CN108701578A - 电离装置的用途、装置及用于电离的气态物质的方法以及用于分析被电离的气态物质的装置和方法 - Google Patents

电离装置的用途、装置及用于电离的气态物质的方法以及用于分析被电离的气态物质的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电离气态物质的技术领域，尤其是电离或离子化气态物质以分析气态物质的技术领域。装置使放电气体和样品物质在通流中被电离并且基本上不会破坏或碎片化样品物质。为了避免设计和构造上的大支出，所述装置旨在能够用在环境条件下并确保样品物质的可能的分析中的高灵敏度。为此，建议一种电离装置，以用于在电离过程中在电离装置中在大于40kPa的绝对压力下执行放电气体和样品物质的通流式电离。电离装置包括入口、出口、第一电极、介电元件和第二电极。介电元件构造成呈中空的结构体的形状，中空的结构体具有内侧和外侧，并且介电元件允许放电气体和样品物质沿流动方向流动穿过介电元件。第一电极布置在所述介电元件的外侧之外。第二电极构造成：至少区段地布置在所述介电元件内，并被介电元件的内侧垂直于流动方向地环绕，并且允许放电气体和样品物质流动穿过第二电极或在第二电极周围流动。第一电极和第二电极的关联的端部之间在所述流动方向上或反向于流动方向的方向上的距离为‑5mm至5mm。通过在第一电极与第二电极之间施加电压而能够在介质阻挡放电区中产生介质阻挡放电以电离放电气体或样品物质。

Description

电离装置的用途、装置及用于电离的气态物质的方法以及用 于分析被电离的气态物质的装置和方法
技术领域
本发明涉及电离气态物质的技术领域，尤其是电离或离子化气态物质从而为气态物质的分析做准备的技术领域。
背景技术
WO2009/102766描述了一种通过介质阻挡放电来电离放电气体的等离子探头。为了电离样品物质，等离子探头指向样品物质以电离样品物质。被电离的样品物质可以在靠近样品物质布置的质量分析单元中被分析。这种离子化引起带电粒子的互相排斥并会引起与气体分子的撞击，从而可以发生放电。这会造成分析前显著的离子损失并由此会降低灵敏性。
US2013/0161507A1公开了一种质谱仪，用以利用介质阻挡放电技术来电离被分析物。公开的本申请尤其旨在于两个电极之间建立用于放电的低电压(参见第1页，第[0009]段)。为此，待分析的样品101必须被放置在样品容器106中并在真空下由于压力梯度而进入进行电离的放电区域114。在放电区域中存在2Torr至300Torr(266Pa至39900Pa)的压力，电极112、113之间的距离是1mm至100mm(参见第2页，第[0035]段)。放电区域114中的真空度对于低放电电压的建立是必要的。此外，发光单元116被使用，所述放光单元照射一区域并产生放电。这种装置(处于真空下)具有复杂的结构设计并且将样品放置在样品容器中的必要性使得仅能用在特定的分析中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种装置，这种装置适于用来在通流模式下电离放电气体和样品物质而基本上不会破坏(碎片化)样品物质，这种装置能用在大气条件下以避免结构和设备上的高支出，并且这种装置还确保了被电离的物质的可能分析中的高灵敏度。
该目的通过电离装置的应用(权利要求1)、适于用在电离方法(权利要求17)和适于用于通流式电离(权利要求30)的电离装置(权利要求9)来实现。分析单元使得能够根据分析方法(权利要求25)在分析仪(权利要求20)中分析被电离的样品物质。
电离装置或离子化装置包括至少两个被介电元件隔开的电极。介电元件的形状为中空结构体，以使得放电气体和样品物质可以流过介电元件。在介电元件外布置有第一电极。第一电极可以构造成环或中空柱体并且可以推在介电元件上或施加在介电元件上。第二电极布置在介电元件内。在足够高的AC电压施加至电极中的一个或两个时，会在电离装置的介电放电区中产生介质阻挡放电。气态物质的电离在介电放电区中和/或后进行。
足够出乎意料的是，发现电离效率或离子化效率在显著的程度上取决于电极相对于彼此的布置方式，由此，通过一种有利的布置方式，可以显著地提高可能的后续的分析的灵敏性。为了获得较高的电离效率，电极的关联的端部之间的距离是-5mm至5mm(距离的细节展示在图1a至1c中示出)。
在以下情况下也是有利的：电极在垂直于流动方向的方向上以较小的距离间隔开，但是在考虑对可能在至少两个电极之间发生的介电放电的影响的情况下，可以以不同的方式构造该距离。
同样出乎意料的是，气态物质在放电区域中在压力大于40kPa的情况下具有高效的电离。负压可以通过布置在电离装置的出口处的负压单元来提供。
通过本发明所期待和实现的技术效果在于：能够对样品物质实施通流式电离以用于分析。所谓的“软”电离在本文中被使用，所述软电离最大程度地不破坏或断开分子，但是会通过质子化和电荷转移反应来产生准分子离子。尤其，在质谱法(高分辨率)的情况下，物质可以直接通过它的元素组成而被识别。由于根据本发明的电离装置和电离方法的设计所采用方式，可以在后续的分析过程中实现低飞克至阿克这样的范围内的非常高的灵敏度。
本发明提供一种高效的电离装置(以及与其关联的方法)，其与质谱法或离子迁移谱法的组合能提供一种高度灵敏的“电子鼻”(采用一种分析方法)，这种“电子鼻”能对处于气相的分子直接进行化学分析。除了与色谱法(GC，HPLC，Nano-LC)的典型组合外，应用的可能性还包括直接筛查分析，例如水果或蔬菜表面上的直接农药分析。为了军事防御或民防的目的，这种技术可以用来检测有毒化合物或战剂。尤其在化学战剂的情况下需要非常高的灵敏度，这是因为即使这些剂的最小浓度也具有危害生命的毒性。另一相关的应用领域是取证或安全检查(麻醉品或爆炸性擦拭试验)。而且，与样品预浓缩系统比如SPME的组合也是可能的。所述方法可以用来医疗“护理点”诊断(例如呼吸中的生物标志物分析、或者与SPME组合以检测血液、尿液等中的危险和禁用物)。
通流式电离的可能性总体简化了分析期间的采样(类似于人类鼻子的“呼入”)，并且这对于快速分析应用或筛查分析、例如在工业过程控制中是重要的。此外，对于处于大气压力下的带电粒子向真空(分析)的高效转移迄今为止所存在的问题得以解决。由于带电粒子的互相排斥，所形成的离子的大部分被丢失而没有被用在用于大气压力电离的目前所采用的过程(例如ESI，HESI，APCI，DART，DESI，LTP)中。在入口中或处直接形成离子确保了用于分析的带电粒子的高效转移并由此实现了高灵敏度。
化学分析通常必须不仅定性地而且还要定量地进行。由于电离与分析仪之间“开放式”连接的问题(如已有方法所存在的)，定量分析很容易被外部影响(气流、杂质的扩散等)干扰。这会导致以下问题：错误的或不正确的分析结果。通过通流式电离，电离与分析仪之间的连接是闭合的并且对于定量分析所存在的如上所述的问题通过这种方式被解决。
现有的在近似大气压力下基于等离子的电离过程不允许将被分析物引入到放电气体中，这是因为被分析物在放电中会被破坏。该问题通过以几乎没有或没有碎片的方式的极为“软”的等离子形成来解决。
和效率一样，所出现的碎片化的程度部分地取决于周围气氛的组成(湿度等)。由此，添加剂化合物(掺杂剂)或气体组成的适当选取将允许降低或提高电离效率和/或碎片化程度。提高电离效率和/或碎片化程度对于可移动应用是尤为有用的，这是因为便携式系统本身无法产生用来识别物质的特征碎片。
此外，本发明允许使分析装置微型化并可以与便携式系统组合，从而显著提高便携式系统的灵敏度。此外，利用电池或可充电电池的操作是可能的。不再需要运行材料(除了电能以外)并且可以在小于100ms下执行分析。此外，由于本发明的可微型化及结构设计，本发明可以与其它已有的电离方法(例如ESI，APCI等)组合，从而允许同时检测不同的被分析物，比如使强极性的物质和非极性的物质被并行地电离。
电离装置的另一改进包括：在电离装置上游或下游引入所谓的“掺杂剂”物质(例如在化学电离中)，用于提高选择性或灵敏度。
电离装置实现了：即使在高于60kPa的压力下，优选地在高于80kPa的压力，尤为优选地在大致大气压力下，也能在介质阻挡放电区中执行高效的电离。
第一、第二电极的关联的端部之间的距离优选地位于-3mm至3mm之间，更优选地位于-1mm至1mm之间，尤为优选地位于-0.2mm至0.2mm之间，最优选地位于-0.05mm至0.05mm之间，以用于通过介质阻挡放电实现尤为高的电离效率。
至少区段地布置在介电元件内的第二电极的形状可以是中空柱体，或者可以构造成具有非圆底面的中空结构体。中空结构体的合适的底面形状附加地还包括三角形、矩形或椭圆形底面形状。第二电极还可以构造成电线，所述电线与介电元件同心地或偏心地布置。第二电极与介电元件之间的垂直于气态物质的流动方向的小距离将是有利的。尤其，该距离小于0.5mm，优选地小于0.1mm。在第二电极与介电元件的内侧接触时，实现了尤为良好的电离结果。
第一电极可以在垂直于气态物质的流动方向的方向上与介电元件间隔开，所形成的距离优选地小于5mm。尤其，第一电极与介电元件的外侧接触。在第一电极作为一个层施加至介电元件的外侧上时实现了最佳电离结果。采用这种方式，可以避免第一电极的寄生放电，这种寄生放电在第一电极与介电元件之间的距离较小(非常小)的情况下(例如气体包裹)也可能发生。第一电极可以作为一个层通过使液体或悬浮液(例如金属漆)被干燥或固化而被施加。所述层也通过气相向固相的转变而被施加至介电元件的外侧。为此，例如喷溅法、CVD或PVD、或其它涂覆技术可以被使用。
第一和第二电极由传导材料(用于导电流)制成。尤其，它们由金属制成，所述金属包含有一定量的银或金(也呈层的形式)或者由金属合金构成，所述金属优选地是银或金。
介电元件可以由塑料(例如PMMA或PP)制成或优选地由石英玻璃或一些其它的介电材料制成。
电离装置具有入口和出口。通过入口，放电气体和样品物质可以进入电离装置，在电离装置中放电气体和样品物质可以被至少部分地电离，并且放电气体和样品物质可以从出口以被至少部分地电离的状况离开装置。放电气体和样品物质可以流动穿过的入口面积优选地大于出口的通流面积。尤其，流动限制单元布置在装置的出口处。
穿过电离装置的流动优选地是由压力梯度所引起的。优选地，装置的入口处的压力大于装置的出口处的压力。尤其，装置的出口处的压力低于大气压力，而入口外的压力是大气压力。
通过将分析单元布置在电离装置上可以形成分析仪。优选地，电离装置直接连接至分析单元(选择性地通过短的中介元件)。分析单元优选地是能够基于分子电荷执行分析的单元，例如质谱仪、离子迁移谱仪或类似装置。
优选地，除了根据本发明的电离装置之外，分析仪中还布置有至少一个另外的电离装置，例如用于实施电子轰击电离、电喷雾电离的装置或者类似电离装置。
对于具有尤为简单的结构设计的分析仪，电离装置的入口敞开向周围环境并且放电气体是入口周围的气氛，尤其是空气。其它放电气体也可以被使用，比如氮气、氧气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、至少一种惰性气体、或者这些气体的混合物。
根据优选的实施例，电离装置或分析仪可以被微型化以具有便携性(例如手持式装置)。
电离装置可以用在这样的方法中，借助于所述方法放电气体和样品物质被电离，尤其以通流模式被电离。首先，放电气体和样品物质经由电离装置的入口被引入电离装置，进而，在第一电极与第二电极之间施加电压以在介质阻挡放电区中产生介质阻挡放电，并且放电气体和/或样品物质将在放电区中和/或放电区后被电离。
为了生成介质阻挡放电，可以使用高达20kV、优选地最大10kV、尤其是最大5kV的电压。在电压为1kV至3kV的情况下可以实现尤为良好的电离结果。
介质阻挡放电可以通过单极电压脉冲(或高电压脉冲)来生成以降低位移电流的效应并由此抑制例如不期待的碎片化反应。脉冲的持续时间优选地为1μs，尤其脉冲的最长持续时间为500ns。利用持续时间为100ns至350ns的脉冲可以实现最佳结果。冲击脉冲或脉冲在此优选地具有不高于1MHz、尤其不高于100kHz，尤为优选地不高于25kHz的频率。在频率为1kHz至15kHz的情况下实现最具有能效的电离结果。
第一电极与第二电极之间的电压可以通过正弦波电压来施加，第一、第二电极之一的正弦波电压优选地相对于第一、第二电极中的另一个的正弦波电压的偏移半个周期。
分析仪可以用在以下方法中：根据该方法，放电气体和样品物质被引入电离装置的入口。电压被施加至第一电极和/或第二电极以在介质阻挡放电区中产生介质阻挡放电。在介质阻挡放电区中和/或后，样品物质和/或放电气体至少部分地电离，并随后被分析。
高达20kV、优选地不高于10kV、尤其不高于5kV的电压可以用在分析方法中。在电压为1kV至3kV的情况下可以实现尤为良好的电离结果。
分析方法中的介质阻挡放电可以通过单极电压脉冲(或高电压脉冲)来产生以减低位移电流的效应。脉冲的持续时间优选地为1μs，尤其最大持续时间是500ns。在脉冲的持续时间为100ns至350ns的情况下可以实现最佳结果。
冲击脉冲或脉冲的频率优选地不高于1MHz，尤其不高于100kHz，尤为优选地不高于25kHz。在频率为1kHz至15kHz的情况下可以实现最具有能效的电离结果。
第一电极与第二电极之间的电压可以通过正弦波电压来施加，第一、第二电极之一的正弦波电压优选地相对于第一、第二电极中的另一个电极的正弦波电压偏移半个周期。
电离装置可以用于放电气体和样品物质的通流式电离。放电气体、比如空气或电离装置的入口周围的一些其它气氛可以被持续地引入装置。样品可以被间歇地或持续地与放电气体一起引入装置。在电离装置内以通流模式进行电离。当分析单元连接至电离装置时，尤其可以确保：待分析的被电离的样品物质将在与没有流过电离装置的放电气体没有相互作用的情况下进入分析单元，而在例如利用等离子束的情况下却会与没有流过电离装置的放电气体相互作用。
根据另外的实施例，电离装置可以具有布置在放电区域下游的样品入口。所述样品入口可以例如构造成T型件。
在该实施例的情况下，放电气体可以通过电离装置的入口被引入，即引入如上文或如下下所述的电离装置，并在放电区域中被电离。在放电区域中，除了放电气体以外还可以存在掺杂剂。掺杂剂可以像放电气体那样经由电离装置的入口引入，或掺杂剂可以通过附加的入口(掺杂剂入口)引入电离装置。由此，放电气体和/或掺杂剂在电离装置中被电离。放电区域后(下游)所引入的样品尤其通过电荷转移反应与被电离的放电气体和/或掺杂剂反应，从而电离样品。优选地，在电离过程中，电离装置中具有高于40kPa的绝对压力。
上文或下文所描述的那种类型的电离装置可以被使用，以在电离过程中使放电区域中存在放电气体和/或掺杂剂，放电气体和/或掺杂剂由此被电离。优选地，在电离过程中在电离装置中具有高于40kPa的绝对压力。被电离的放电气体和/或掺杂剂可以以被电离的状态离开电离装置并在电离装置外遇到样品，从而在被电离的放电气体和/或掺杂剂与样品之间发生反应、尤其是电荷转移反应。由此，样品可以被电离。
根据另外的实施例，离子滤质器可以连接至上文或下文所描述那种电离装置。通过离子滤质器，一种或多种特定的离子基于它们的质量或它们的质荷比被隔离或者被选取。离子滤质器的一示例是四极滤质器。如果电离装置具有所述样品入口，那么离子滤质器可以布置在电离装置的放电区域与电离装置的所述样品入口之间。
离子滤质器也可以布置在电离装置的放电区域与电离装置的输出口或出口之间。通过利用离子滤质器，可以选取放电气体的和/或掺杂剂的特定的离子以使这些离子与样品接触，从而可以提高被电离的样品的分析期间的选择性和/或灵敏度。
所描述的电离装置可以用在上文或下文所描述的分析仪、用于电离的方法或用于分析的方法中。
附图说明
借助于示例示出本发明的实施例并且附图的图示没有限制权利要求。
图1以穿过沿着流动方向R的纵向轴线的剖面示出电离装置100的一实施例。
图1a以穿过沿着流动方向R的纵向轴线的剖面示出电离装置100的一实施例，其中，距离D为正值。
图1b以穿过沿着流动方向R的纵向轴线的剖面示出电离装置100的实施例，其中，距离D为负值。
图1c以穿过沿着流动方向R的纵向轴线的剖面示出电离装置100的实施例，其中，距离D的值等于零。
图2以穿过沿着流动方向R的纵向轴线的剖面示出电离装置100的一实施例，其具有垂直于流动方向的剖面A-A。
图3以穿过沿着流动方向R的纵向轴线的剖面示出电离装置100的一实施例，其具有流动限制单元20。
图4以穿过沿着流动方向R的纵向轴线的剖面示出电离装置100的一实施例，其具有流动限制单元以及入口或出口A30。
图5以根据图2的实施例的垂直于流动方向R的剖面A-A示出电离装置100的一实施例。
图6以垂直于流动方向R的剖面示出电离装置100的一实施例。
图7以垂直于流动方向R的剖面示出电离装置100的一实施例。
图8以垂直于流动方向R的剖面示出电离装置100的一实施例。
图9以垂直于流动方向R的剖面示出电离装置100的一实施例。
图10以垂直于流动方向R的剖面示出电离装置100的一实施例。
图11以穿过沿着流动方向R的纵向轴线的剖面示出分析仪200的一实施例，其具有电离装置100和分析单元30。
具体实施方式
图1示出包括第一电极1的电离装置100的一实施例，第一电极1与介电元件2的外侧2a接触。第二电极3部分地布置在介电元件2内并与介电元件的内侧2b接触。在该实施例中，第一、第二电极1、3以及介电元件2构造成具有敞开的端面的柱状中空体。第一电极1的外直径和壁厚度选取成使得第一电极1与介电元件2接触并且第二电极3的外直径的大小比第一电极1的外直径基本上小第一电极1的壁厚度的两倍和介电元件2的壁厚度的两倍。电离装置100允许放电气体G或样品物质S(或放电气体G与样品物质S的混合物)沿流动方向R流过电离装置100。放电气体G和/或样品物质S可以经由电离装置100的入口E进入电离装置100，入口E敞开向周围气氛。在该实施例中，入口E通过第二电极3的一敞开的通流端面(其朝向逆向于流动方向R)而被限定成以下区域：该区域具有第二电极的内直径。根据另外的实施例，第二电极3可以完全布置在介电元件2内，以使得电离装置100的入口E通过介电元件2的一敞开的端面来限定，该敞开的端面的朝向逆向于流动方向R。电离装置100的出口A由介电元件2的具有顺着流动方向R的朝向的端面形成。出口A的通流面积通过介电元件2的内直径确定。第一、第二电极1、3相对于彼此布置成使得第一电极与第二电极之间在流动方向R上基本上没有间距。电极1、3在垂直于流动方向R的方向上距离由位于电极1、3之间的介电元件2的壁厚度产生。
在电离装置100的出口A处，负压单元10被布置，负压单元10中的压力低于大气压力，从而在电离装置100中形成流动并控制电离装置100中的压力(通过控制负压单元10中的压力)。负压单元10可以设置在电离装置100的所有的实施例上。
在电压、尤其是AC电压施加在电极1、3中的一个或两个上时，可能在介质阻挡放电区110中出现介质阻挡放电以电离放电气体G或样品物质S。介质阻挡放电区110在图1中仅示意性示出并且示出通过介质阻挡放电而形成活性物主要发生在电极1、3之间的区域内。
根据另一实施例，第一和/或第二电极1、3可以定位在介电元件2中以使得电极1、3相对于彼此绝缘。
电极1、3的关联的端部之间的距离D可以在图1a、图1b和图1c中最佳地观察到。
在图1a中，距离D为正值(例如1mm)并且属于电极1、3的两个端部之间在流动方向R上或在相反于流动方向R的方向上的距离。第一电极1的作为在流动方向R上的首端的端部与第二电极3的作为在流动方向R上的末端的端部是关联的。在距离D为正值的情况下，电极1、3在流动方向R上或在相反于所述流动方向的方向上没有重叠。
图1b示出第一、第二电极1、3的关联的端部在流动方向R或相反于流动方向R的方向上的距离D为负值(例如-1mm)。如果电极1、3在流动方向R上或相反于流动方向R的方向上重叠的话，那么第一电极1的作为在流动方向R上的首端的端部与第二电极3的作为在流动方向R上的末端的端部关联。如果电极1、3重叠的话，则得到为负值的距离D。
在图1c中，电极1、3的端部之间的距离D为零。第一电极1的作为在流动方向R上的首端的端部与第二电极3的作为在流动方向R上的末端的端部是关联的。本领域技术人员能够知晓的是：这种边界情况应当仅存在于距离测量值的测量精确度范围内。
图1c中电极1、3的布置能提供最佳的电离结果。随着电极1、3的关联的端部之间的距离D增大，电离效率或电离度将会降低，效率随着距离D的负值的大小的增大而降低的程度低于效率随着距离D的正值的大小的增大而降低的程度。
图2示出具有重叠的电极1、3的电离装置100的一实施例。距离D为负值。垂直于流动方向的剖面A-A被引入以更清楚地示出横截面(参见图5)。
电离装置100的出口A具有布置在其上的流动限制单元20(参见图3)。电离装置的根据图2的实施例被示意性示出。流动限制单元20也可以布置在电离装置100的任何其它实施例上。在图3中，流动限制单元20构造成可附接至电离装置100的减速装置，从而缩小出口A的通流面积。穿过电离装置的流动可以由压力梯度来产生，为此，负压(例如通过负压单元10来建立)优选地被施加至电离装置的出口A，存在于入口外的压力优选地是大气压力。通过缩小出口A处的横截面面积，可以在给定的压力梯度下(例如通过流动限制单元20的出口A20处的特定的负压来给定)容易地调节穿过电离装置100的流动。在利用流动限制单元20和流动限制单元20的出口A20处的预设的负压时，电离装置100中的压力梯度将相对于没有设置流动限制单元20时产生的压力梯度要小。基于流动限制单元20的特定的尺寸和电离装置100的特定的尺寸，介质阻挡放电区110中的压力将显著高于流动限制单元20的出口A20处的压力并只比大气压力略低，所述大气压力优选地存在于入口E外。本领域技术人员可以理解的是，特定的压力状况是由相应的构件的结构设计、由材料特有的特性和由物理边界条件(温度、环境压力等)产生的。介质阻挡放电区110中的绝对压力优选地高于40kPa。穿过电离装置100的流率优选地是0.01L/min至10L/min并且尤为优选地是0.1L/min至1.5L/min。
借助于横截面面积的减小的流动调节不仅可以通过流动限制单元20来实现，而且也可以通过在结构设计或控制技术上所采取的其它手段来实现(例如借助于阀通过可控制地改变横截面、或者借助于可变的负压)。例如，有利的是，通过使介电元件2具有非恒定的横截面来使电离装置100的出口A窄缩。不过，也可以采取用于调节电离装置100中的压力和/或穿过电离装置的流动的其它合适手段。
图4示出具有入口或出口A30的电离装置100的另外的实施例。入口或出口A30可以设置在根据本发明的电离装置100的所有其它实施例(具有或不具有流动限制单元20)中。入口或出口A30构造成：在介质阻挡放电区110于流动方向R上的下游或上游，可以将附加的物质引入电离装置100或者可以将流动的放电气体G的一部分或样品物质S的一部分排出。
图5示出垂直于流动方向R的、穿过图2的电离装置100的实施例的一部分的剖面A-A，在该部分中电极1、3重叠。第一电极1、介电元件2和第二电极3具有圆形横截面。第一电极1与介电元件2的外侧2a接触，第二电极3与介电元件2的内侧2b接触。根据另一实施例，第二电极3没有与介电元件2的内侧2b接触并且流过电离装置100的放电气体G和样品物质S可以以穿过第二电极3和在第二电极3周围的方式流动。
在图6中，第二电极3构造成布置在电离装置100的中心区域(垂直于流动方向R的区域)中的电线或细长体。介电元件2的内侧2b可以被流过电离装置100的放电气体G和样品物质S接触。第一电极1与介电元件2的外侧2a接触。
在图7中，第二电极3构造成电线或细长体。介电元件2的内侧2b与第二电极3接触。放电气体G和样品物质S可以流动穿过形成在介电元件2与第一电极1之间的环状间隙。
在图8示出的电离装置100的实施例中，在图6示出的实施例的基础上，还设具有绕着第一电极1布置的结构体K。第二电极3构造成电线或细长体并且没有与介电元件2的内侧2b接触。第一电极1与介电元件2的外侧2a接触。结构体K环绕着第一电极1以使得流过电离装置100的放电气体G和样品物质S可以被分成两个流动部分。第一部分可以流动穿过形成在结构体K与第一电极1之间的环状间隙并且第二部分可以流动穿过形成在第二电极3与介电元件2之间的环状间隙。放电气体G和样品物质S优选地只在或主要在第二电极3与介电元件2之间的环状间隙内可被电离。介质阻挡放电区110优选地主要只延伸到第二电极3与介电元件2之间的环状间隙内。放电气体的和样品物质S的可以在本实施例中分流的流动优选地可以在电离装置100的入口E的下游分成第一部分和第二部分并且能够在电离装置100的出口A的上游合流(所述上游、下游是针对流动方向R而言的)。这种结构设计提供以下可能性：仅仅电离(基于电离装置100的本实施例的构件的具体的尺寸)放电气体G和样品物质S的某一部分，并由此还减少电离出的物质小碎片，这是因为物质的没有流过介质阻挡放电区的部分与物质的已经流过介质阻挡放电区的部分会在这两个部分混合的过程中彼此接触，并且物质的没有流过介质阻挡放电区的部分可以例如通过电荷转移反应而被电离。
电离装置100在图9中的实施例包括第一电极1、介电元件2和第二电极3，第一电极1、介电元件2和第二电极3的底面形状是矩形。第二电极3被介电元件2的侧部(内侧2b)包围，并且放电气体G和样品物质S可以穿过第二电极地并在第二电极周围流动。第一电极1与介电元件2的外侧2a接触。
电离装置100的如图10所示的实施例的第一电极1、介电元件2和第二电极3的底面形状是三角形并且也可以以类似于图9的实施例的方式构造。在具有多于一边的基本几何形状(例如三角形、其它多边形形状或其它基本形状)的情况下，内部侧被统称为内侧并且外部侧被统称为外侧。
在其它实施例中，各种多边形、椭圆形和其它底面形状可能是有利的。
图5至10的所有横截面可以是本文所公开的电离装置100的多种实施例的横截面。
图11示出的分析仪200包括连接至分析单元30的电离装置100的任意实施例。电离装置100与分析单元30之间的连接可以以不同的方式构造。例如，可以在电离装置100与分析单元30之间形成直接连接(电离装置100可以与分析单元30直接合并)，或者可以在电离装置100与分析单元30之间布置中介部件或过渡部件。当放电气体G和样品物质S流动穿过电离装置100时，放电气体G和样品物质S可以被电离。在电离的放电气体G和电离的样品物质S进入分析单元30时，电离的放电气体G和电离的样品物质S可以被分析。在原理上，能够分析带电的样品物质的特性的任何分析单元适于均用作分析单元30。分析单元30可以例如是质谱仪、离子迁移谱仪或已知的一些其它单元。而且，分析仪200可以具有已经附接至的分析仪200的负压单元10。

Claims (34)

1.一种电离装置(100)的用途，以用于在电离过程中在所述电离装置(100)中在大于40kPa的绝对压力下执行放电气体(G)和样品物质(S)的通流式电离，所述电离装置(100)包括入口(E)、出口(A)、第一电极(1)、介电元件(2)和第二电极(3)，其中：
(a)所述介电元件(2)构造成呈中空的结构体的形状，所述中空的结构体具有内侧(2b)和外侧(2a)，并且所述介电元件(2)允许所述放电气体(G)和所述样品物质(S)沿流动方向(R)流动穿过所述介电元件(2)；
(b)所述第一电极(1)布置在所述介电元件(2)的外侧(2a)之外；
(c)所述第二电极(3)构造成：至少区段地布置在所述介电元件(2)内，并被所述介电元件(2)的内侧(2b)垂直于所述流动方向(R)地环绕，而且允许所述放电气体(G)和所述样品物质(S)流动穿过所述第二电极(3)或在所述第二电极(3)周围流动；
(d)所述第一电极(1)和所述第二电极(3)的关联的端部之间在所述流动方向(R)上或反向于所述流动方向(R)的方向上的距离(D)为-5mm至5mm；
(e)通过在所述第一电极(1)与所述第二电极(3)之间施加电压而能够在介质阻挡放电区(110)中产生介质阻挡放电以电离所述放电气体(G)或所述样品物质(S)。
2.根据权利要求1所述的电离装置(100)的用途，其特征在于，所述电离装置(100)中的压力大于60kPa，优选地大于80kPa，尤为优选地基本上是大气压力。
3.根据权利要求1或2所述的电离装置(100)的用途，其特征在于，所述第一电极(1)和所述第二电极(3)的关联的端部之间的距离(D)是-3mm至3mm，优选地是-1mm至1mm，更优选地是-0.2mm至0.2mm，最优选地是-0.05mm至0.05mm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电离装置(100)的用途，其特征在于，所述第二电极(3)的形状是中空圆柱体、或底面形状为三角形、矩形、或椭圆形的纵向延伸的中空结构体，或者所述第二电极(3)是电线。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电离装置(100)的用途，其特征在于，所述第二电极(3)的外侧与所述介电元件(2)的内侧(2b)以小于0.5mm、优选地小于0.1mm的距离间隔开，所述第二电极(3)的外侧优选地与所述介电元件(2)的内侧(2b)接触。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电离装置(100)的用途，其特征在于，所述第一电极(1)与所述介电元件(2)的外侧(2a)基本上接触，并且所述第一电极(1)优选地构造成以下层：该层通过使液体或悬浮液干燥或固化而被施加或者通过从气相向固相的转变而被施加。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电离装置(100)的用途，其特征在于，所述电离装置(100)的出口(A)的通流面小于或等于所述电离装置(100)的入口(E)的通流面，并且所述电离装置(100)的出口(A)处优选地布置有流动限制单元(20)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电离装置(100)的用途，其特征在于，所述电离装置(100)内的压力梯度引起所述电离装置(100)内的具有流动方向(R)的流动，优选地通过所述出口(A)处的负压和紧邻所述入口(E)外的大致大气压力来引起所述电离装置(100)内的具有流动方向(R)的流动。
9.一种用于通流式电离的电离装置(100)，所述电离装置包括入口(E)、出口(A)、第一电极(1)、介电元件(2)和第二电极(3)，其中：
(a)所述介电元件(2)构造成呈中空的结构体的形状，所述中空的结构体具有内侧(2b)和外侧(2a)，并且所述介电元件(2)允许放电气体(G)和样品物质(S)沿流动方向(R)流动穿过所述介电元件(2)；
(b)所述第一电极(1)布置在所述介电元件(2)的外侧(2a)之外；
(c)所述第二电极(3)构造成：至少区段地布置在所述介电元件(2)内，并被所述介电元件(2)的内侧(2b)垂直于所述流动方向(R)地环绕，而且允许所述放电气体(G)和所述样品物质(S)流动穿过所述第二电极(3)或在所述第二电极(3)周围流动；
(d)所述第一电极(1)和所述第二电极(3)的关联的端部之间在所述流动方向(R)上或反向于所述流动方向(R)的方向上的距离(D)为-5mm至5mm；
(e)通过在所述第一电极(1)与所述第二电极(3)之间施加电压而能够在介质阻挡放电区(110)中产生介质阻挡放电以电离所述放电气体(G)或所述样品物质(S)；并且
(f)在电离期间所述电离装置(100)中的绝对压力大于40kPa。
10.根据权利要求9所述的电离装置(100)，其特征在于，所述电离装置(100)中的压力大于60kPa，优选地大于80kPa，尤为优选地基本上是大气压力。
11.根据权利要求9或10所述的电离装置(100)，其特征在于，所述第一电极(1)与所述第二电极(3)的关联的端部之间的距离(D)是-3mm至3mm，优选地是-1mm至1mm，更优选地是-0.2mm至0.2mm，最优选地是-0.05mm至0.05mm。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的电离装置(100)，其特征在于，所述第二电极(3)的形状是中空圆柱体、或底面形状为三角形、矩形、或椭圆形的纵向延伸的中空结构体，或者所述第二电极(3)是电线。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的电离装置(100)，其特征在于，所述第二电极(3)的外侧与所述介电元件(2)的内侧(2b)以小于0.5mm、优选地小于0.1mm的距离间隔开，所述第二电极(3)的外侧优选地与所述介电元件(2)的内侧(2b)接触。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的电离装置(100)，其特征在于，所述第一电极(1)与所述介电元件(2)的外侧(2a)基本上接触，并且所述第一电极(1)优选地构造成以下层：该层通过使液体或悬浮液干燥或固化而被施加或者通过从气相向固相的转变而被施加。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的电离装置(100)，其特征在于，所述电离装置(100)的出口(A)的通流面小于或等于所述电离装置(100)的入口(E)的通流面，并且所述电离装置(100)的出口(A)处优选地布置有流动限制单元(20)。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的电离装置(100)，其特征在于，所述电离装置(100)内的压力梯度引起所述电离装置(100)内的具有流动方向(R)的流动，优选地通过所述出口(A)处的负压和紧邻所述入口(E)外的大致大气压力来引起所述电离装置(100)内的具有流动方向(R)的流动。
17.一种用于分析放电气体(G)中的样品物质(S)的分析仪(200)，所述分析仪(200)包括根据权利要求9至16中任一项所述的电离装置(100)、和连接至所述电离装置(100)的分析单元(30)。
18.根据权利要求17所述的分析仪(200)，其特征在于，除了所述电离装置(100)之外，还布置有至少一个另外的电离装置。
19.根据权利要求17或18所述的分析仪(200)，其特征在于，所述电离装置(100)的入口(E)敞开向周围环境，并且所述放电气体(G)优选地是所述入口(E)周围的气氛。
20.一种用于电离放电气体(G)和样品物质(S)的方法，所述方法包括以下步骤：
-将放电气体(G)和样品物质引入根据权利要求9至16中任一项所述的电离装置(100)的入口(E)；
-将电压施加至第一电极(1)和/或第二电极(3)，以在介质阻挡放电区(110)中引起第一电极(1)与第二电极(3)之间的介质阻挡放电；
-所述放电气体(G)和/或所述样品物质(S)在所述介质阻挡放电区(110)中和/或后电离。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所施加的电压不高于20kV，优选地不高于10kV，更优选地不高于5kV，并且最优选地是1kV至3kV。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，所述介质阻挡放电通过单极式高电压脉冲来引发，所述单极式高电压脉冲的脉冲持续时间优选地不长于1μs，尤为优选地不长于500ns，最优选地是100ns至350ns。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，高电压脉冲的频率不大于1MHz，优选地不大于100kHz，更优选地不大于25kHz，最优选地是1kHz至15kHz。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其特征在于，第一电极(1)和第二电极(3)被提供以正弦波电压，第一电极(1)和第二电极(3)之一的正弦波电压相对于第一电极(1)和第二电极(3)中的另一个的正弦波电压优选地偏移半个周期。
25.一种用于分析放电气体(G)中的样品物质(S)的方法，所述方法包括以下步骤：
-将放电气体(G)中的样品物质(S)引入根据权利要求9至11中任一项所述的分析仪(200)的电离装置(100)的入口(E)；
-将电压施加至第一电极(1)和/或第二电极(3)，以在介质阻挡放电区中引起第一电极(1)与第二电极(3)之间的介质阻挡放电；
-放电气体(G)中的样品物质(S)在所述介质阻挡放电区(110)中和/或后电离；
-分析被电离的样品物质(S)。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所施加的电压不高于20kV，优选地不高于10kV，更优选地不高于5kV，最优选地是1kV至3kV。
27.根据权利要求25或26所述的方法，其特征在于，所述介质阻挡放电通过单极式高电压脉冲来引发，所述单极式高电压脉冲的脉冲持续时间优选地不长于1μs，尤为优选地不长于500ns，最优选地是100ns至350ns。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，高电压脉冲的频率不大于1MHz，优选地不大于100kHz，更优选地不大于25kHz，最优选地是1kHz至15kHz。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的方法，其特征在于，第一电极(1)和第二电极(3)被提供以正弦波电压，第一电极(1)和第二电极(3)之一的正弦波电压相对于第一电极(1)和第二电极(3)中的另一个的正弦波电压优选地偏移半个周期。
30.一种根据权利要求1至16中任一项所述的电离装置(100)的用途，以用于放电气体(G)和样品物质(S)的通流式电离。
31.一种电离装置(100)的用途，以用于在电离过程中在所述电离装置(100)中在大于40kPa的绝对压力下执行通流式电离，
(a)所述电离装置(100)包括入口(E)、出口(A)、第一电极(1)、介电元件(2)和第二电极(3)，其中：
(aa)所述介电元件(2)构造成呈中空的结构体的形状，所述中空的结构体具有内侧(2b)和外侧(2a)；
(bb)所述第一电极(1)布置在所述介电元件(2)的外侧(2a)之外；
(cc)所述第二电极(3)至少区段地布置在所述介电元件(2)内并被所述介电元件(2)的内侧(2b)垂直于流动方向(R)地环绕；
(b)所述第一电极(1)和所述第二电极(3)的关联的端部之间在所述流动方向(R)上或反向于所述流动方向(R)的方向上的距离(D)为-5mm至5mm；
(c)通过在所述第一电极(1)与所述第二电极(3)之间施加电压而能够在放电区(110)中产生介质阻挡放电以电离放电气体(G)或样品物质(S)。
32.根据权利要求31所述的用途，其特征在于，所述介电元件(2)允许放电气体(G)和样品物质(S)沿流动方向(R)流动穿过所述介电元件(2)。
33.根据权利要求31或32所述的用途，其特征在于，所述第二电极(3)允许放电气体(G)和样品物质(S)沿着流动方向(R)流动穿过所述第二电极(3)和在所述第二电极(3)周围流动。
34.根据权利要求1或31所述的用途，其特征在于，放电气体(G)流过所述电离装置(100)并且被电离的放电气体(G)于所述电离装置(100)外流向样品物质，所述样品物质和被电离的放电气体(G)能够一并提供给分析仪(200)。
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