CN108461377A - 一种膜进样质子转移反应质谱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膜进样质子转移反应质谱，包括依次连接的离子源、漂移管、离子传输区和质量分析器；离子源前端设有水蒸汽入口，后端设有水蒸汽出口；漂移管前端设有待测物入口，后端设有抽气口；待测物入口与膜进样系统连接。膜进样系统的前端设有样品入口，后端连接机械泵，中间设有PDMS膜，PDMS膜后腔连接待测物入口。采用膜进样系统与质子转移反应质谱相结合，气体液体样品可以直接进样，固体样品可以经过热解析后进样，提高了气体、液体和固体组分检测的可靠性。样品中痕量VOCs经过硅橡胶膜富集后再检测，进一步降低了仪器的检测限。可以检测气体、液体、固体中挥发性有机物。
Description
技术领域
本发明涉及一种分析仪器领域中的质子转移反应质谱，尤其涉及一种膜进样质子转移反应质谱。
背景技术
质子转移反应质谱(Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry,PTR-MS)是一种痕量挥发性有机物在线检测技术。PTR-MS通常采用H3O+作为初始反应离子，通过与有机物分子M的质子转移反应生成准分子离子MH+，并采用质谱检测产物离子的强度来定量确定有机物M的绝对浓度。水蒸汽经过电离源区域，经放电产生H3O+，然后进入漂移管，在漂移管内与待测物M在漂移扩散的过程中发生碰撞，H3O+将质子转移给待测物M，使其离子化。该反应式为：
H3O++M→H2O+MH+
大多数VOCs的质子亲和势小于900KJ/mol,质子转移反应释放的能量不足以使有机物分子产生碎片离子，所以这是一种软电离技术。
大多数VOCs(除了CH4和C2H4等少数有机物)的质子亲和势大于H2O，空气中的主要成分N2,O2和CO2等的质子亲和势小于H2O，H3O+可与大多数VOCs发生质子转移反应，而不与空气成分发生质子转移反应。因此用PTR-MS测量空气中的痕量VOCs时，不受空气中常规组分的干扰，且不需要对样品进行预处理。普通PTR-MS仪主要检测气体样品，而对于液体或固体样品，只能检测其上方的挥发物而不能对其本身进行直接检测。
膜进样是一种样品快速富集技术，其结构简单，允许气体、液体样品直接进样，无需复杂的样品前处理过程，而且使用超薄的PDMS膜，其响应时间短，能够满足在线分析的要求。硅橡胶膜(聚甲基硅氧烷，PDMS)是最常用的膜材料。膜进样的过程分为三步：(1)膜表面对待测样品的选择性吸附；(2)待测样品形成浓度梯度渗透进膜；(3)待测样品在高真空侧解析脱附。在膜两侧压力差的推动下，待测样品中各组分在膜中的溶解度不同，渗透速率产生差异，根据相似相溶原理，VOCs在膜中的溶解度要远大于N2、O2、H2O等组分。渗透率大的VOCs能在高真空侧得到富集，从而大大降低仪器的检测限。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以检测气体、液体、固体中挥发性有机物的膜进样质子转移反应质谱。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的膜进样质子转移反应质谱，包括依次连接的离子源、漂移管、离子传输区和质量分析器；
所述离子源前端设有水蒸汽入口，后端设有水蒸汽出口；
所述漂移管前端设有待测物入口，后端设有抽气口；
所述待测物入口与膜进样系统连接。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的膜进样质子转移反应质谱，采用膜进样系统与质子转移反应质谱相结合，气体液体样品可以直接进样，固体样品可以经过热解析后进样，提高了气体、液体和固体组分检测的可靠性。样品中痕量VOCs经过硅橡胶膜富集后再检测，进一步降低了仪器的检测限。
附图说明
图1为本发明实施例提供的膜进样质子转移反应质谱结构示意图(气体或液体进样)。
图2为本发明实施例检测固体样品的结构示意图。
图中：
水蒸汽入口1，空心阴极离子源2，水蒸汽出口3，待测物入口4，漂移管5，抽气口6，离子传输区7，质量分析器8，膜进样系统9，机械泵10，PDMS膜11，样品入口12，热解析室13。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的膜进样质子转移反应质谱，其较佳的具体实施方式是：
包括依次连接的离子源、漂移管、离子传输区和质量分析器；
所述离子源前端设有水蒸汽入口，后端设有水蒸汽出口；
所述漂移管前端设有待测物入口，后端设有抽气口；
所述待测物入口与膜进样系统连接。
所述离子源包括空心阴极离子源、电子轰击电离源、平面电极直流放电源、放射性电离源、光诱导离子源和微波等离子体源中的任一种。
所述漂移管包括被绝缘环间隔的金属环电极，相邻金属环之间连接相同阻值的电阻。
所述离子传输区设有静电透镜、多极杆离子导向装置或离子漏斗。
所述质量分析器为四极杆质量分析器、离子阱质量分析器或飞行时间质量分析器。
所述膜进样系统的前端设有样品入口，后端连接机械泵，中间设有PDMS膜，PDMS膜后腔连接所述待测物入口。
所述样品入口与热解析室连接。
当气体进样或固体热解析进样时所述机械泵应使用微型气体泵，当液体进样时所述机械泵使用蠕动泵。
所述PDMS膜厚度为20微米、50微米或100微米。
本发明的膜进样质子转移反应质谱，采用膜进样系统与质子转移反应质谱相结合，气体液体样品可以直接进样，固体样品可以经过热解析后进样，提高了气体、液体和固体组分检测的可靠性。样品中痕量VOCs经过硅橡胶膜富集后再检测，进一步降低了仪器的检测限。可以检测气体、液体、固体中挥发性有机物。
具体实施例：
如图1所示，包括空心阴极离子源2，漂移管5，离子传输区7，质量分析器8和膜进样系统9。
所述空心阴极离子源2前端有水蒸汽入口1，后端有水蒸汽出口3。本发明仅以最常用的空心阴极离子源为例，还有其它形式的离子源，如电子轰击电离源、平面电极直流放电源、放射性电离源、光诱导离子源和微波等离子体源。除了使用由水产生的H3O+作为母体离子以外，还可选用NH4 +、NO+、O2 +等。
所述漂移管5前端有待测物入口4，后端有抽气口6。漂移管5由被绝缘环间隔的金属环电极组成，相邻环之间连接相同阻值的电阻，当在漂移管两端加上一定电压时，漂移管内可产生均匀电场以加速离子。
所述离子传输区7起到传输与聚焦离子的作用，常用的有静电透镜、多极杆离子导向装置、离子漏斗等。
所述质量分析器8可以是四极杆质量分析器、离子阱质量分析器和飞行时间质量分析器。
所述膜进样系统9前端有样品入口12，后端连接机械泵10，中间是PDMS膜11，膜后腔连接待测物入口4。
所述机械泵10，当气体进样或固体热解析进样时应使用微型气体泵，当液体进样时使用蠕动泵。
所述PDMS膜11厚度有20微米、50微米、100微米等。
待测样品经待测物入口4进入膜进样系统9，流经PDMS膜11表面后被机械泵10抽走。在PDMS膜11两侧压力差的推动下，待测样品中各组分在膜中的溶解度不同，渗透速率产生差异，渗透率大的VOCs在高真空侧的待测物入口4得到富集。水蒸汽经过空心阴极离子源2区域，经放电产生H3O+，进入漂移管5。在漂移管5内H3O+与富集后的样品在漂移扩散的过程中发生碰撞，H3O+将质子转移给待测物，发生质子转移反应。产生的离子经离子传输区7传输聚焦送入质量分析器8检测。
当气体或者液体样品进样时如图1所示，气体或液体样品直接由样品入口12引入；对于固体样品如图2所示，要在热解析室13解析出固体中的VOCs后送入样品入口12检测。本发明采用膜进样系统与质子转移反应质谱相结合，气体液体样品可以直接进样，固体样品可以经过热解析后进样，提高了气体、液体和固体组分检测的可靠性。样品中痕量VOCs经过硅橡胶膜富集后再检测，进一步降低了仪器的检测限。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种膜进样质子转移反应质谱，其特征在于，包括依次连接的离子源、漂移管、离子传输区和质量分析器；
所述离子源前端设有水蒸汽入口，后端设有水蒸汽出口；
所述漂移管前端设有待测物入口，后端设有抽气口；
所述待测物入口与膜进样系统连接。
2.根据权利要求1所述的膜进样质子转移反应质谱，其特征在于，所述离子源包括空心阴极离子源、电子轰击电离源、平面电极直流放电源、放射性电离源、光诱导离子源和微波等离子体源中的任一种。
3.根据权利要求1所述的膜进样质子转移反应质谱，其特征在于，所述漂移管包括被绝缘环间隔的金属环电极，相邻金属环之间连接相同阻值的电阻。
4.根据权利要求1所述的膜进样质子转移反应质谱，其特征在于，所述离子传输区设有静电透镜、多极杆离子导向装置或离子漏斗。
5.根据权利要求1所述的膜进样质子转移反应质谱，其特征在于，所述质量分析器为四极杆质量分析器、离子阱质量分析器或飞行时间质量分析器。
6.根据权利要求1所述的膜进样质子转移反应质谱，其特征在于，所述膜进样系统的前端设有样品入口，后端连接机械泵，中间设有PDMS膜，PDMS膜后腔连接所述待测物入口。
7.根据权利要求6所述的膜进样质子转移反应质谱，其特征在于，所述样品入口与热解析室连接。
8.根据权利要求7所述的膜进样质子转移反应质谱，其特征在于，当气体进样或固体热解析进样时所述机械泵应使用微型气体泵，当液体进样时所述机械泵使用蠕动泵。
9.根据权利要求6、7或8所述的膜进样质子转移反应质谱，其特征在于，所述PDMS膜厚度为20微米、50微米或100微米。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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