CN104658849A - 基于真空紫外光的纳米阵列修饰增强光电子发射的电离源 - Google Patents

基于真空紫外光的纳米阵列修饰增强光电子发射的电离源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及质谱分析仪器，具体的说是基于真空紫外光的纳米阵列修饰增强光电子发射的电离源，包括真空紫外光源和电离室腔体；在电离室内平行，间隔设置有若干传输电极和真空差分孔电极，其中孔电极表面沉积有纳米金阵列，金阵列的高度约为几十到数百纳米；沿电极的轴线方向都开有通孔，真空紫外光源发射的紫外光沿此轴线方向入射到孔电极上；传输电极和孔电极上分别施加有直流电压。本发明所涉及的电离源在利用纳米金阵列的表面等离子体共振效应，可提高真空紫外灯产生的光电子的效率，在不改变紫外灯光强的条件下增强灵敏度；另外，金表面本身的耐氧化能力可以减弱氧化性气体对金属电极表面的污染，提高电离源稳定性。

Description

基于真空紫外光的纳米阵列修饰增强光电子发射的电离源
技术领域
本发明涉及质谱分析仪器，具体的说是一种基于真空紫外光的纳米阵列修饰增强光电子发射的电离源。本发明在真空紫外光源的基础上，利用纳米金阵列的等离子体共振效应，增强光电效应所发散的光电子，在不改变紫外灯光强的条件下增强电离源灵敏度；另外，另外，利用金表面本身的耐氧化能力可以减弱氧化性气体对金属电极表面的污染，提高电离源稳定性。
背景技术
真空紫外光能够使电离能（IE）低于其光子能量的有机物分子发生单光子电离，主要产生分子离子，几乎没有碎片离子，适合于快速的定性定量分析。侯可勇[中国发明专利:200610011793.2]和郑培超[中国发明专利:200810022557.X]将真空紫外光电离源与质谱结合，得到的有机物质谱图中只包含有机物的分子离子峰，谱图简单，可根据分子量和信号强度进行快速的定性、定量分析。然而，相对于传统的电子轰击电离源（EI），只能电离电离能低于光子能量的分子，可分析物范围有限。真空紫外光源中特别是真空紫外灯中使用的光窗材料限制了透过光的光子能量。目前已知的仅有LiF光窗材料透过光子能量最高可达11.8eV。所以，只有电离能低于11.8eV的有机物分子利用11.8eV光子能够得到有效电离，而电离能高于11.8eV的化合物光子则无能为力。为解决该问题，吴庆浩[中国发明专利：200910265447]和花磊[PCT：201010567193]都采用真空紫外光源在试剂区产生的光电子得到不同的电离源。不同的是，前者采用静电场和磁场共同作用下，加速光电子直接轰击电离样品分子试剂气体；后者利用光电子轰击电离试剂气体，产生试剂离子。然后传输试剂离子进入反应区与样品分子发生化学电离。两个发明都在单光子电离方式的基础上，通过在线切换电离的方式，拓宽了可分析物的范围。
然而，商品化的真空紫外灯光源有限的光密度，不仅限制了单光子电离的灵敏度，而且也限制了光电子的数量，限制了基于真空紫外灯电离源的灵敏度。而且，在较高的气压条件下，特别有氧化性气体存在氛围下，发射光电子的表面会逐渐污染和老化，发射光电子的数量会衰减。这不仅进一步降低电离源灵敏度，而且造成电离源性能稳定性问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于真空紫外光的纳米阵列修饰增强光电子发射的电离源。为解决基于真空紫外电离源中光电子发射效率和电离源稳定性问题。本电离源在利用纳米金阵列的表面等离子体共振效应，可提高真空紫外灯产生的光电子的效率，在不改变紫外光强的条件下增强灵敏度；另外，金表面本身的耐氧化能力可以减弱氧化性气体对金属电极表面的污染，提高电离源稳定性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
基于真空紫外光的纳米阵列修饰增强光电子发射的电离源，包括真空紫外光源、电离室腔体、一个或一个以上的传输电极和差分孔电极，于电离室腔体壁上有样品气毛细管接口；
传输电极为柱状结构，其置于电离室腔体内部，传输电极的轴向开有通孔；当为一个以上的传输电极时，一个以上的传输电极之间相互平行、间隔设置，通孔同轴；
于传输电极的通孔上方处的电离室腔体壁上设有紫外光入口，紫外光入口与传输电极的通孔同轴；于电离室腔体内、传输电极的下方处设有平板状差分孔电极，差分孔电极的孔与传输电极的通孔同轴，紫外光源发出的紫外光从紫外光入口经传输电极的通孔后照射在差分孔电极一侧表面，通过光电效应产生光电子；
于传输电极、差分孔电极上分别施加有直流传输电压；当为一个以上的传输电极时，一个以上的传输电极的各电极上分别依次施加有直流传输电压；传输电极及差分孔电极上依次施加的电压沿光入射方向依次降低；
样品气毛细管分别通过电离室腔体侧壁上的样品气毛细管接口进入电离室内部；样品气毛细管的气体出口位于传输电极与差分孔电极之间或传输电极与传输电极之间；样品气毛细管的气体出口端垂直于紫外光源发出的紫外光束。
紫外光照射的差分孔电极的一侧表面为采用纳米金阵列修饰的表面，是于平板状差分孔电极的一侧表面上通过纳米金生长出来的针尖状细丝阵列，细丝高度在10纳米到100纳米之间。
一个以上的传输电极的各电极上依次施加有直流传输电压，直流传输电压采用同一直流电源，各电极上依次施加的直流电压通过电阻进行分压。
传输电极与差分孔电极之间通过环状绝缘材料隔开，电极之间同轴且间隔设置。
当为一个以上的传输电极时，相邻两片传输电极之间通过环状绝缘材料隔开，传输电极之间同轴且间隔设置。
差分孔电极中部开有小孔，与传输电极的通孔同轴；
于差分孔电极下方设有质量分析器，电离室产生的离子通过差分孔电极的小孔进入质量分析器；所述的质量分析器为飞行时间质量分析器、四级杆质量分析器或离子阱质量分析器。
紫外光源可为气体放电灯光源、激光光源或同步辐射光源。
样品通过样品气毛细管进样；
于电离室腔体侧壁上设有真空规接口和真空泵抽气口，真空规接口与真空规相连，真空泵抽气口经调节阀门与真空泵相连；电离室真空度通过对真空泵和调节阀门控制，维持在0.1Pa到500Pa之间；电离室真空值通过真空规来获得。
本发明提供的电离源，在不改变紫外光源光强的条件下，基于表面修饰后的纳米金结构上发生的等离子体共振原理，提高光电子发射效率以增强电离源的灵敏度；另外利用金表面的耐氧化和耐腐蚀能力，改善电离源的稳定性。
附图说明
图1为本发明的基于真空紫外光的纳米阵列修饰增强光电子发射的电离源结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，为本发明的结构示意图。本发明的电离源，基于真空紫外光的纳米阵列修饰增强光电子发射的电离源，包括真空紫外光源1、电离室腔体2、一个或一个以上的传输电极4和差分孔电极5，于电离室腔体2壁上有样品气毛细管3接口；样品气毛细管3分别通过电离室腔体2侧壁上的样品气毛细管3接口进入电离室内部；样品气毛细管3的气体出口位于传输电极与差分孔电极之间或传输电极与传输电极之间；样品气毛细管3的气体出口端垂直于紫外光源1发出的紫外光束。
紫外光照射的差分孔电极5的一侧表面为采用纳米金阵列修饰的表面9，是于平板状差分孔电极5的一侧表面上通过纳米金生长出来的针尖状细丝阵列，细丝高度在10纳米到100纳米之间。
传输电极4为柱状结构，其置于电离室腔体2内部，传输电极4的轴向开有通孔；当为一个以上的传输电极4时，一个以上的传输电极4之间相互平行、间隔设置，通孔同轴；于传输电极4的通孔上方处的电离室腔体2壁上设有紫外光入口，紫外光入口与传输电极4的通孔同轴；于电离室腔体2内、传输电极4的下方处设有平板状差分孔电极5，差分孔电极5的孔与传输电极4的通孔同轴，紫外光源1发出的紫外光从紫外光入口经传输电极4的通孔后照射在差分孔电极5一侧表面，通过光电效应产生光电子；
于传输电极4、差分孔电极5上分别施加有直流传输电压；当为一个以上的传输电极4时，一个以上的传输电极4的各电极上分别依次施加有直流传输电压；传输电极4及差分孔电极5上依次施加的电压沿光入射方向依次降低；一个以上的传输电极4的各电极上依次施加有直流传输电压，直流传输电压采用同一直流电源，各电极上依次施加的直流电压通过电阻进行分压。传输电极4与差分孔电极5之间通过环状绝缘材料隔开，电极之间同轴且间隔设置。当为一个以上的传输电极4时，相邻两片传输电极之间通过环状绝缘材料隔开，传输电极之间同轴且间隔设置。
差分孔电极5中部开有小孔，与传输电极的通孔同轴；于差分孔电极5下方设有质量分析器，电离室产生的离子通过差分孔电极5的小孔进入质量分析器；所述的质量分析器为飞行时间质量分析器、四级杆质量分析器或离子阱质量分析器。
样品通过样品气毛细管3进样；于电离室腔体2侧壁上设有真空规6接口和真空泵7抽气口，真空规6接口与真空规6相连，真空泵7抽气口经调节阀门8与真空泵7相连；电离室真空度通过对真空泵7和调节阀门8控制，维持在0.1Pa到500Pa之间；电离室真空值通过真空规6来获得。

Claims (8)

1.基于真空紫外光的纳米阵列修饰增强光电子发射的电离源，其特征在于：包括真空紫外光源（1）、电离室腔体（2）、一个或一个以上的传输电极（4）和差分孔电极（5），于电离室腔体（2）壁上有样品气毛细管（3）接口；
传输电极（4）为柱状结构，其置于电离室腔体（2）内部，传输电极（4）的轴向开有通孔；当为一个以上的传输电极（4）时，一个以上的传输电极（4）之间相互平行、间隔设置，通孔同轴；
于传输电极（4）的通孔上方处的电离室腔体（2）壁上设有紫外光入口，紫外光入口与传输电极（4）的通孔同轴；于电离室腔体（2）内、传输电极（4）的下方处设有平板状差分孔电极（5），差分孔电极（5）的孔与传输电极（4）的通孔同轴，紫外光源（1）发出的紫外光从紫外光入口经传输电极（4）的通孔后照射在差分孔电极（5）一侧表面，通过光电效应产生光电子；
于传输电极（4）、差分孔电极（5）上分别施加有直流传输电压；当为一个以上的传输电极（4）时，一个以上的传输电极（4）的各电极上分别依次施加有直流传输电压；传输电极（4）及差分孔电极（5）上依次施加的电压沿光入射方向依次降低；
样品气毛细管（3）分别通过电离室腔体（2）侧壁上的样品气毛细管（3）接口进入电离室内部；样品气毛细管（3）的气体出口位于传输电极与差分孔电极之间或传输电极与传输电极之间；样品气毛细管（3）的气体出口端垂直于紫外光源（1）发出的紫外光束。
2.根据权利要求1所述电离源，其特征在于：
紫外光照射的差分孔电极（5）的一侧表面为采用纳米金阵列修饰的表面（9），是于平板状差分孔电极（5）的一侧表面上通过纳米金生长出来的针尖状细丝阵列，细丝高度在10纳米到100纳米之间。
3.根据权利要求1电离源，其特征在于：
一个以上的传输电极（4）的各电极上依次施加有直流传输电压，直流传输电压采用同一直流电源，各电极上依次施加的直流电压通过电阻进行分压。
4.根据权利要求1所述电离源，其特征在于：
传输电极（4）与差分孔电极（5）之间通过环状绝缘材料隔开，电极之间同轴且间隔设置。
5.根据权利要求1或3所述电离源，其特征在于：
当为一个以上的传输电极（4）时，相邻两片传输电极之间通过环状绝缘材料隔开，传输电极之间同轴且间隔设置。
6.根据权利要求1所述电离源，其特征在于：
差分孔电极（5）中部开有小孔，与传输电极的通孔同轴；
于差分孔电极（5）下方设有质量分析器，电离室产生的离子通过差分孔电极（5）的小孔进入质量分析器；所述的质量分析器为飞行时间质量分析器、四级杆质量分析器或离子阱质量分析器。
7.根据权利要求1所述电离源，其特征在于：
紫外光源（1）可为气体放电灯光源、激光光源或同步辐射光源。
8.根据权利要求1所述电离源，其特征在于：
样品通过样品气毛细管（3）进样；
于电离室腔体（2）侧壁上设有真空规（6）接口和真空泵（7）抽气口，真空规（6）接口与真空规（6）相连，真空泵（7）抽气口经调节阀门（8）与真空泵（7）相连；电离室真空度通过对真空泵（7）和调节阀门（8）控制，维持在0.1Pa到500Pa之间；电离室真空值通过真空规（6）来获得。
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