空腔体中丙酮苄胺分子离子在线反应的质谱图，图4(b)为丙酮与苄胺在甲醇溶液中反应的质谱图，如图4(b)所示溶液中反应得到的是脱水产物峰(M+H/M+Na:148,170)，真空在线反应主要得到未脱水产物的加氢峰，196是苄胺中的杂质，证明该反应装置能检测到短暂存在的未脱水产物。
上述各实施例仅用于说明本新型反应装置，各部件的结构、尺寸、连接方式、设置位置及形状都是可以有所变化的。凡根据本装置对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种用于离子分子真空在线反应与检测的质谱装置，其特征在于：所述质谱装置包括质谱仪和与之配合的多通管；
所述多通管的一个出口与所述质谱仪的进样口相连通，其余出口分别与一进样管相连通。
2.根据权利要求1所述的质谱装置，其特征在于：与所述质谱仪的进样口相对设置的进样管标记为进样管Ⅰ，所述进样管Ⅰ延伸至所述质谱仪内的真空锥口前端，且与所述真空锥口之间设有间隙，所述进样管Ⅰ作为离子传输管；
其余所述进样管与所述进样管Ⅰ相连通。
3.根据权利要求1所述的质谱装置，其特征在于：与所述质谱仪的进样口相对设置的进样管标记为进样管Ⅰ，所述进样管Ⅰ包括独立的进样段和传输段，所述进样段与其余所述进样管相连通，所述传输段延伸至所述质谱仪内的真空锥口前端，且与所述真空锥口之间设有间隙。
4.根据权利要求1所述的质谱装置，其特征在于：与所述质谱仪的进样口相对设置的进样管标记为进样管Ⅰ，所述进样管Ⅰ延伸至所述质谱仪内的真空锥口处，且与所述真空锥口之间设有间隙；
其余所述进样管延伸至所述多通管的腔体内且与所述进样管Ⅰ之间设有间隙。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的质谱装置，其特征在于：所述多通管与所述质谱仪的进样口之间通过螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的质谱装置，其特征在于：所述多通管与所述质谱仪的进样口之间设有密封垫圈。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的质谱装置，其特征在于：所述进样管与所述多通管之间通过卡套螺母进行连接。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的质谱装置，其特征在于：所述多通管为三通管。
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