CN108091540B - 一种射频聚焦增强真空紫外光质谱电离源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及质谱分析仪器，具体说是一种用于质谱分析的基于射频分段四极杆聚焦增强的紫外光电离源，其具体结构包括，电离源腔体，真空紫外灯、推斥电极、气体进样管、分段四极杆以及差分电极。本电离源利用四极杆在中等气压下提高离子碰撞频率，增强聚焦等性能，提高了离子的传输效率以及分子离子反应的几率，实现了对真空紫外光电离源的电离效率的增强，能够大大提高了仪器灵敏度。同时，引入分段的结构可以控制合适的轴向电场，控制反应速率以及解离能提高电离源的选择性。

Description

一种射频聚焦增强真空紫外光质谱电离源

技术领域

本发明涉及质谱分析仪器，具体的说是一种射频聚焦增强真空紫外光电离源。利用四极杆在中等气压下提高离子碰撞频率，增强聚焦等性能，提高了离子的传输效率以及分子离子反应的几率，实现了对真空紫外光电离源的电离效率的增强，能够大大提高了仪器灵敏度。

背景技术

真空紫外灯电离源具有体积小，功耗低，灵敏度高，寿命长，谱图简单等优点，适合于复杂样品分析及样品的在线监测，过程监控等领域。真空紫外光能够使电离能(IE)低于其光子能量的有机物分子发生软电离，主要产生分子离子，几乎没有碎片离子，特别适合于快速的定性定量分析。

李等人(Anal.Chem.2011,83,5309–5316)采用真空紫外光电离源，通过逐渐提升电离区电压提高分子数密度，灵敏度得到一定的提升，同时指出气压提升到50pa以上，信号强度开始衰减。究其原因是随着气压增大电离区传输效率下降，导致灵敏度降低。

射频四极杆传输技术具有非常优秀的聚焦性能，带电离子交变四极场作用下与中性气体反复碰撞，逐渐冷却到四极杆轴心，大大提高离子的利用率以及传输效率。如果将其用在化学电离源中，还可以增加样品与试剂离子的碰撞频率，提高电离效率。但用于传输的射频四极杆一般工作在0.1～10pa，难以满足高气压的需求。分段四极杆，可以在每段电极上施加电压，可以通过提高轴向电场，提高四极杆的工作气压，同时还可以通过调节轴向电场，控制反应速率以及解离能提高电离源的选择性。

发明内容

本发明的目的在于利用四极杆在中等气压下提高离子碰撞频率，增强聚焦等性能，提高了离子的传输效率以及分子离子反应的几率，实现了对真空紫外光电离源的电离效率的增强，能够大大提高了仪器灵敏度。同时，引入分段的结构可以控制合适的轴向电场，控制反应速率以及解离能提高电离源的选择性。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

射频聚焦增强真空紫外光质谱电离源，包括电离源腔体，真空紫外灯，离子推斥电极，气体进样管，分段四极杆，真空密封圈和差分电极；其特征在于：

真空紫外灯置于电离源腔体内部；沿真空紫外灯光线出射方向依次设置有离子推斥电极、分段四极杆和差分电极，离子推斥电极和差分电极均为中部设置有圆形通孔的平板结构，并且平行、通孔同轴放置；

真空紫外灯出射光线的光轴与离子推斥电极中部通孔同轴；气体进样管由电离源腔体外部穿过电离源腔体侧壁进入电离源腔体内部，其出口面向离子推斥电极与分段四极杆之间的区域；

分段四极杆由分段电极及四根支撑柱组成，以真空紫外灯出射光线的光轴为对称轴，四根支撑柱中心对称均匀分布，分段电极为中部带通孔的圆形平板，分段电极通过其上的通孔穿套于支撑柱上，每根支撑柱上至少穿套有2个以上的分段电极，它们之间平行、等间隔、同轴放置，每根支撑柱上的分段电极数量相同，四根支撑柱上相应的4个分段电极处于同一与离子推斥电极平行的平面上。

离子推斥电极为中部设有作为出光口的圆形通孔的平板结构，出光口直径大小为1～10mm；差分电极为中部设有作为差分孔的圆形通孔的平板结构，差分孔直径大小为0.5～5mm；离子推斥电极与差分电极之间的距离为20～200mm。

于离子推斥电极和差分电极上按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的电压V1、V2，沿真空紫外灯出射光线方向，在电离源内形成大小为1～50V/cm的离子传输电场。

沿真空紫外灯出射光线方向，离子推斥电极、分段电极和差分电极之间均采用等值电阻相连，电阻阻值为0.05MΩ～5MΩ，分段电极各自与等值电容相连，电容值为1pF～1000pF，每根支撑柱上的各分段电极都施加同样射频电压，且相间的支撑柱上的各分段电极都施加同样射频电压，相邻支撑柱上的各分段电极都施加极性相反的且绝对值相同的射频电压；射频电压峰峰值为40～1000V，射频频率为0.1～5MHz；每根支撑柱上分段电极数目为2～100个，总长度为4～400mm。

气体进样管可以是金属毛细管或石英毛细管，可以是一根或二根以上，可以是样品气体进样管，或也可以是试剂气体进样管；长度为0.05～5m，内径为25～500μm。

差分孔与质量分析器相连，所述的质量分析器为飞行时间质量分析器、四级杆质量分析器或离子阱质量分析器。

所述的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。

本发明提供的射频聚焦增强真空紫外光电离源，利用四极杆在中等气压下提高离子碰撞频率，增强聚焦等性能，提高了离子的传输效率以及分子离子反应的几率，实现了对真空紫外光电离源的电离效率的增强，能够大大提高了仪器灵敏度。同时，引入分段的结构可以控制合适的轴向电场，控制反应速率以及解离能提高电离源的选择性。

整套电离源体积小巧、结构紧凑，可以与不同质量分析器连接，在过程监控和环境污染的在线监测领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的真空紫外光化学电离源结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明的结构示意图其包括电离源腔体1，真空紫外灯2，离子推斥电极3，气体进样管10，分段四极杆13，真空密封圈4和差分电极7；其特征在于：

真空紫外灯2置于电离源腔体1内部；沿真空紫外灯2光线出射方向依次设置有离子推斥电极3、分段四极杆13和差分电极7，离子推斥电极3和差分电极7均为中部设置有圆形通孔的平板结构，并且平行、通孔同轴放置；

真空紫外灯14出射光线的光轴与离子推斥电极3中部通孔同轴；气体进样管10由电离源腔体1外部穿过电离源腔体1侧壁进入电离源腔体1内部，其出口面向离子推斥电极3与分段四极杆13之间的区域；

分段四极杆13由分段电极9及四根支撑柱8组成，以真空紫外灯14出射光线的光轴为对称轴，四根支撑柱8中心对称均匀分布，分段电极9为中部带通孔的圆形平板，

分段电极9通过其上的通孔穿套于支撑柱8上，每根支撑柱8上至少穿套有2个以上的分段电极9，它们之间平行、等间隔、同轴放置，每根支撑柱8上的分段电极9数量相同，四根支撑柱8上相应的4个分段电极9处于同一与离子推斥电极3平行的平面上。

离子推斥电极3为中部设有作为出光口12的圆形通孔的平板结构，出光口直径大小为8mm；差分电极7为中部设有作为差分孔6的圆形通孔的平板结构，差分孔6直径大小为1mm；离子推斥电极3与差分电极7之间的距离为100mm。

于离子推斥电极3和差分电极7上按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的电压40V、10V，沿真空紫外灯14出射光线方向，在电离源内形成大小为3V/cm的离子传输电场。

沿真空紫外灯14出射光线方向，离子推斥电极3、分段电极9和差分电极7之间均采用等值电阻相连，电阻阻值为1MΩ，分段电极9各自与等值电容相连，电容值为10pF，每根支撑柱8上的各分段电极9都施加同样射频电压，且相间的支撑柱8上的各分段电极9都施加同样射频电压，相邻支撑柱8上的各分段电极9都施加极性相反的且绝对值相同的射频电压；射频电压峰峰值为150V，射频频率为1MHz；每根支撑柱8上分段电极9数目为15个，总长度为75mm。

气体进样管10为金属毛细管或石英毛细管，共两根；长度均为50cm，内径为250μm。

差分孔6与质量分析器相连，所用的质量分析器为飞行时间质量分析器。所用真空紫外光源为气体放电灯光源。

具体实施时，样品气体或者试剂气体通过气体进样管(11)进入电离源内部。真空紫外灯(2)发出的光照射样品气体或者试剂气体并电离。电离后的离子(5)在分段四极杆(13)的作用下与中性气体反复碰撞，冷却到电离源中心，提高传输效率。如果同时进入试剂气体，试剂气体同样被真空紫外灯(2)电离成试剂离子，并且在分段四极杆(13)的作用下，样品与试剂离子反复碰撞，大大提高电离效率。同时通过控制离子推斥电极(3)和差分电极(7)之间的压差，可以控制反应速率以及解离能提高电离源的选择性。

Claims (7)

1.一种射频聚焦增强真空紫外光质谱电离源，包括电离源腔体（1），真空紫外灯（2），离子推斥电极（3），气体进样管（10），分段四极杆（13），真空密封圈（4）和差分电极（7）；其特征在于：

真空紫外灯（2）置于电离源腔体（1）内部；沿真空紫外灯（2）光线出射方向依次设置有离子推斥电极（3）、分段四极杆（13）和差分电极（7），离子推斥电极（3）和差分电极（7）均为中部设置有圆形通孔的平板结构，并且平行、通孔同轴放置；

真空紫外灯（14）出射光线的光轴与离子推斥电极（3）中部通孔同轴；气体进样管（10）由电离源腔体（1）外部穿过电离源腔体（1）侧壁进入电离源腔体（1）内部，其出口面向离子推斥电极（3）与分段四极杆（13）之间的区域；

分段四极杆（13）由分段电极（9）及四根支撑柱（8）组成，以真空紫外灯（14）出射光线的光轴为对称轴，四根支撑柱（8）中心对称均匀分布，分段电极（9）为中部带通孔的圆形平板，分段电极（9）通过其上的通孔穿套于支撑柱（8）上，每根支撑柱（8）上至少穿套有2个以上的分段电极（9），它们之间平行、等间隔、同轴放置，每根支撑柱（8）上的分段电极（9）数量相同，四根支撑柱（8）上相应的4个分段电极（9）处于同一与离子推斥电极（3）平行的平面上。

2.根据权利要求1所述的电离源，其特征在于：

离子推斥电极（3）为中部设有作为出光口（12）的圆形通孔的平板结构，出光口直径大小为1~10mm；差分电极（7）为中部设有作为差分孔（6）的圆形通孔的平板结构，差分孔（6）直径大小为0.5~5mm；离子推斥电极（3）与差分电极（7）之间的距离为20~200mm。

3.根据权利要求1所述的电离源，其特征在于：

于离子推斥电极（3）和差分电极（7）上按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的电压V1、V2，沿真空紫外灯（14）出射光线方向，在电离源内形成大小为1~50 V/cm的离子传输电场。

4.根据权利要求1所述的电离源，其特征在于：

沿真空紫外灯（14）出射光线方向，离子推斥电极（3）、分段电极（9）和差分电极（7）之间均采用等值电阻相连，电阻阻值为0.05MΩ~5MΩ，分段电极（9）各自与等值电容相连，电容值为1pF~1000pF，每根支撑柱（8）上的各分段电极（9）都施加同样射频电压，且相间的支撑柱（8）上的各分段电极（9）都施加同样射频电压，相邻支撑柱（8）上的各分段电极（9）都施加极性相反的且绝对值相同的射频电压；射频电压峰峰值为40~1000V，射频频率为0.1~5MHz；每根支撑柱（8）上分段电极（9）数目为2~100个，总长度为4~400 mm。

5.根据权利要求1所述的电离源，其特征在于：

气体进样管（10）是金属毛细管或石英毛细管，是一根或二根以上，是样品气体进样管，或是试剂气体进样管，长度为0.05~5m，内径为25~500μm。

6.根据权利要求1所述的电离源，其特征在于：

差分孔（6）与质量分析器相连，所述的质量分析器为飞行时间质量分析器、四级杆质量分析器或离子阱质量分析器。

7.根据权利要求1所述的电离源，其特征在于：

所述的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。