CN105655226A - 一种真空紫外光电离和化学电离复合电离源 - Google Patents

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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离子漏斗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和离子漏斗；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；离子漏斗上施加有射频电压。本发明的复合电离源在真空紫外光电离的基础上，利用光电子电离试剂气体，试剂离子进而使样品发生化学电离；通过离子漏斗射频电场可提高光电子引发的化学电离的电离效率，并且结合离子漏斗的离子聚焦功能，可提高检测灵敏度；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离子漏斗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；通过离子漏斗射频电场可提高光电子引发的化学电离的电离效率，并且结合离子漏斗的离子聚焦功能，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离子漏斗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，利用离子漏斗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，并且，结合离子漏斗的离子聚焦功能，可提高检测灵敏度；另外，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，拓宽可电离化合物的范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于离子漏斗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：
一种基于离子漏斗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、金属栅网和离子漏斗，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离子漏斗，离子漏斗的轴线方向与传输电极的通孔同轴，远离紫外光入口的传输电极可伸入离子漏斗中，或者与离子漏斗入口的第一个电极片平齐设置，或者与离子漏斗间隔设置；
在传输电极上施加有直流电压；
在离子漏斗上施加有直流电压和射频电压；
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。
传输电极与离子漏斗上施加的直流电压沿紫外光入射方向依次降低。
于离子漏斗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0.01Torr到30Torr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，光电子从离子漏斗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。
本发明的优点：
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，利用离子漏斗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，并且，结合离子漏斗的离子聚焦功能，可提高检测灵敏度；另外，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，拓宽可电离化合物的范围。
附图说明
图1为本发明的基于离子漏斗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-离子漏斗；7-真空规；8-机械真空泵；9-调节阀门；10-试剂气毛细管；11-质量分析器。
具体实施方式
如图1所示，一种基于离子漏斗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和离子漏斗6，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10接口、真空规7接口和机械真空泵8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的下方处设有离子漏斗6，离子漏斗6的轴线方向与传输电极4的通孔同轴；远离紫外光入口的传输电极4伸入离子漏斗6中10mm。
在传输电极4上施加有直流电压，在离子漏斗6上施加有直流电压和射频电压；各电极上的直流电压沿紫外光入射方向依次降低，离子漏斗6的射频电压峰峰值为70Vp-p，频率为800kHz。
试剂气毛细管10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10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10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10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10和样品气毛细管3均选用内径为250μm、长度为50cm的石英毛细管；试剂气体选用O2。
真空规7接口与真空规7相连，机械真空泵8抽气口经调节阀门9与机械真空泵8相连；电离室真空度通过机械真空泵8和调节阀门9控制，维持在1Torr。
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，光电子从离子漏斗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经离子漏斗6聚焦后进入下方的离子阱质量分析器11进行分析。

Claims (6)

1.一种真空紫外光电离和化学电离复合电离源，是基于离子漏斗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)和离子漏斗(6)，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(10)接口、真空规(7)接口和机械真空泵(8)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)的下方处设有离子漏斗(6)，离子漏斗(6)的轴线方向与传输电极(4)的通孔同轴，远离紫外光入口的传输电极(4)可伸入离子漏斗(6)中，或者与离子漏斗(6)入口的第一个电极片平齐设置，或者与离子漏斗(6)间隔设置；
在传输电极(4)上施加有直流电压；
在离子漏斗(6)上施加有直流电压和射频电压；
试剂气毛细管(10)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(10)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(10)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(10)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)与离子漏斗(6)上施加的直流电压沿紫外光入射方向依次降低。
3.根据权利要求1所述的复合电离源，其特征在于：
于离子漏斗(6)下方设有质量分析器(11)；所述的质量分析器(11)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。
4.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。
5.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(7)接口与真空规(7)相连，机械真空泵(8)抽气口经调节阀门(9)与机械真空泵(8)相连；电离室真空度通过机械真空泵(8)和调节阀门(9)控制，真空度维持在0.01Torr到30Torr之间。
6.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，光电子从离子漏斗(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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