CN104716010A - 一种基于四极杆射频电场增强的真空紫外光电离和化学电离复合电离源 - Google Patents

一种基于四极杆射频电场增强的真空紫外光电离和化学电离复合电离源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及质谱分析仪器，具体的说是一种基于四极杆射频电场增强的真空紫外光电离和化学电离复合电离源，包括真空紫外光源和电离室腔体；在电离室内同轴，间隔设置有若干传输电极、四极杆和真空差分孔电极；远离紫外光入口的传输电极上贴有金属栅网，真空紫外光源发射的紫外光照射到金属栅网上，产生光电子；四极杆上施加有直流电压和射频电压。本发明的复合电离源在真空紫外光电离的基础上，利用光电效应产生的光电子电离试剂气体，试剂离子进而使样品发生化学电离；通过四极杆射频电场可提高光电子引发的化学电离的电离效率；另外，化学电离能够电离电离能高于真空紫外光光子能量的化合物，拓宽可电离化合物的范围。

Description

一种基于四极杆射频电场增强的真空紫外光电离和化学电离复合电离源
技术领域
本发明涉及质谱分析仪器，具体的说是一种基于四极杆射频电场增强的真空紫外光电离和化学电离复合电离源。本发明在真空紫外光电离的基础上，利用光电效应产生的光电子电离试剂气体，试剂离子进而使样品分子发生化学电离；通过四极杆射频电场提高光电子引发的化学电离的电离效率，可提高检测灵敏度；另外，通过化学电离可实现电离能高于真空紫外光子能量的样品分子的软电离，拓宽可电离化合物的范围。
背景技术
电子轰击电离源（EI）是一种成熟、有效的电离技术，它利用能量为70eV的电子去轰击样品分子，使其电离，得到特征谱图，通过谱图库检索进行定性分析。但是，70eV的电子与样品分子碰撞电离时会产生大量的碎片离子，峰重叠导致质谱图复杂，使谱图解析困难，不利于样品的快速、在线分析。真空紫外光能够使电离能低于光子能量的样品分子发生软电离，产生分子离子，并且几乎没有碎片离子，适合于在线定性、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，测得样品质谱图中只有样品的分子离子峰，谱图简单，可根据相对分子质量和信号强度进行快速的定性、定量分析。
真空紫外光源使用的光窗材料限制了透过光的光子能量。目前，LiF光窗材料透过光的光子能量最高，为11.8eV，可对电离能低于11.8eV的化合物进行有效电离，而对电离能高于11.8eV的化合物则无能为力。为解决该问题，花磊[PCT：201010567193]采用真空紫外光源在试剂区利用光电子在静电场下加速，电离试剂气体，产生试剂离子；接着，试剂离子进入反应区，使样品分子发生化学电离；该发明实现了真空紫外光电离和化学电离两种软电离方式的快速切换，拓宽了可电离化合物的范围。然而，光电子在静电场中直线运动，运动速度快，在电离区的停留时间短，不利于试剂离子强度的提高，使化学电离的灵敏度受限。
由此，本发明设计了一种基于四极杆射频电场增强的真空紫外光电离和化学电离复合电离源，在真空紫外光电离的基础上，真空紫外光照在金属栅网上产生光电子，利用四极杆的射频电场调制光电子振荡、往复运动，提高光电子运动路程和在电离区中的停留时间，提高光电子引发的化学电离的电离效率，提高检测灵敏度；并且，利用化学电离可实现电离能高于紫外光光子能量的化合物的软电离。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于四极杆射频电场增强的真空紫外光电离和化学电离复合电离源。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于四极杆射频电场增强的真空紫外光电离和化学电离复合电离源，包括真空紫外光源、电离室腔体、两个或两个以上的传输电极、金属栅网、四极杆和真空差分孔电极，于电离室腔体壁上设置有样品气毛细管接口、试剂气毛细管接口、真空规接口和机械真空泵抽气口；
传输电极置于电离室腔体内部，传输电极的轴向开有通孔，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，紫外光入口与通孔同轴；远离紫外光入口的传输电极上贴有金属栅网，真空紫外光源发出的紫外光从紫外光入口照射在金属栅网上，通过光电效应产生光电子；
于传输电极的下方处设有四极杆，四极杆的轴线方向与传输电极的通孔同轴；
于四极杆的下方处设有真空差分孔电极，真空差分孔电极的孔与四极杆的轴线方向同轴；
在传输电极上施加有直流电压；
在四极杆上施加有直流电压和射频电压；
在真空差分孔电极上施加有直流电压；
试剂气毛细管和样品气毛细管分别通过电离室腔体壁上的试剂气毛细管接口和样品气毛细管接口进入电离室内部；试剂气毛细管和样品气毛细管的气体出口位于传输电极与传输电极之间；试剂气毛细管和样品气毛细管的气体出口端垂直于紫外光束。
传输电极、四极杆与真空差分孔电极之间通过绝缘材料隔开，且同轴设置。
传输电极、四极杆与真空差分孔电极上施加的直流电压沿紫外光入射方向依次降低。
于真空差分孔电极下方设有质量分析器；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、离子阱质量分析器、扇形磁场质量分析器或离子回旋共振质量分析器。
真空紫外光源为气体放电灯光源、激光光源或同步辐射光源。
样品通过样品气毛细管进样；
真空规接口与真空规相连，机械真空泵抽气口经调节阀门与机械真空泵相连；电离室真空度通过机械真空泵和调节阀门控制，真空度维持在0.1Pa到1000Pa之间。
真空紫外光源发出的紫外光从紫外光入口照射在金属栅网上，通过光电效应产生光电子，光电子从四极杆的射频电场中获得能量，通过碰撞使试剂气体电离，试剂离子使样品分子发生化学电离，从而获得真空紫外光电离和化学电离的复合电离源。
本发明的有益效果在于：本发明设计的复合电离源，在真空紫外光电离的基础上，真空紫外光照在金属栅网上产生光电子，利用四极杆的射频电场调制光电子振荡、往复运动，提高光电子运动路程和在电离区中的停留时间，提高光电子引发的化学电离的电离效率，提高检测灵敏度；并且，利用化学电离可实现电离能高于紫外光光子能量的化合物的软电离。
附图说明
图1为本发明的基于四极杆射频电场增强的真空紫外光电离和化学电离复合电离源的结构示意图。
其中，1-真空紫外光源；2-电离室腔体；3-样品气毛细管；4-传输电极；5-金属栅网；6-四极杆；7-真空差分孔电极；8-真空规；9-机械真空泵；10-调节阀门；11-试剂气毛细管。
具体实施方式
如图1所示，一种基于四极杆射频电场增强的真空紫外光电离和化学电离复合电离源，包括真空紫外光源1、电离室腔体2、两个或两个以上的传输电极4、金属栅网5、四极杆6和真空差分孔电极7，于电离室腔体2壁上设置有样品气毛细管3接口、试剂气毛细管11接口、真空规8接口和机械真空泵9抽气口。
传输电极4置于电离室腔体2内部，由四片电极组成，间距为3mm，传输电极4的轴向开有通孔，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，紫外光入口与通孔同轴；远离紫外光入口的传输电极4上贴有金属栅网5，真空紫外光源1发出的紫外光从紫外光入口照射在金属栅网5上，通过光电效应产生光电子；真空紫外光源1为商品化Kr灯，其发射的光子能量为10.6eV。
于传输电极4的下方处设有四极杆6，四极杆6的轴线方向与传输电极4的通孔同轴；四极杆6由四根相互平行，内切圆半径r0=2.62mm，杆半径rC=3mm，杆长L=143mm的不锈钢杆组成。
于四极杆6的下方处设有真空差分孔电极7，真空差分孔电极7的孔与四极杆6的轴线方向同轴；
在传输电极4上施加有直流电压，在四极杆6上施加有直流电压和射频电压，在真空差分孔电极7上施加有直流电压；各电极上的直流电压沿紫外光入射方向依次降低，四级杆6的射频电压峰峰值为78Vp-p，频率为625kHz。
试剂气毛细管11和样品气毛细管3分别通过电离室腔体2壁上的试剂气毛细管11接口和样品气毛细管3接口进入电离室内部；试剂气毛细管11和样品气毛细管3的气体出口位于传输电极与传输电极之间；试剂气毛细管11和样品气毛细管3的气体出口端垂直于紫外光束；试剂气毛细管11和样品气毛细管3均选用内径为150μm、长度为50cm的石英毛细管；试剂气体选用O2。
真空规8接口与真空规8相连，机械真空泵9抽气口经调节阀门10与机械真空泵9相连；电离室真空度通过机械真空泵9和调节阀门10控制，维持在1Pa。
真空紫外光源1发出的紫外光从紫外光入口照射在金属栅网5上，通过光电效应产生光电子，光电子从四极杆6的射频电场中获得能量并作振荡运动，通过碰撞使试剂气体电离，试剂离子使样品分子发生化学电离，从而获得真空紫外光电离和化学电离的复合电离源；电离生成的样品离子进入真空差分孔电极7下方的离子阱质量分析器12进行分析。

Claims (7)

1.一种基于四极杆射频电场增强的真空紫外光电离和化学电离复合电离源，其特征在于：
包括真空紫外光源（1）、电离室腔体（2）、两个或两个以上的传输电极（4）、金属栅网（5）、四极杆（6）和真空差分孔电极（7），于电离室腔体（2）壁上设置有样品气毛细管（3）接口、试剂气毛细管（11）接口、真空规（8）接口和机械真空泵（9）抽气口；
传输电极（4）置于电离室腔体（2）内部，传输电极（4）的轴向开有通孔，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，紫外光入口与通孔同轴；远离紫外光入口的传输电极（4）上贴有金属栅网（5），真空紫外光源（1）发出的紫外光从紫外光入口照射在金属栅网（5）上，通过光电效应产生光电子；
于传输电极（4）的下方处设有四极杆（6），四极杆（6）的轴线方向与传输电极（4）的通孔同轴；
于四极杆（6）的下方处设有真空差分孔电极（7），真空差分孔电极（7）的孔与四极杆（6）的轴线方向同轴；
在传输电极（4）上施加有直流电压；
在四极杆（6）上施加有直流电压和射频电压；
在真空差分孔电极（7）上施加有直流电压；
试剂气毛细管（11）和样品气毛细管（3）分别通过电离室腔体（2）壁上的试剂气毛细管（11）接口和样品气毛细管（3）接口进入电离室内部；试剂气毛细管（11）和样品气毛细管（3）的气体出口位于传输电极与传输电极之间；试剂气毛细管（11）和样品气毛细管（3）的气体出口端垂直于紫外光束。
2.根据权利要求1所述的复合电离源，其特征在于：
传输电极（4）、四极杆（6）与真空差分孔电极（7）之间通过绝缘材料隔开，且同轴设置。
3.根据权利要求1所述的复合电离源，其特征在于：
传输电极（4）、四极杆（6）与真空差分孔电极（7）上施加的直流电压沿紫外光入射方向依次降低。
4.根据权利要求1所述的复合电离源，其特征在于：
于真空差分孔电极（7）下方设有质量分析器（12）；所述的质量分析器（12）为飞行时间质量分析器、四级杆质量分析器、离子阱质量分析器、扇形磁场质量分析器或离子回旋共振质量分析器。
5.根据权利要求1所述的复合电离源，其特征在于：
真空紫外光源（1）为气体放电灯光源、激光光源或同步辐射光源。
6.根据权利要求1所述的复合电离源，其特征在于：
样品通过样品气毛细管（3）进样；
真空规（8）接口与真空规（8）相连，机械真空泵（9）抽气口经调节阀门（10）与机械真空泵（9）相连；电离室真空度通过机械真空泵（9）和调节阀门（10）控制，真空度维持在0.1Pa到1000Pa之间。
7.根据权利要求1所述的复合电离源，其特征在于：
真空紫外光源（1）发出的紫外光从紫外光入口照射在金属栅网（5）上，通过光电效应产生光电子，光电子从四极杆（6）的射频电场中获得能量，通过碰撞使试剂气体电离，试剂离子使样品分子发生化学电离，从而获得真空紫外光电离和化学电离的复合电离源。
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