CN111223749A - 一种提高质谱灵敏度的光电离源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及质谱领域，具体的说是提供一种提高质谱灵敏度的光电离源装置。利用射频多级杆辅助离子传输的特点，将较高气压下光电离产生的离子在径向有效聚束，进入下级质谱分析器进行分析，该方法可极大提高质谱的检测灵敏度；同时可以通过改变轴线电场强度，可以控制电离内分子离子反应，有助于提高质谱电离的选择性。

Description

一种提高质谱灵敏度的光电离源装置
技术领域
本发明涉及质谱领域，具体的说是提供一种提高质谱灵敏度的光电离源装置。利用射频多级杆辅助离子传输的特点，将较高气压下光电离产生的离子在径向有效聚束，进入下级质谱分析器进行分析，该方法可极大提高质谱的检测灵敏度。
背景技术
质谱光电离源利用真空紫外灯或者紫外激光器将样品分子直接电离后，离子在静电传输电极的电场加速作用下向小孔方向运动。最常见的光电离源电极结构都是由一系列平板电极平行、等距离间隔构成，如发明专利光电离源常见结构是由电极环同轴、均匀间隔叠加构成，如专利CN200910248924.2、CN201010 567193.0等所涉及的电离源结构。这些电离源经过电场优化，可以在一定程度上实现离子的会聚。然而在较高气压下，离子运动过程中与中性分子频繁碰撞导致轨迹发散，离子穿过下级小孔的传输效率较低。
针对以上问题，本发明提出在光电离源引入带有轴线电场的射频多极杆(四极杆、六极杆、八极杆)传输结构，利用射频电场在径向的约束作用以及静电场在轴线方向加速作用，不仅可有效的增强离子传输效率，同时可以提高质谱电离的选择性。
发明内容
本发明提供一种提高质谱灵敏度的光电离装置。利用射频多级杆辅助离子传输的特点，将较高气压下光电离产生的离子在径向有效聚束，进入下级质谱分析器进行分析，该方法可极大提高质谱的检测灵敏度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种提高质谱灵敏度的光电离源装置，包括由用于进行电离的光源，试剂气体进样管，样品进样管，电离腔体，抽气泵，射频传输电极组，孔电极；
其特征在于：电离腔体为一密闭腔体，上下两端壁面上均开设有同轴的通孔；
于电离腔体内从上至下依次设有射频传输电极组和孔电极，孔电极的四周边缘与下壁面通孔的四周边缘密闭连接；射频传输电极组是由N组(N可为4、6、8、10、12中任一数值)电极阵列以通孔的轴为中心轴均布构成；电极陈列是由从上至下顺序排列的四个或五个以上电极构成；
于电离腔体上方设有光源，光源的出光口面向上壁面的通孔，光源发出的光从上壁面的通孔进入电离腔体内经射频传输电极组中部照射到孔电极上；
孔电极为中心开有通孔的板状金属电极，孔电极上的通孔与电离腔体上下壁面通孔同轴；
试剂气体进样管出气口置于光源出光口和电离腔体顶部之间，出气口正对光源光束设置；样品进样管出气口置于射频传输电极组底部和孔电极之间，正对光源光束设置；
于电离腔体侧壁上开设有与抽气泵相连的抽气口。
射频传输电极组由N组(N可为4,6,8,10，12中任一数值)电极阵列构成；每组电极阵列均由四个或五个以上同轴、相等间隔设置的、相同形状尺寸的同心圆柱或圆环电极组成；N组电极阵列的上端和下端二个端面分别处于相互平行的二个平面上，且电极阵列的轴线与每个平面上的交点均布于同一个圆的圆周上；且该圆的圆心位于引入孔电极通孔的轴线上；
在射频传输电极的N组电极阵列中的每一组上相邻的同心圆柱或者圆环电极之间都由分压电阻均匀分压串联；每一个串联的分压电阻首尾两端分别施加直流电压DC1和直流电压DC2；
在射频传输电极的N组电极阵列中的每一组上相邻的同心圆柱或者圆环电极都通过相同电容值的电容耦合到射频电源的输出端；沿顺时针从1起计数，N组电极阵列分为奇数组和偶数组，奇数组电极阵列的每一个电容施加射频电压的正相输出，偶数组电极阵列的每一个电容施加射频电压的反相输出。
根据电离腔体中气压的大小，通过改变射频电压的幅值可以优化离子的传输效率，改善质谱灵敏度；通过改变直流电压DC1和DC2的大小可以调节电场强度，从而控制离子传输过程中的分子离子反应过程，有利于提高质谱电离的选择性。
光源可为发射紫外光的放电灯或者激光器。
与抽气泵相连的抽气口置于试剂气体进样管和样品进样管之间，避免样品气反流。
附图说明
图1为本发明的提高质谱灵敏度的光电离源装置示意图。
图2是SIMION软件仿真离子传输效果。光电离源中质荷比m/z100的离子在射频电场和轴线静电场作用下，总的传输效率达到84％。
具体实施方式
请参阅图1，为本发明的结构示意图。本发明包括由用于进行电离的光源1，试剂气体进样管2，样品进样管3，电离腔体4，抽气泵5，射频传输电极组6，孔电极7；
其特征在于：电离腔体4为一密闭腔体，上下两端壁面上均开设有同轴的通孔；
于电离腔体4内从上至下依次设有射频传输电极组6和孔电极7，孔电极7的四周边缘与下壁面通孔的四周边缘密闭连接；射频传输电极组6是由N组(N可为4、6、8、10、12中任一数值)电极阵列以通孔的轴为中心轴均布构成；电极陈列是由从上至下顺序排列的四个或五个以上电极构成；
于电离腔体4上方设有光源1，光源1的出光口面向上壁面的通孔，光源1发出的光从上壁面的通孔进入电离腔体4内经射频传输电极组6中部照射到孔电极7上；
孔电极7为中心开有通孔的板状金属电极，孔电极上的通孔与电离腔体上下壁面通孔同轴；
试剂气体进样管2出气口置于光源1出光口和电离腔体4顶部之间，出气口正对光源光束设置；样品进样管3出气口置于射频传输电极组6底部和孔电极7之间，正对光源光束设置；
于电离腔体4侧壁上开设有与抽气泵相连的抽气口。
射频传输电极组由N组(N可为4,6,8,10，12中任一数值)电极阵列构成；每组电极阵列均由四个或五个以上同轴、相等间隔设置的、相同形状尺寸的同心圆柱或圆环电极组成；N组电极阵列的上端和下端二个端面分别处于相互平行的二个平面上，且电极阵列的轴线与每个平面上的交点均布于同一个圆的圆周上；且该圆的圆心位于引入孔电极通孔的轴线上；
在射频传输电极的N组电极阵列中的每一组上相邻的同心圆柱或者圆环电极之间都由分压电阻均匀分压串联；每一个串联的分压电阻首尾两端分别施加直流电压DC1和直流电压DC2；
在射频传输电极的N组电极阵列中的每一组上相邻的同心圆柱或者圆环电极都通过相同电容值的电容耦合到射频电源的输出端；沿顺时针从1起计数，N组电极阵列分为奇数组和偶数组，奇数组电极阵列的每一个电容施加射频电压的正相输出，偶数组电极阵列的每一个电容施加射频电压的反相输出。
根据电离腔体中气压的大小，通过改变射频电压的幅值可以优化离子的传输效率，改善质谱灵敏度；通过改变直流电压DC1和DC2的大小可以调节电场强度，从而控制离子传输过程中的分子离子反应过程，有利于提高质谱电离的选择性。
光源可为发射紫外光的放电灯或者激光器。
与抽气泵相连的抽气口置于试剂气体进样管和样品进样管之间，避免样品气反流。
实施例
一种提高质谱灵敏度的光电离源装置，光源为真空紫外Kr灯，试剂气体进样管和样品进样管均采用200微米内径石英毛细管，抽气泵抽速4L/s，通过挡板阀控制电离腔体内气压在50Pa左右。
射频传输电极的4组电极阵列中的任意一组均有12个2mm厚，内径4mm，外径9mm的不锈钢圆环电极平行、均匀间隔构成，间隔由0.5mm绝缘树脂填充。4组电极阵列的轴线所在圆周的半径为5mm。任意一组电极阵列中两两圆环电极之间都由2MΩ分压电阻均匀分压串联；在每一组串联的分压电阻的首尾两端分别施加直流电压18V(DC1)和直流电压15V(DC2)。孔电极小孔直径为1mm，施加电压12V。
在射频传输电极的4组电极阵列中的任何一组圆环电极都通过10nf电容耦合到射频电源的输出端；4组(N可为4,6,8,12中任意值)电极阵列中的奇数组电极阵列上的每一个电容都施加射频电压的正相输出，偶数组电极阵列施加射频电压的反相输出。射频电压的幅值为200V，频率为2MHz。
在SIMION中仿真了离子传输效果。在气压50Pa时，定义400个离子(m/z 100)的初始能量发散1eV，空间分布于内径为6mm，长度10mm的圆柱区域内。离子在射频电场和轴线电场的作用下，在径向实现会聚并且沿轴线向孔电极小孔运动。统计总的离子传输效率达到84.2％，如图2所示。

Claims (5)

1.一种提高质谱灵敏度的光电离源装置，包括由用于进行电离的光源(1)，试剂气体进样管(2)，样品进样管(3)，电离腔体(4)，抽气泵(5)，射频传输电极组(6)，孔电极(7)；
其特征在于：电离腔体(4)为一密闭腔体，上下两端壁面上均开设有同轴的通孔；
于电离腔体(4)内从上至下依次设有射频传输电极组(6)和孔电极(7)，孔电极(7)的四周边缘与下壁面通孔的四周边缘密闭连接；射频传输电极组(6)是由N组(N可为4、6、8、10、12中任一数值)电极阵列以通孔的轴为中心轴均布构成；电极陈列是由从上至下顺序排列的四个或五个以上电极构成；
于电离腔体(4)上方设有光源(1)，光源(1)的出光口面向上壁面的通孔，光源(1)发出的光从上壁面的通孔进入电离腔体(4)内经射频传输电极组(6)中部照射到孔电极(7)上；
孔电极(7)为中心开有通孔的板状金属电极，孔电极上的通孔与电离腔体上下壁面通孔同轴；
试剂气体进样管(2)出气口置于光源(1)出光口和电离腔体(4)顶部之间，出气口正对光源光束设置；样品进样管(3)出气口置于射频传输电极组(6)底部和孔电极(7)之间，正对光源光束设置；
于电离腔体(4)侧壁上开设有与抽气泵相连的抽气口。
2.根据权利要求1所述电离源装置，其特征在于：
射频传输电极组(6)由N组(N可为4,6,8,10，12中任一数值)电极阵列构成；每组电极阵列均由四个或五个以上同轴、相等间隔设置的、相同形状尺寸的同心圆柱或圆环电极组成；N组电极阵列的上端和下端二个端面分别处于相互平行的二个平面上，且电极阵列的轴线与每个平面上的交点均布于同一个圆的圆周上；且该圆的圆心位于引入孔电极(7)通孔的轴线上；
在射频传输电极(6)的N组电极阵列中的每一组上相邻的同心圆柱或者圆环电极之间都由分压电阻均匀分压串联；每一个串联的分压电阻首尾两端分别施加直流电压DC1和直流电压DC2；
在射频传输电极(6)的N组电极阵列中的每一组上相邻的同心圆柱或者圆环电极都通过相同电容值的电容耦合到射频电源的输出端；沿顺时针从1起计数，N组电极阵列分为奇数组和偶数组，奇数组电极阵列的每一个电容施加射频电压的正相输出，偶数组电极阵列的每一个电容施加射频电压的反相输出。
3.根据权利要求1或2所述电离源装置，其特征在于：
根据电离腔体(4)中气压的大小，通过改变射频电压的幅值可以优化离子的传输效率，改善质谱灵敏度；通过改变直流电压DC1和DC2的大小可以调节电场强度，从而控制离子传输过程中的分子离子反应过程，有利于提高质谱电离的选择性。
4.根据权利要求1所述电离源装置，其特征在于：
光源(1)可为发射紫外光的放电灯或者激光器。
5.根据权利要求1所述电离源装置，其特征在于：
与抽气泵(5)相连的抽气口置于试剂气体进样管(2)和样品进样管(3)之间，避免样品气反流。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111613514A (zh) * 2020-06-24 2020-09-01 成都艾立本科技有限公司 一种高灵敏度紫外光电离飞行时间质谱仪及离子飞行时间测量方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103972018A (zh) * 2013-02-01 2014-08-06 中国科学院大连化学物理研究所 一种射频电场增强的单光子-化学电离源
CN104716010A (zh) * 2013-12-13 2015-06-17 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于四极杆射频电场增强的真空紫外光电离和化学电离复合电离源
CN104716009A (zh) * 2013-12-13 2015-06-17 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于真空紫外光电离和大气压电离的复合电离源
CN105632868A (zh) * 2014-10-28 2016-06-01 中国科学院大连化学物理研究所 用于质谱的真空紫外光电离和臭氧诱导解离复合电离源
CN108091540A (zh) * 2016-11-21 2018-05-29 中国科学院大连化学物理研究所 一种射频聚焦增强真空紫外光质谱电离源

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103972018A (zh) * 2013-02-01 2014-08-06 中国科学院大连化学物理研究所 一种射频电场增强的单光子-化学电离源
CN104716010A (zh) * 2013-12-13 2015-06-17 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于四极杆射频电场增强的真空紫外光电离和化学电离复合电离源
CN104716009A (zh) * 2013-12-13 2015-06-17 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于真空紫外光电离和大气压电离的复合电离源
CN105632868A (zh) * 2014-10-28 2016-06-01 中国科学院大连化学物理研究所 用于质谱的真空紫外光电离和臭氧诱导解离复合电离源
CN108091540A (zh) * 2016-11-21 2018-05-29 中国科学院大连化学物理研究所 一种射频聚焦增强真空紫外光质谱电离源

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111613514A (zh) * 2020-06-24 2020-09-01 成都艾立本科技有限公司 一种高灵敏度紫外光电离飞行时间质谱仪及离子飞行时间测量方法
CN111613514B (zh) * 2020-06-24 2023-11-03 成都艾立本科技有限公司 一种高灵敏度紫外光电离飞行时间质谱仪及离子飞行时间测量方法

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