CN111220681A - 一种大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置。本装置装包含采样试纸、样品热解析气化装置、载气气路和离子发生装置。其中样品热解析气化装置由步进电机、热解析腔体和PEEK保温装置构成；离子发生装置由电离腔体、VUV氪灯、添加试剂顶空进样装置和载气气路构成；热解析腔体和电离腔体直接连通。通过上述设计，有效的减小了气态样品分子的传输路程，减小样品损失，可实现固体和液体样品的高效解析和电离，产生气态样品离子。

Description

一种大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置

技术领域

本发明属于分析仪器技术领域，涉及一种大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置。该装置可用于质谱、离子迁移谱等基于气相离子的进行分离分析的仪器，适合固体和液体样品的进样和电离。该装置集热解析样品气化和电离过程于一体，结构简单、使用便捷、功耗小，并且可以同时产生正负离子，具有广泛的应用前景。

背景技术

热解析进样技术目前广泛应用于色谱、质谱等分析领域，它是一种采用加热的方式将有机物从样品中释放出来的技术，是产生气态分子最有效的途径。广泛应用于科研、质检、环保、安保等领域的质谱、离子迁移谱等仪器是以离子为基础进行分析的仪器，所以电离源的性能直接决定了这类分析仪器的性能的高下。

对于采用热解析进样方式的电离源，如果热解析装置与电离装置的距离太远，则会造成气态样品分子的冷凝，从而影响电离效率。对气态样品传输管路进行加热是解决该现象的有效途径，但是加热及保温装置的使用会增加整个装置的体积和功耗。

为解决如上问题，本发明提出了一种大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置，该装置将热解析进样过程和电离过程通过硬件连接整合为一体，有效的减小了气态样品分子的传输路程，减小样品损失，可实现固体和液体样品的高效解析和电离，产生气态样品离子。

发明内容

本发明设计了一种大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置。本装置装包含采样试纸、样品热解析气化装置、载气气路和离子发生装置。其中样品热解析气化装置由步进电机、热解析腔体和PEEK保温装置构成；离子发生装置由电离腔体、VUV氪灯、添加试剂顶空进样装置和载气气路构成；热解析腔体和电离腔体直接连通。通过上述设计，有效的减小了气态样品分子的传输路程，减小样品损失，可实现固体和液体样品的高效解析和电离，产生气态样品离子。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置包括：采样试纸、样品热解析气化装置、载气气路和离子发生装置；

其中样品热解析气化装置由步进电机、热解析腔体和PEEK保温层构成；

一圆柱状电加热块，于其左侧端面上设有一圆柱状凹槽，作为热解析腔体，于电加热块的侧壁面上设有PEEK保温层；

步进电机位于装置的最左侧，电机的输出轴上设有一圆柱体状顶头，顶头的直径大于热解析腔体的直径，顶头置于热解析腔体的开口端左侧，顶头与热解析腔体同轴设置，顶头可由步进电机驱动使顶头右端面与热解析腔体的左开口端四周边缘相密闭贴接；采样试纸可沿顶头的径向从上部插入至顶头的右端面处或从顶头的右端面处抽离；

离子发生装置由电离腔体、VUV氪灯、辅助试剂添加腔体和载气气路构成；电离腔体为左右二端开口的圆筒状腔室，其右开口端的四周边缘与VUV氪灯出光光窗四周边密闭连接缘；于电离腔体的左开口端的四周边缘与电加热块右侧端面密闭连接，于电加热块内的凹槽右端面上部开设有与电离腔体相连通的通孔；于电离腔体侧壁面上设有载气进口和样品气出口；

辅助试剂添加腔体为一内部放置有试剂瓶的密闭容器；试剂瓶为上端开口的试剂瓶或上端扣合有带通孔瓶盖的试剂瓶；试剂瓶内盛放有辅助试剂；于密闭容器下部设有载气入口、上部设有气体出口；

于热解析腔体的侧壁面上设有载气进气口，载气进气口和载气进口与辅助试剂添加腔体气体出口经载气气路相连，样品气出口离子分析仪器进样口相连。

步进电机位于装置的最左侧，电机的顶头是一个圆柱体，该顶头与热解析腔体同轴，PEEK保温层沿轴向于电加热块外壁向左侧沿伸成一圆筒状的保温区，顶头处于圆筒状保温区内，于圆筒状保温区上部侧壁上开设有采样试纸插入和抽离的条状通孔，作为采样试纸插入通道；当采样试纸插入时，步进电机顶头向右伸出，采样试纸紧贴热解析腔左侧，热解析腔呈密闭状态，热解析腔下部侧壁和右端侧壁上分别开有一个小孔，靠下的小孔用于连通辅助试剂添加腔体，靠右的小孔用于连通电离腔体，该小孔与电离腔体同轴；电离腔体左侧与热解析腔体密封连接，右侧与VUV氪灯密封连接，在电离腔的侧壁上开有两个小孔，靠近VUV氪灯的小孔通过气路与辅助试剂添加腔体相连，另一个小孔用于离子引出。

采样试纸的材质为聚四氟乙烯织物，其尺寸与PEEK保温层上的试纸插入通道尺寸相匹配。

步进电机顶头的左右伸缩距离大于试纸插入通道的左右宽度，以保证采样试纸能够顺利插入；且步进电机的圆柱体顶头的圆平面直径大于热解析腔体的直径，采样试纸的边长大于步进电机顶头的圆平面直径，以保证采样试纸擦入后电离腔体能够完全密封。

电加热块为一内部设有电加热棒的金属块；

热解析腔体由加热棒进行加热，通过热电偶控制加热温度，热解析的温度可在室温至240℃之间任意调节。

电离腔的侧壁上所开的两个小孔位于该腔体的俯视平面上，两个小孔分别位于腔体正视平面的两侧。

VUV氪灯采用射频供电灯，或采用直流供电灯。

离子发生装置采用的电离机理为试剂辅助光电离，即试剂分子在光子的作用下先产生试剂离子，试剂离子再与样品分子发生质子转移或者电荷转移反应产生样品离子。

辅助试剂添加腔体由上端带有开口的中空筒状底座和腔体盖组成，底座上开口端和腔体盖通过螺纹连接，并通过O圈密封，形成密闭腔体；添加试剂小瓶置于腔体内；腔体底座侧壁上设有两个载气管路快接头，快接头处于辅助试剂添加腔体的正视平面上，靠近底座下端的快接头作为载气入口，靠近腔体盖的快接头作为载气出口；

从辅助试剂添加腔体载气出口引出的载气管路通过三通快接头一分为二，分别连接于热解析腔体载气小孔和电离腔载气小孔。

载气可以使用干燥空气、氮气、氦气等中的一种或二种以上，添加试剂可以使用丙酮、甲苯、苯甲醚等中的一种或二种以上。

本发明的优点如下：

本发明突出的优点是：一种大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置将热解析进样过程和电离过程通过硬件连接整合为一体，有效的减小了气态样品分子的传输路程，减小样品损失；其次，该装置可同时适用于固体、液体和气体样品；第三，该大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置具有软电离的特性，产生的气态离子均为样品的分子离子，碎片离子较少。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置的结构示意图；

图2大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置与离子阱质谱联用测5种毒品混合物所得质谱图。

具体实施方式

如图1所示：一种大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置包括：采样试纸I、样品热解析气化装置II、载气气路(7和10)和离子发生装置III；

其中样品热解析气化装置II由步进电机1、热解析腔体2和PEEK保温层3构成；

一圆柱状电加热块，于其左侧端面上设有一圆柱状凹槽，作为热解析腔体2，于电加热块的侧壁面上设有PEEK保温层3；

步进电机1位于装置的最左侧，电机的输出轴上设有一圆柱体状顶头8，顶头的8直径大于热解析腔体2的直径，顶头8置于热解析腔体2的开口端左侧，顶头8与热解析腔体2同轴设置，顶头8可由步进电机1驱动使顶头8右端面与热解析腔体2的左开口端四周边缘相密闭贴接；采样试纸I可沿顶头8的径向从上部插入至顶头8的右端面处或从顶头8的右端面处抽离；

离子发生装置III由电离腔体4、VUV氪灯5、辅助试剂添加腔体6和载气气路7构成；电离腔体4为左右二端开口的圆筒状腔室，其右开口端的四周边缘与VUV氪灯5出光光窗四周边密闭连接缘；于电离腔体4的左开口端的四周边缘与电加热块右侧端面密闭连接，于电加热块内的凹槽2右端面上部开设有与电离腔体相连通的通孔φ2；于电离腔体侧壁面上设有载气进口φ3和样品气出口φ4；

辅助试剂添加腔体6为一内部放置有试剂瓶6(3)的密闭容器；试剂瓶6(3)为上端开口的试剂瓶或上端扣合有带通孔瓶盖的试剂瓶；试剂瓶6(3)内盛放有辅助试剂；于密闭容器下部设有载气入口、上部设有气体出口；

于热解析腔体的侧壁面上设有载气进气口φ1，载气进气口φ1和载气进口φ3与辅助试剂添加腔体气体出口经载气气路相连，样品气出口φ4离子分析仪器进样口相连。

步进电机1位于装置的最左侧，电机1的顶头8是一个圆柱体，该顶头8与热解析腔体2同轴，PEEK保温层3沿轴向于电加热块外壁向左侧沿伸成一圆筒状的保温区，顶头8处于圆筒状保温区内，于圆筒状保温区上部侧壁上开设有采样试纸插入和抽离的条状通孔9，作为采样试纸插入通道；当采样试纸I插入时，步进电机顶头8向右伸出，采样试纸I紧贴热解析腔2左侧，热解析腔2呈密闭状态，热解析腔2下部侧壁和右端侧壁上分别开有一个小孔φ1和φ2，靠下的小孔φ1用于连通辅助试剂添加腔体6，靠右的小孔φ2用于连通电离腔体4，该小孔φ2与电离腔体4同轴；电离腔体4左侧与热解析腔体2密封连接，右侧与VUV氪灯5密封连接，在电离腔的侧壁上开有两个小孔φ3和φ4，靠近VUV氪灯的小孔φ3通过气路与辅助试剂添加腔体6相连，另一个小孔φ4用于离子引出。

采样试纸I的材质为聚四氟乙烯织物，其尺寸与PEEK保温层3上的试纸插入通道9尺寸相匹配。

步进电机顶头8的左右伸缩距离大于试纸插入通道9的左右宽度，以保证采样试纸I能够顺利插入；且步进电机的圆柱体顶头8的圆平面直径大于热解析腔体2的直径，采样试纸I的边长大于步进电机顶头8的圆平面直径，以保证采样试纸I擦入后电离腔体能够完全密封。

电加热块为一内部设有电加热棒的金属块；

热解析腔体2由加热棒进行加热，通过热电偶控制加热温度，热解析的温度可在室温至240℃之间任意调节。

电离腔2的侧壁上所开的两个小孔φ1和φ2位于该腔体的俯视平面上，两个小孔分别位于腔体正视平面的两侧。

VUV氪灯5采用射频供电灯，或采用直流供电灯。

离子发生装置采用的电离机理为试剂辅助光电离，即试剂分子在光子的作用下先产生试剂离子，试剂离子再与样品分子发生质子转移或者电荷转移反应产生样品离子。

辅助试剂添加腔体6由上端带有开口的中空筒状底座6(1)和腔体盖6(2)组成，底座上开口端和腔体盖通过螺纹连接，并通过O圈密封，形成密闭腔体；添加试剂小瓶6(3)置于腔体内；腔体底座侧壁上设有两个载气管路快接头11，快接头处于辅助试剂添加腔体的正视平面上，靠近底座下端的快接头作为载气入口，靠近腔体盖的快接头作为载气出口；

从辅助试剂添加腔体载气出口引出的载气管路通过三通快接头12一分为二，分别连接于热解析腔体载气小孔φ1和电离腔载气小孔φ3。

载气可以使用干燥空气、氮气、氦气等中的一种或二种以上，添加试剂可以使用丙酮、甲苯、苯甲醚等中的一种或二种以上。

实施例1

图2给出了以大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置作为电离源，以矩形离子阱质谱作为检测器，在正离子模式下测甲基苯丙胺、咖啡因、氯胺酮、可卡因和海洛因5种毒品混合物的质谱图。从图中可以看出：5种毒品浓度均为10ppm的毒品，虽然沸点不同，但均具有良好的响应，说明该大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置具有出色的样品解析及电离能力。

实施例2

表1给出了大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置作为电离源，以矩形离子阱作为检测器，在正离子模式下27种常见毒品的检出限，从表中可以看出，27种常见毒品的检出限均为纳克量级，说明大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置具有较高的灵敏度。

表1

Claims (10)

1.一种大气压下热解析进样电离一体化离子发生装置，其特征在于：

该装置包括：采样试纸、样品热解析气化装置、载气气路和离子发生装置；

其中样品热解析气化装置由步进电机、热解析腔体和PEEK保温层构成；

一圆柱状电加热块，于其左侧端面上设有一圆柱状凹槽，作为热解析腔体，于电加热块的侧壁面上设有PEEK保温层；

步进电机位于装置的最左侧，电机的输出轴上设有一圆柱体状顶头，顶头的直径大于热解析腔体的直径，顶头置于热解析腔体的开口端左侧，顶头与热解析腔体同轴设置，顶头可由步进电机驱动使顶头右端面与热解析腔体的左开口端四周边缘相密闭贴接；采样试纸可沿顶头的径向从上部插入至顶头的右端面处或从顶头的右端面处抽离；

离子发生装置由电离腔体、VUV氪灯、辅助试剂添加腔体和载气气路构成；电离腔体为左右二端开口的圆筒状腔室，其右开口端的四周边缘与VUV氪灯出光光窗四周边密闭连接缘；于电离腔体的左开口端的四周边缘与电加热块右侧端面密闭连接，于电加热块内的凹槽右端面上部开设有与电离腔体相连通的通孔；于电离腔体侧壁面上设有载气进口和样品气出口；

辅助试剂添加腔体为一内部放置有试剂瓶的密闭容器；试剂瓶为上端开口的试剂瓶或上端扣合有带通孔瓶盖的试剂瓶；试剂瓶内盛放有辅助试剂；于密闭容器下部设有载气入口、上部设有气体出口；

于热解析腔体的侧壁面上设有载气进气口，载气进气口和载气进口与辅助试剂添加腔体气体出口经载气气路相连，样品气出口离子分析仪器进样口相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

步进电机位于装置的最左侧，电机的顶头是一个圆柱体，该顶头与热解析腔体同轴，PEEK保温层沿轴向于电加热块外壁向左侧沿伸成一圆筒状的保温区，顶头处于圆筒状保温区内，于圆筒状保温区上部侧壁上开设有采样试纸插入和抽离的条状通孔，作为采样试纸插入通道；当采样试纸插入时，步进电机顶头向右伸出，采样试纸紧贴热解析腔左侧，热解析腔呈密闭状态，热解析腔下部侧壁和右端侧壁上分别开有一个小孔，靠下的小孔用于连通辅助试剂添加腔体，靠右的小孔用于连通电离腔体，该小孔与电离腔体同轴；电离腔体左侧与热解析腔体密封连接，右侧与VUV氪灯密封连接，在电离腔的侧壁上开有两个小孔，靠近VUV氪灯的小孔通过气路与辅助试剂添加腔体相连，另一个小孔用于离子引出。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

采样试纸的材质为聚四氟乙烯织物，其尺寸与PEEK保温层上的试纸插入通道尺寸相匹配。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

步进电机顶头的左右伸缩距离大于试纸插入通道的左右宽度，以保证采样试纸能够顺利插入；且步进电机的圆柱体顶头的圆平面直径大于热解析腔体的直径，采样试纸的边长大于步进电机顶头的圆平面直径，以保证采样试纸擦入后电离腔体能够完全密封。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

电加热块为一内部设有电加热棒的金属块；

热解析腔体由加热棒进行加热，通过热电偶控制加热温度，热解析的温度可在室温至240℃之间任意调节。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

电离腔的侧壁上所开的两个小孔位于该腔体的俯视平面上，两个小孔分别位于腔体正视平面的两侧。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

VUV氪灯采用射频供电灯，或采用直流供电灯。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

离子发生装置采用的电离机理为试剂辅助光电离，即试剂分子在光子的作用下先产生试剂离子，试剂离子再与样品分子发生质子转移或者电荷转移反应产生样品离子。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

辅助试剂添加腔体由上端带有开口的中空筒状底座和腔体盖组成，底座上开口端和腔体盖通过螺纹连接，并通过O圈密封，形成密闭腔体；添加试剂小瓶置于腔体内；腔体底座侧壁上设有两个载气管路快接头，快接头处于辅助试剂添加腔体的正视平面上，靠近底座下端的快接头作为载气入口，靠近腔体盖的快接头作为载气出口；

从辅助试剂添加腔体载气出口引出的载气管路通过三通快接头一分为二，分别连接于热解析腔体载气小孔和电离腔载气小孔。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

载气可以使用干燥空气、氮气、氦气等中的一种或二种以上，添加试剂可以使用丙酮、甲苯、苯甲醚等中的一种或二种以上。

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