CN105977128B - 一种等离子电离离子源装置 - Google Patents

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Abstract

一种等离子电离离子源装置，包括反应气金属传输管、连接管、绝缘介质腔、内电极、外电极、外毛细管以及内毛细管，所述反应气金属传输管的一端为气体入口，另一端密封嵌于所述连接管的一端内；所述连接管的另一端与所述绝缘介质腔的一端密封连接；所述内电极以与所述连接管同轴的方式设置在所述连接管中；所述绝缘介质腔为等离子产生的腔体，并在出口形成等离子流；所述外电极贴在所述绝缘介质腔的出口外表面，使得内、外电极所产生的电场与气流场方向基本一致；所述外毛细管与所述绝缘介质腔的出口密封连接，所述内毛细管密封内嵌于所述外毛细管中，用于形成聚焦的等离子束。该装置可产生湮灭距离长，聚焦效果好等离子束电离样品。

Description

一种等离子电离离子源装置
技术领域
本发明涉及一种等离子电离离子源装置。
背景技术
质谱成像是检测物质成分空间分布的仪器，可以实现对固体样品成分空间分布检测，古玩鉴定，刑事侦查，司法鉴定等领域。使用质谱成像检测样品成分空间分布首先要将固体样品转化为离子形态，对于不同形态的样品一般采用不同的电离方式。
对于通过介质阻挡产生等离子电离固体样品，往往利用两个同轴的且在轴向有重叠的电极结构。介质阻挡放电产生等离子存在聚焦效果不好，湮灭距离短等问题。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种等离子电离离子源装置，解决介质阻挡产生等离子聚焦效果不好、湮灭距离短的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种等离子电离离子源装置，包括反应气金属传输管、连接管、绝缘介质腔、内电极、外电极、外毛细管以及内毛细管，所述反应气金属传输管的一端为气体入口，另一端密封嵌于所述连接管的一端内；所述连接管的另一端与所述绝缘介质腔的一端密封连接；所述内电极以与所述连接管同轴的方式设置在所述连接管中；所述绝缘介质腔为等离子产生的腔体，并在出口形成等离子流；所述外电极贴在所述绝缘介质腔的出口外表面，使得内、外电极所产生的电场与气流场方向基本一致；所述外毛细管与所述绝缘介质腔的出口密封连接，所述内毛细管密封内嵌于所述外毛细管中，用于形成聚焦的等离子束。
进一步地：
所述内电极为直接连接在所述反应气金属传输管的钨丝内电极。
所述内电极通过设置在所述连接管中的两个同轴支架支撑，所述两个同轴支架中的一个与所述反应气金属传输管连接，另一个与所述连接管的出口面连接，并使所述内电极与所述连接管及所述绝缘介质腔同轴。
所述外电极为外铜箔电极。
所述连接管为聚醚醚酮连接管，所述绝缘介质腔为石英绝缘介质腔，所述聚醚醚酮连接管借助自身的伸缩性实现与所述反应气金属传输管和所述石英绝缘介质腔的管路密封连接。
外毛细管为所述聚醚醚酮毛细管，所述内毛细管为石英毛细管，所述绝缘介质腔为石英绝缘介质腔，所述聚醚醚酮毛细管通过借助自身的伸缩性实现与所述石英绝缘介质腔和所述石英毛细管的管路密封连接。
所述绝缘介质腔的出口处为向外逐渐缩窄的锥形。
所述外电极加载频率为2.5kHz至10kHz、电压为5kV至20kV的正弦交流电，所述内电极接地。
所述内电极与所述外电极分布与气流场分布耦合。
使用氦气作为载气，气流量在0.1～0.4L/min。
本发明的有益效果：
针对介质阻挡放电产生等离子存在聚焦效果不好，湮灭距离短，本发明的等离子电离装置为其提供了行之有效的解决方案。本发明可直接将等离子束打在样品上，从而实现样品的电离，无需根据样品类型对样品添加试剂或其他的处理方式以增强电离效果，使操作更加简洁方便。该等离子装置利用介质阻挡放电实现气体电离，利用气流场和电场影响来加长等离子在空间湮灭距离。所述装置可通过电极分布和气流场分布等一系列复杂的场来影响等离子湮灭距离，实现湮灭距离长，聚焦效果好的等离子束，提高了用于质谱成像的电离空间分辨率。
在优选的方案中，通过同轴支架保证电极与腔体同轴，产生均匀的等离子。利用聚醚醚酮材料的伸缩性实现石英腔和金属腔的连接。通过复杂电场，气流场耦合实现加长等离子湮灭距离。利用石英腔的锥形口聚焦等离子。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明可以实现湮灭距离长，聚焦效果好的等离子束，提高了用于质谱成像的电离分辨率；
(2)本发明无需对固体样品进行预处理即可进行电离，操作简洁方便，提高工作效率。
(3)本发明中金属管与内电极连接可以避免使用三通接头，使得装置更加紧凑，减少漏气，减少三通接头带来额外的气体空间，使得氦气气体不纯。提高装置的气密性。
(4)本发明中内电极优选通过同轴支架支撑，提高内电极与腔体的同轴性，保证等离子均匀性。
本发明解决了介质阻挡放电产生等离子存在聚焦效果不好，湮灭距离短的问题，简化了固体样品电离过程，最终产生湮灭距离长，聚焦效果好等离子束电离样品。
附图说明
图1为本发明一种实施例的等离子电离装置侧剖视图。
图2为本发明一种实施例的等离子电离装置横截面视图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1和图2，在具体实施例中，一种等离子产生装置，包括反应气金属传输管1、聚醚醚酮连接管2、同轴支架3、内钨丝电极4、石英绝缘介质腔5、同轴支架6、外铜箔电极7、聚醚醚酮毛细管8、石英毛细管9。所述反应气金属传输管1的一端为气体入口，另一端嵌于所述聚醚醚酮连接管2，并与同轴支架3连接；所述聚醚醚酮2连接管通过聚醚醚酮的伸缩性与所述反应气金属传输管1和所述石英绝缘介质腔5相连接；同轴支架3和同轴支架6外部内接于所述聚醚醚酮连接管2内，内部外接于所述钨丝内电极4，保证所述钨丝电极4与所述聚醚醚酮连接管2同轴；所述同轴支架3和反应气金属传输管1连接，同轴支架6和聚醚醚酮连接管2出口面连接；所述石英绝缘介质腔5为等离子产生的腔体，并在末端通过锥型口聚焦等离子流；所述外铜箔电极7贴在所述石英绝缘介质腔5出口面，使得内外电极所产生的电场与气流场方向基本一致；所述聚醚醚酮毛细管8通过聚醚醚酮的伸缩性与所述石英绝缘介质腔5和所述石英毛细管9相连接；所述石英毛细管9内嵌于所述聚醚醚酮毛细管8，用于形成聚焦的等离子束。最终产生湮灭距离长，聚焦效果好等离子束。
在优选的实施例中，所述反应气金属传输管1直接连接在所述钨丝内电极4，在所述反应气金属传输管1的电势等同于所述钨丝内电极4，避免了采用三通结构将电势加载在内电极上。
在优选的实施例中，所述外铜箔电极7贴于所述石英绝缘介质腔5出口面上。
在优选的实施例中，所述同轴支架3和同轴支架6支撑内钨丝电极，使得所述钨丝内电极4与所述石英绝缘介质腔5同轴。
在优选的实施例中，所述聚醚醚酮连接管2与所述反应气金属传输管1和所述石英绝缘介质腔5连接，采用聚醚醚酮(简称PEEK)半结晶性热塑有机材料，通过PEEK伸缩性实现管路密封。
在优选的实施例中，所述聚醚醚酮毛细管与所述石英绝缘介质腔和所述石英毛细管连接，采用聚醚醚酮(简称PEEK)半结晶性热塑有机材料，通过PEEK伸缩性实现管路密封。
在优选的实施例中，所述石英绝缘介质腔出口处为锥形，能很好的聚焦气流。
较佳的，所述外铜箔电极上加载2.5kHz至10kHz，5kV至20kV正弦交流电，所述内钨丝电极4接地。
在优选的实施例中，所述内钨丝电极4与所述外铜箔电极7分布与气流场分布耦合。
较佳的，所述载气为氦气，气流量在0.1～0.4L/min。
该等离子装置利用介质阻挡放电实现气体电离，利用气流场和电场影响来加长等离子在空间湮灭距离。该装置通过电极分布和气流场分布等一系列复杂的场来影响等离子湮灭距离。
除进气口和等离子聚焦出口外，装置其余各个接触面均压紧密封，防止不同气体的污染以及对等离子产生不良影响。
本发明可以实现长距离，聚焦效果好的等离子束。该装置具体工作流程如下：氦气流充满整个装置后，在外铜箔电极上加上交流高压，内钨丝电极连接反应气金属传输管并接地，形成介质阻挡放电，并产生等离子。
该等离子电离装置集成度高，体积小，不仅可以实现具有电离能力的低温等离子束，还可以实现湮灭距离长，聚焦效果好的低温等离子束。高效地完成对小固体样品点的电离。
本发明说明书未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种等离子电离离子源装置，其特征在于，包括反应气金属传输管、连接管、绝缘介质腔、内电极、外电极、外毛细管以及内毛细管，所述反应气金属传输管的一端为气体入口，另一端密封嵌于所述连接管的一端内；所述连接管的另一端与所述绝缘介质腔的一端密封连接；所述内电极以与所述连接管同轴的方式设置在所述连接管中；所述绝缘介质腔为等离子产生的腔体，并在出口形成等离子流；所述外电极贴在所述绝缘介质腔的出口外表面，使得内、外电极所产生的电场与气流场方向基本一致；所述外毛细管与所述绝缘介质腔的出口密封连接，所述内毛细管密封内嵌于所述外毛细管中，用于形成聚焦的等离子束。
2.根据权利要求1所述的等离子电离离子源装置，其特征在于，所述内电极为直接连接在所述反应气金属传输管的钨丝内电极。
3.根据权利要求1所述的等离子电离离子源装置，其特征在于，所述内电极通过设置在所述连接管中的两个同轴支架支撑，所述两个同轴支架中的一个与所述反应气金属传输管连接，另一个与所述连接管的出口面连接，并使所述内电极与所述连接管及所述绝缘介质腔同轴。
4.根据权利要求1所述的等离子电离离子源装置，其特征在于，所述外电极为外铜箔电极。
5.根据权利要求1所述的等离子电离离子源装置，其特征在于，所述连接管为聚醚醚酮连接管，所述绝缘介质腔为石英绝缘介质腔，所述聚醚醚酮连接管借助自身的伸缩性实现与所述反应气金属传输管和所述石英绝缘介质腔的管路密封连接。
6.根据权利要求1所述的等离子电离离子源装置，其特征在于，外毛细管为聚醚醚酮毛细管，所述内毛细管为石英毛细管，所述绝缘介质腔为石英绝缘介质腔，所述聚醚醚酮毛细管借助自身的伸缩性实现与所述石英绝缘介质腔和所述石英毛细管的管路密封连接。
7.根据权利要求1所述的等离子电离离子源装置，其特征在于，所述绝缘介质腔的出口处为向外逐渐缩窄的锥形。
8.根据权利要求1-7任一项所述的等离子电离离子源装置，其特征在于，所述外电极加载频率为2.5kHz至10kHz、电压为5kV至20kV的正弦交流电，所述内电极接地。
9.如权利要求1-7任一项所述的等离子电离离子源装置，其特征在于,使用氦气作为载气，气流量在0.1～0.4L/min。
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