CN105895494A - 一种质谱离子源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种质谱离子源装置，其包括针尖电极、绝缘介质、电源、仪器接口及气体导管；所述绝缘介质位于针尖电极与仪器接口间，所述针尖电极尖端部分与绝缘介质接触，另一端与电源相连，仪器接口接地并与电源另一端连接，针尖电极与仪器接口间形成强电场，放电气体经气体导管充满于绝缘介质与仪器接口间，在强电场作用下形成等离子体束，该等离子体束与绝缘介质表面待测物相互作用，使待测物电离，实现分析检测。本发明除具有结构简单、成本低、无需溶剂、高通量等优点外，针尖电极与仪器接口形成的线性电场，提高了离子的传输效率。此外该质谱离子源装置也可用于质谱成像分析。

Description

一种质谱离子源装置
技术领域
本发明涉及一种质谱离子源装置，具体地说是一种介质阻挡放电质谱离子源装置。其也是一种高灵敏度、高分辨率质谱成像离子源装置。
背景技术
离子源是质谱仪器的核心部件，近年来，在开放环境下实现离子化的常压敞开式离子化质谱技术的研制与应用成为质谱领域的前沿和热点。在解吸电喷雾（DESI）和实时直接分析（DART）基础上，常压敞开式离子源迅速发展为以电喷雾液滴和等离子体物质为基础的两大类型。2007年，张新荣等公开了一种介质阻挡放电常压电离源（DBDI）用于样品分析或成像，其主要构造包含：阻挡介质、铜片电极、放电电极。该阻挡介质置于铜片电极上端并紧密接触，该阻挡介质还是样品托盘，放电气体经中空放电电极在高压下形成等离子体，解析电离的样品进入质谱被检测。2008年，Cooks等在此基础上公开了等温等离子体枪（LTP），主要包含样品托盘、介质套管、高压电极、接地电极。两电极置于介质套管外端，放电气体在介质套管中形成等离子体，并在强气流的作用下从介质套管前段小孔喷射出来，解析电离样品托盘上的样品，实现样品检测。2016年，Zare等公开了一种纳尖端放电常压离子源（NAIMS）装置，主要包含放电尖端、高压、金属托盘（样品托盘），高压加载于纳尖端和金属托盘间，等离子体在尖端与金属托盘间形成，样品被电离，进入质谱检测。
上述这些常压敞开式离子源技术具有各自的优点，而且被广泛的应用于各领域。但是每种方法都有各自的局限性，如DESI采用高压气体驱动样品离子移动，使得样品离子束远远超过质谱的入口，导致部分样品离子无法进入质谱而被检测；LTP不但电极结构复杂，而且借助放电气体驱动目标离子导致灵敏度下降；DESI和LTP成像技术的空间分辨率不高，无法兼顾样品解吸率和灵敏度。除此之外，该类离子源解析的离子并不能直接进入质谱检测，而是以一定的角度进入质谱，低效率的离子传送。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低、离子传送效率高的质谱离子源装置，其也是一种高分辨率、高灵敏度质谱成像离子源装置。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种质谱离子源装置，其特征在于：其包括针尖电极、绝缘介质、电源、仪器接口及气体导管，所述绝缘介质位于针尖电极与仪器接口之间，所述针尖电极的尖端部分与绝缘介质接触，另一端与电源相连，所述仪器接口接地并与电源另一端连接，针尖电极与仪器接口间形成强电场；放电气体经气体导管充满于绝缘介质与仪器接口之间，放电气体在强电场作用下形成等离子体束，该等离子体束与绝缘介质表面待测物相互作用，使待测物电离，在针尖电极与仪器接口间形成的线性电场作用下，待测物离子进入仪器接口，实现分析检测。
进一步，所述电源为交、直流双电源，针尖电极和仪器接口分别连接交流电源两端，针尖电极同时还连接直流电源一端，而直流电源另一端接地。
进一步，所述针尖电极和仪器接口位于同一轴线上。
进一步，所述绝缘介质固定在移动平台上。
进一步，所述绝缘介质与仪器接口间的距离为1-5 mm。
进一步，所述绝缘介质的厚度为0.15-1 mm。
进一步，所述针尖电极尖端部分的直径为5-200μm。
进一步，所述等离子体束为锥形等离子体束，起始于绝缘介质表面，终止于仪器接口，并与仪器接口外径大小一致。
本发明使用时，绝缘介质位于针尖电极与仪器接口之间，针尖电极与仪器接口是质谱离子源装置的电极，针尖电极尖端部分与绝缘介质接触，另一端与电源相连，仪器接口接地并与电源另一端连接，放电气体经气体导管充满于绝缘介质与仪器接口之间。当开启电源后，针尖电极与仪器接口间形成强电场，放电气体在强电场作用下形成等离子体束，该等离子体束与绝缘介质表面待测物相互作用，使待测物电离，待测物离子在针尖电极与仪器接口间的线性电场作用下进入仪器接口，实现分析检测。对照现有技术，本发明除了具有结构简单、成本低、无需溶剂等优点外，待测物的解析、电离和传送在同一轴线上，产生的等离子体束起始于绝缘介质表面，终止与仪器接口，且与仪器接口外径一致，提高了离子传送效率。本发明通过固定绝缘介质于移动平台上，可实现待测物的高通量在线快速分析检测。本发明通过减小针尖电极尖端部分直径，成为一种高分辨的质谱成像离子源装置，该质谱离子源装置结合生物质谱将在生物成像领域发挥重要的作用。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明的组成原理示意图。
图中的标号是：1. 针尖电极，2.绝缘介质，3. 待测物，4. 气体导管，5. 仪器接口，6.电源，7.移动平台。
具体实施方式
从图1中可以看出，一种质谱离子源装置，包括针尖电极1、绝缘介质2、待测物3、气体导管4、仪器接口5、电源6和移动平台7等。所述绝缘介质2位于针尖电极1与仪器接口5之间，针尖电极1的尖端部分与绝缘介质2接触，另一端与电源6相连，所述仪器接口5接地并与电源6另一端连接，放电气体经气体导管4充满于绝缘介质2与仪器接口5之间。当开启电源6后，绝缘介质2与仪器接口5之间放电气体在强电场作用下形成等离子体束，产生的等离子体束与绝缘介质2表面待测物3相互作用，使待测物3电离，在针尖电极1与仪器接口5间形成的线性电场作用下，待测物3离子进入仪器接口5，实现待测物3的分析检测。
本发明所述电源6为交、直流双电源，针尖电极1和仪器接口5分别连接交流电源两端，针尖电极1同时还连接直流电源一端，而直流电源另一端接地。
本发明所述针尖电极1和仪器接口5位于同一轴线上。
本发明所述绝缘介质2固定在移动平台7上。
本发明所述绝缘介质2与仪器接口5间的距离为1-5 mm。
本发明所述绝缘介质2的厚度为0.15-1 mm。
本发明所述针尖电极尖端部分的直径为5-200 μm。
本发明所述等离子体束为锥形等离子体束，起始于绝缘介质表面，终止与仪器接口，并与仪器接口外径大小一致。
本发明使用时，是使用包括空气在内的放电气体（氦气、氮气、氩气、空气等）产生等离子体束用于绝缘介质2上固体样品待测物3的分析检测。绝缘介质2固定于移动平台7上，并位于针尖电极1与仪器接口5之间，针尖电极1与仪器接口5是质谱离子源装置的电极，针尖电极1尖端部分与绝缘介质2接触，另一端与电源6相连，仪器接口5接地并与电源6另一端相连，放电气体经气体导管4充满于绝缘介质2与仪器接口5之间。当开启电源6后，针尖电极1与仪器接口5之间形成强电场，绝缘介质2与仪器接口5间放电气体在强电场作用下形成等离子束，该等离子体束与绝缘介质2表面待测物3相互作用，使待测物3电离，在针尖电极1与仪器接口5间形成的线性电场作用下，待测物3离子进入仪器接口5，实现待测物3的分析检测。
图1所示的一种质谱离子源装置，所述绝缘介质2的厚度为0.15-1 mm，针尖电极1尖端部分的直径为5-200μm，针尖电极1与仪器接口5间的距离为1-5 mm，该质谱离子源装置也是一种高分辨的质谱成像离子源装置。当开启电源6后，针尖电极1与仪器接口5间形成强电场，充满于绝缘介质2与仪器接口5间的放电气体在强电场作用下形成等离子体束，该等离子体束与绝缘介质2表面的待测物3相互作用，在针尖电极1与仪器接口5间形成的线性电场作用下，待测物3离子进入仪器接口5，实现待测物3的分析检测。通过调节移动平台7即可解析电离绝缘介质2不同区域的待测物3，不同区域的待测物3按照时间顺序依次进入到仪器接口5实现分析检测，即获得不同区域待测物3的物质结构信息，通过后期分析处理即可绘制成直观形象的质谱成像图。
本发明的一种质谱离子源装置不仅具有结构简单、成本低、无需溶剂、高通量等优点，而且待测物的解析、电离和离子传送在同一轴线上，锥形等离子体束起始于绝缘介质表面，延伸到仪器接口并与仪器接口大小一致，以及在针尖电极尖端部分与仪器接口间形成的线性电场，都提高了离子的传输效率。本发明也是一种高分辨质谱成像离子源装置。

Claims (8)

1.一种质谱离子源装置，其特征在于：其包括针尖电极、绝缘介质、电源、仪器接口及气体导管，所述绝缘介质位于针尖电极与仪器接口之间，所述针尖电极的尖端部分与绝缘介质接触，另一端与电源相连，所述仪器接口接地并与电源另一端连接，针尖电极与仪器接口间形成强电场；放电气体经气体导管充满于绝缘介质与仪器接口之间，放电气体在强电场作用下形成等离子体束，该等离子体束与绝缘介质表面待测物相互作用，使待测物电离，在针尖电极与仪器接口间形成的线性电场作用下，待测物离子进入仪器接口，实现分析检测。
2. 根据权利要求1所述质谱离子源装置，其特征在于：所述电源为交、直流双电源，针尖电极和仪器接口分别连接交流电源两端，针尖电极同时还连接直流电源一端，而直流电源另一端接地。
3. 根据权利要求1所述质谱离子源装置，其特征在于：所述针尖电极和仪器接口位于同一轴线上。
4. 根据权利要求1所述质谱离子源装置，其特征在于：所述绝缘介质固定在移动平台上。
5. 根据权利要求1所述质谱离子源装置，其特征在于：所述绝缘介质与仪器接口间的距离为1-5 mm。
6. 根据权利要求1所述质谱离子源装置，其特征在于：所述绝缘介质的厚度为0.15-1 mm。
7. 根据权利要求1所述质谱离子源装置，其特征在于：所述针尖电极尖端部分的直径为5-200 μm。
8. 根据权利要求1所述质谱离子源装置，其特征在于：所述等离子体束为锥形等离子体束，起始于绝缘介质表面，终止于仪器接口，并与仪器接口外径大小一致。
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