CN109887826B - 一种空间聚焦的圆锥形离子迁移管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间聚焦的离子迁移管，包一种空间聚焦的圆锥形离子迁移管，包括圆筒形离子源、圆锥形绝缘基底，于离子源内部同轴设有圆柱形导流体，离子源与导流体之间留有作为气体出口的圆环形电离反应空腔；本发明可以实现大气压下离子的空间聚焦，将大体积内的离子汇聚到轴心区域，提高了离子浓度，从而提高了检测时的灵敏度；同时，该锥形结构的迁移谱与质谱联用，可以极大提高离子的利用效率，提高质谱的检测灵敏度。

Description

一种空间聚焦的圆锥形离子迁移管

技术领域

本发明涉及大气压下快速分离分析技术领域，具体地说是一种空间聚焦的圆锥形离子迁移管，可以离子源位于锥底，而检测器位于锥尖附近。这样可以实现在很大体积内产生大量的离子，并利用锥形结构设计实现离子向轴线聚焦，实现：(1)提高灵敏度和信噪比；(2)便于与质谱联用，减少传统结构离子迁移谱的进样损失，提高离子利用效率；通过调节锥形的尺寸实现不同大小质谱进样口的需要。

背景技术

离子迁移谱技术具有检测灵敏度高，设备简单，体积小，便于携带，检测成本低等优点，越来越受到人们的重视。目前，它可以被应用爆炸物的监测，毒品稽查，生化战剂的检测等许多领域。

离子迁移谱可以实现同分子量不同结构的化合物的分离，与质谱结合可以实现同分异构体的分离分析；另外，在蛋白质分析领域，离子迁移谱可以作为质谱的预分离前级，消除低分子量的化合物进入质谱，减小背景噪声，提高信噪比。传统离子迁移谱与质谱联用时，仅仅能够实现某一点处离子进入质谱(Journal of the American Society for MassSpectrometry 1999；10:492–501.)，离子利用率低，灵敏度差。而后为改善离子利用率，提出了一种圆顶结构(Analytical Chemistry 2005；77:6381–6388.)，可以改善利用率，但是加工难度大。

发明内容

本发明目的是提供一种空间聚焦的圆锥形离子迁移管，本发明离子分离区采用圆锥形设计，实现了大气压条件下离子的空间聚焦，提高了检测灵敏度；另外，与质谱联用时，更加适用于与质谱进样口的无缝对接，极大提高离子进样效率，从而提高检测灵敏度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

所述的一种空间聚焦的圆锥形离子迁移管，包括圆筒形离子源、圆锥形绝缘基底，于离子源内部同轴设有圆环形电离反应空腔，离子源与导流体之间留有作为气体出口的圆环形电离反应空腔；圆环形电离反应空腔下底面四周边缘与离子源一端面密闭连接；绝缘基底置于一左右二端开口的圆锥台形筒体内，绝缘基底的底面面向导流体的一个端面放置，并与导流体同轴，于绝缘基底外表面沿其轴向设有2个以上的分离电极対，每个分离电极対均包括一轴截面为等腰梯形的筒状内电极和与之平行的轴截面为等腰梯形的筒状外电极；筒状内电极同轴套置于绝缘基底表面，外电极同轴套设于筒状内电极外部；于圆柱形导流体和圆锥形绝缘基底之间垂直于轴线方向设有离子门；于离子门与圆环形电离反应空腔之间设有样品入口；

于绝缘基底的顶角处沿其轴向远离绝缘基底的方向依次设有圆筒形屏蔽电极、圆形法拉第盘检测电极，屏蔽电极、法拉第盘检测电极与绝缘基底同轴，并均置于圆锥台形筒体内，圆锥台形筒体下底面四周边缘与法拉第盘检测电极四周边缘密闭连接，法拉第盘检测电极中部设有作为漂气入口的通孔。

所述的空间聚焦的圆锥形离子迁移管，其特征在于：所述绝缘基底的锥尖在轴线所在平面的投影夹角在0到180°之间。

所述的空间聚焦的圆锥形离子迁移管，其特征在于：所述筒状内电极与外电极的间距在0到1cm之间。

所述的空间聚焦的离子迁移管，分离电极対，施加直流电压：从离子源向法拉底盘检测电极顺序排布的分离电极対上施加的电压差逐渐降低，利用不同电极对之间形成的电场使离子向轴心汇聚。

本发明的优点是：

本发明可以实现大气压下离子的空间聚焦，将大体积内的离子汇聚到轴心区域，提高了离子浓度，从而提高了检测时的灵敏度；同时，该锥形结构的迁移谱与质谱联用，可以极大提高离子的利用效率，提高质谱的检测灵敏度；本发明结构简单、加工方便，易于批量化生产。

附图说明

图1为空间聚焦的圆锥形离子迁移管的切面示意图。

其中：气体出口1，导流体2，圆筒形离子源3，圆环形电离反应空腔4，圆锥形绝缘基底5，外电极6，筒状内电极7，屏蔽电极8，法拉第盘检测电极9，检测区10，漂气入口11，圆锥形绝缘基底投影夹角12，离子门13，圆锥台形筒体14，样品入口15。

具体实施方式

本发明的空间聚焦的圆锥形离子迁移管的切面示意图如图1所示。

一种空间聚焦的圆锥形离子迁移管，包括圆筒形离子源3、圆锥形绝缘基底5，于离子源3内部同轴设有圆柱形导流体2，离子源3与导流体2之间留有作为气体出口1的圆环形电离反应空腔4；圆环形电离反应空腔4下底面四周边缘与离子源3一端面密闭连接；绝缘基底5置于一左右二端开口的圆锥台形筒体14内，绝缘基底5的底面面向导流体2的一个端面放置，并与导流体2同轴，于绝缘基底5外表面沿其轴向设有2个以上的分离电极対，每个分离电极対均包括一轴截面为等腰梯形的筒状内电极7和与之平行的轴截面为等腰梯形的筒状外电极6；筒状内电极7同轴套置于绝缘基底5表面，筒状外电极6同轴套设于筒状内电极7外部；与圆柱形导流体2和圆锥形绝缘基底5之间垂直于轴线方向设有离子门13；与离子门13与圆环形电离反应空腔4设有样品入口15；

于绝缘基底5的顶角处沿其轴向远离绝缘基底5的方向依次设有圆筒形屏蔽电极8、圆形法拉第盘检测电极9，屏蔽电极8、法拉第盘检测电极9与绝缘基底5同轴，并均置于圆锥台形筒体14内，圆锥台形筒体下底面四周边缘与法拉第盘检测电极9四周边缘密闭连接，法拉第盘检测电极9中部设有作为漂气入口11的通孔。

样品从样品入口15进入圆锥形离子迁移管内，进入圆环形电离反应空腔4内电离成样品离子；样品离子在电场作用下通过离子门13进入筒状外电极6内表面所在的圆锥和筒状内电极7外表面所在的圆锥之间的迁移区，离子实现向轴心的汇聚和聚焦；最后进入检测区10被法拉第盘检测电极9检测。

Claims (4)

1.一种空间聚焦的圆锥形离子迁移管，其特征在于：包括圆筒形离子源（3）、圆锥形绝缘基底（5），于圆筒形离子源（3）内部同轴设有导流体（2），圆筒形离子源（3）与导流体（2）之间留有作为气体出口（1）的圆环形电离反应空腔（4）；圆环形电离反应空腔（4）下底面四周边缘与圆筒形离子源（3）一端面密闭连接；圆锥形绝缘基底（5）置于一左右二端开口的圆锥台形筒体（14）内，圆锥形绝缘基底（5）的底面面向导流体（2）的一个端面放置，并与导流体（2）同轴，于圆锥形绝缘基底（5）外表面沿其轴向设有2个以上的分离电极対，每个分离电极対均包括一轴截面为等腰梯形的筒状内电极（7）和与之平行的轴截面为等腰梯形的筒状外电极（6）；筒状内电极（7）同轴套置于圆锥形绝缘基底（5）表面，筒状外电极（6）同轴套设于筒状内电极（7）外部；于导流体（2）和圆锥形绝缘基底（5）之间垂直于轴线方向设有离子门（13）；于离子门（13）与圆环形电离反应空腔（4）之间设有样品入口（15）；

于圆锥形绝缘基底（5）的顶角处沿其轴向远离圆锥形绝缘基底（5）的方向依次设有圆筒形屏蔽电极（8）、圆形法拉第盘检测电极（9），屏蔽电极（8）、法拉第盘检测电极（9）与圆锥形绝缘基底（5）同轴，并均置于圆锥台形筒体（14）内，圆锥台形筒体下底面四周边缘与法拉第盘检测电极（9）四周边缘密闭连接，法拉第盘检测电极（9）中部设有作为漂气入口（11）的通孔；

向所述分离电极対施加直流电压：从圆筒形离子源向法拉底盘检测电极顺序排布的分离电极対上施加的电压差逐渐降低，利用不同电极对之间形成的电场使离子向轴心汇聚。

2.如权利要求1所述的空间聚焦的圆锥形离子迁移管，其特征在于：所述圆锥形绝缘基底（5）的锥尖在轴线所在平面的投影夹角（12）在0到180°之间。

3.如权利要求1或2所述的空间聚焦的圆锥形离子迁移管，其特征在于：所述筒状内电极（7）与筒状外电极（6）的间距在0到1cm之间。

4.如权利要求1所述的空间聚焦的圆锥形离子迁移管，其特征在于：导流体为圆柱形导流体。

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