CN107195529B - 一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子化方法及其装置 - Google Patents
一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子化方法及其装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107195529B CN107195529B CN201710553006.5A CN201710553006A CN107195529B CN 107195529 B CN107195529 B CN 107195529B CN 201710553006 A CN201710553006 A CN 201710553006A CN 107195529 B CN107195529 B CN 107195529B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- detected
- transfer reaction
- electron
- cooperative transfer
- vacuum ultraviolet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000006276 transfer reaction Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000752 ionisation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 25
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims abstract description 10
- 150000005826 halohydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 150000008282 halocarbons Chemical class 0.000 claims description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 7
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- FJBFPHVGVWTDIP-UHFFFAOYSA-N dibromomethane Chemical compound BrCBr FJBFPHVGVWTDIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000005281 excited state Effects 0.000 abstract description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 9
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 4
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000000306 component Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 238000000451 chemical ionisation Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N benzene-1,4-diol;bis(4-fluorophenyl)methanone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1.C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001793 charged compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000002575 chemical warfare agent Substances 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- -1 dichloromethane Chemical class 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/02—Details
- H01J49/10—Ion sources; Ion guns
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
本发明所涉及的离子化方法，是一种新的离子化方法，它是利用激发态物质的质子电子协同转移反应来生成质子化的待测物阳离子的离子化方法。其装置由真空紫外光光源室(1)，不锈钢质子电子协同转移反应腔(2)，反应剂和待测物样品进样管(3)组成。该离子源利用真空紫外光激发二氯甲烷或二溴甲烷，生成的激发态卤代烃与水分子和待测物发生气相的质子电子协同转移反应产生质子化的待测物阳离子。可离子化的样品为气相的含氧、含氮有机物。本发明申请的离子化方法可以选择性地检测空气中的含氧、含氮有机物，其离子化效率高、稳定性强、杂散离子少，有助于提高质谱仪的灵敏度、降低检测限，可用于复杂混合物质的组分及浓度在线分析。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种新的离子化方法，可电离空气中含氧或含氮的挥发性痕量气体，用于其在气相中的高灵敏在线检测。
背景技术
含氧挥发性有机物(OVOCs)是大气中挥发性有机物(VOCs)的主要组成部分。它们既是VOCs光化学反应的产物，也是二次气溶胶的直接贡献者，大气中OVOCs物种和浓度的实时监测是了解VOCs大气氧化过程及二次气溶胶形成机理的关键技术。含氮的挥发性有机物也是大气VOCs的一种光化学反应产物。此外，有机胺是一种典型的毒性物质，很多有机胺类物质可作为毒品和化学战剂，具有极大的社会危害性，因此受到政府的严密监控。含氮有机物的在线灵敏监测也具有重要的应用前景。目前，对VOCs组分进行在线分析的仪器多为质谱，主要由离子源和质量分析器构成。其中，离子源是质谱的核心组件，用来将中性的待测物离子化，从而使带正电或负电的待测物可由电场控制并由质量分析器检测，得到其组分和浓度信息。质谱的分类通常也根据离子源电离方式的不同而划分。
现有的气相物质的离子化方法分为两类。一类是通过待测物与其它携带能量的物质碰撞并发生能量转移的方式使待测物电离。基于这种方式的电离方法主要包括电子碰撞电离(待测物与电子碰撞)、光电离(待测物与光子电离)，和penning电离(待测物与激发态物质碰撞)。这类方法要求与待测物碰撞的物质所携带的能量必须大于待测物的电离能。另一类是通过待测物分子与其它荷电物质发生分子离子反应的方式使待测物电离。主要包括各种化学电离方式的离子源和惨杂物辅助大气压光电离等。其中，质子转移反应离子源是目前用于VOCs在线检测最常用的灵敏度最高的一种化学电离方式。这类方法要求事先生成离子反应剂。总而言之，现有气相电离方式要求离子源所提供的能量必须大于待测物质的电离能或离子反应剂母体的电离能。
然而，我们的实验研究发现：在真空紫外光的激发下，激发态卤代烃，如二氯甲烷，可与水蒸汽及待测物(含氧或含氮的有机物)发生质子和电子的协同转移反应，生成大量质子化的待测物阳离子。真空紫外光所提供的光子能量可以既不大于待测物的电离能，也不大于反应剂二氯甲烷和水的电离能，成为一种有别于现有所有气相电离方式的新的离子化方法。这种电离方法具有超高的离子化效率，高于质子转移反应离子源2个数量级以上，可大幅提高质谱的检测灵敏度。同时，这种方法生成的杂质离子很少，有助于降低仪器的检测限，以及进行复杂混合物的在线分析。
发明内容
本发明提供了一种基于激发态质子电子协同转移反应(PCET)的离子化方法及其装置，它采用光激发卤代烃，如二氯甲烷或二溴甲烷，与水蒸汽及待测物发生质子和电子的协同转移反应来产生质子化的待测物，其反应历程如下：
CH2Cl2+hv→[CH2Cl+-Cl-]*
[CH2Cl+-Cl-]*+H2O→[H2O-CH2Cl+-Cl-]
[H2O-CH2Cl+-Cl-]+A→[A-H2O-CH2Cl+-Cl-]
[A-H2O-CH2Cl+-Cl-]→AH++Cl-+HCl+CH2O
其中，A为待测物质，可以是含氧或含氮的有机物。该方法可以使待测物质质子化，生成的阳离子经质量分析器分析，用于待测物的在线检测。
本发明专利采用的技术方案是：1、由真空紫外光光源产生的真空紫外光激发卤代烃，如二氯甲烷或二溴甲烷，产生激发态卤代烃分子；2、激发态卤代烃分子与水蒸气及待测物发生气相的质子电子协同转移反应产生质子化的待测物。
本发明的有益效益是，采用激发态质子电子协同转移反应形成质子化的待测物其离子化效率更高、更加稳定、杂散离子更少，从而使采用该电离方式的仪器具有更高的灵敏度和更低的检测限。此外，该离子化方法可以选择性地分析含氧和含氮的有机物。
附图说明
图1为本发明结构的外观图，分别为1、真空紫外光光源室，2、不锈钢质子电子协同转移反应腔，3、反应剂和待测物样品进样管。
图2为本发明的剖面构造图，主要部件有：4、真空紫外灯，5、氟化镁窗片，6、PEEK绝缘环，7、离子等势镍网，8、不透光挡板，9、离子源出口。
具体实施方式
基于激发态质子电子协同转移反应的离子化方法其装置主体部分由真空紫外光光源室1，不锈钢质子电子协同转移反应腔2，和反应剂和待测物样品进样管气态卤代烃和水蒸气进样管3三部分构成。具体实施方式是：
一、在真空紫外光源室1中，真空紫外光子由真空紫外灯4产生后，经氟化镁窗片5进入不锈钢质子电子协同转移反应腔2；
二、以气态卤代烃和水蒸气的混合气体作为反应剂，与待测物样品混合后，由不锈钢管3直接进入不锈钢质子电子协同转移反应腔2，其流量由针阀控制；
三、进入不锈钢质子电子协同转移反应腔2的气态卤代烃经真空紫外光照射产生激发态的卤代烃分子，之后与水蒸气和待测物发生激发态的质子电子协同转移反应，生成大量的质子化的待测物阳离子；
四、由离子等势镍网7和不锈钢质子电子协同转移反应腔形成一个离子等势区域，反应生成的离子，随气流流出不锈钢质子转移反应腔2的离子源出口9，形成离子源。
Claims (1)
1.基于激发态质子电子协同转移反应的离子化方法，其装置由真空紫外光光源室(1)、不锈钢质子电子协同转移反应腔(2)、反应剂和待测物样品进样管(3)组成；其特征在于，由真空紫外光光源室(1)和不锈钢质子电子协同转移反应腔(2)两部分依次同轴相连组成离子化装置；它采用光激发卤代烃，与水蒸气及待测物发生质子和电子的协同转移反应来产生质子化的待测物，其反应历程如下：
CH2Cl2+hv→[CH2Cl+-Cl-]*
[CH2Cl+-Cl-]*+H2O→[H2O-CH2Cl+-Cl-]
[H2O-CH2Cl+-Cl-]+A→[A-H2O-CH2Cl+-Cl-]
[A-H2O-CH2Cl+-Cl-]→AH++Cl-+HCl+CH2O
其中，A为待测物质；具体实施方式是：
一、在真空紫外光光源室(1)中，真空紫外光子由真空紫外灯(4)产生后，经氟化镁窗片(5)进入不锈钢质子电子协同转移反应腔(2)；
二、以气态卤代烃和水蒸气的混合气体作为反应剂，与待测物样品混合后，由反应剂和待测物样品进样管(3)直接进入不锈钢质子电子协同转移反应腔(2)，其流量由针阀控制；
三、进入不锈钢质子电子协同转移反应腔(2)的气态卤代烃经真空紫外光照射产生激发态的卤代烃分子，之后与水蒸气和待测物发生激发态的质子电子协同转移反应，生成大量的质子化的待测物阳离子；
四、由离子等势镍网(7)和不锈钢质子电子协同转移反应腔形成一个离子等势区域，反应生成的离子，随气流流出不锈钢质子电子协同转移反应腔(2)的离子源出口(9)，形成离子源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710553006.5A CN107195529B (zh) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | 一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子化方法及其装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710553006.5A CN107195529B (zh) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | 一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子化方法及其装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107195529A CN107195529A (zh) | 2017-09-22 |
| CN107195529B true CN107195529B (zh) | 2024-01-26 |
Family
ID=59882827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710553006.5A Active CN107195529B (zh) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | 一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子化方法及其装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107195529B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107478711A (zh) * | 2017-09-30 | 2017-12-15 | 中国科学院生态环境研究中心 | 二氯甲烷诱导低压质子化光电离气溶胶质谱仪 |
| CN114252502A (zh) * | 2020-09-22 | 2022-03-29 | 中国科学院大学 | 激发态二氯甲烷诱导的质子转移反应质谱实时检测乙腈及其衍生物的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN205542701U (zh) * | 2016-03-23 | 2016-08-31 | 中国科学院生态环境研究中心 | 质子化增强型低气压真空紫外电离器 |
| CN106158574A (zh) * | 2015-04-09 | 2016-11-23 | 中国科学院生态环境研究中心 | 光诱导离子源质子转移反应质谱仪 |
| CN106373857A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-02-01 | 中国科学院生态环境研究中心 | 质子化增强基质辅助激光解吸电离离子源 |
| CN207425794U (zh) * | 2017-07-07 | 2018-05-29 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子源 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102479661B (zh) * | 2010-11-30 | 2014-01-29 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 用于质谱分析的真空紫外光电离和化学电离的复合电离源 |
-
2017
- 2017-07-07 CN CN201710553006.5A patent/CN107195529B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106158574A (zh) * | 2015-04-09 | 2016-11-23 | 中国科学院生态环境研究中心 | 光诱导离子源质子转移反应质谱仪 |
| CN205542701U (zh) * | 2016-03-23 | 2016-08-31 | 中国科学院生态环境研究中心 | 质子化增强型低气压真空紫外电离器 |
| CN106373857A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-02-01 | 中国科学院生态环境研究中心 | 质子化增强基质辅助激光解吸电离离子源 |
| CN207425794U (zh) * | 2017-07-07 | 2018-05-29 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子源 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Jinian Shu 等.Protonation enhancement by dichloromethane doping in low-pressure photoionization.nature, scientific reports 6，article number:36820.2016,第1-6页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107195529A (zh) | 2017-09-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7820965B2 (en) | Apparatus for detecting chemical substances and method therefor | |
| US5968837A (en) | Photo-ionization ion mobility spectrometry | |
| US10573503B2 (en) | Systems and methods for detection and quantification of selenium and silicon in samples | |
| FI124792B (fi) | Menetelmä ja laite näytekaasuvirtauksen partikkelien ionisoimiseksi | |
| US7375317B2 (en) | Ion drift-chemical ionization mass spectrometry | |
| JP2008508511A (ja) | コロナ放電イオン化エレメントを備えたイオン移動度分光器 | |
| JP2016520952A (ja) | 試料ガス流の粒子をイオン化する方法および装置 | |
| US20050133710A1 (en) | Method and apparatus for ion mobility spectrometry | |
| Li et al. | Direct detection of chemical warfare agent simulants in soil by thermal desorption-low temperature plasma-mass spectrometry | |
| Urabe et al. | Development of portable mass spectrometer with electron cyclotron resonance ion source for detection of chemical warfare agents in air | |
| CN107195529B (zh) | 一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子化方法及其装置 | |
| Demarcke et al. | Laboratory studies in support of the detection of sesquiterpenes by proton-transfer-reaction-mass-spectrometry | |
| Schoon et al. | A selected ion flow tube study of the reactions of H3O+, NO+ and O2+ with a series of monoterpenes | |
| US20080054172A1 (en) | Gas monitoring apparatus and gas monitoring method | |
| Wyche et al. | Performance of Chemical Ionization Reaction Time-of-Flight Mass Spectrometry (CIR-TOF-MS) for the measurement of atmospherically significant oxygenated volatile organic compounds | |
| Nunome et al. | Development of soft ionization using direct current pulse glow discharge plasma source in mass spectrometry for volatile organic compounds analysis | |
| Zhao et al. | A mechanism study of positive ionization processes in flowing atmospheric-pressure afterglow (FAPA) ambient ion source with controlled plasma and ambient conditions | |
| Spesyvyi et al. | In‐tube collision‐induced dissociation for selected ion flow‐drift tube mass spectrometry, SIFDT‐MS: a case study of NO+ reactions with isomeric monoterpenes | |
| CN207425794U (zh) | 一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子源 | |
| Stano et al. | Ion mobility spectrometry study of negative corona discharge in oxygen/nitrogen mixtures | |
| JPS6215747A (ja) | 質量分析計 | |
| Wetzel et al. | Development of a direct current He atmospheric-pressure glow discharge as an ionization source for elemental mass spectrometry via hydride generation | |
| CN107342210B (zh) | 利用激发态质子电子协同转移反应提供质子化水的质子转移反应离子源 | |
| Kidera et al. | New method for comprehensive detection of chemical warfare agents using an electron-cyclotron-resonance ion-source mass spectrometer | |
| Zavilopulo et al. | Ionization of water and carbon dioxide molecules by electron impact near threshold |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |