CN114203516B - 一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，包括：高压放电区，所述高压放电区的一端设有供反应气体进入的通道；离子分子反应区，与所述高压放电区相连通，所述离子分子反应区的一端还设有供待测物进入的通道；差分真空区，与所述离子分子反应区相连通；质量分析器，与所述差分真空区相连通。本发明以无损离子迁移结构作为离子‑分子反应装置，在有限的空间内延长母体离子的迁移轨迹，增大母体离子与待测物分子的碰撞几率，从而大幅度提升待测物的离子化效率。
Description
技术领域
本发明涉及质谱技术领域，尤其涉及到一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置。
背景技术
化学电离是1966年兴起的一种软电离技术。它不是用高能电子直接轰击待测物分子，而是通过离子-分子反应来实现待测物分子的离子化。采用化学电离源，质谱装置所得到的谱图简单，以准分子离子峰为主，即M+、(M+H)+或(M-H)+，易于进行谱解析，获得待测物的相对分子质量信息。
传统的离子-分子反应装置有流动管、漂移管和射频四极杆等。其中，流动管长度过长(一般约1米)，离子在迁移过程中衰减严重；漂移管中离子的飞行轨迹是发散的，只有轴心位置的离子可以顺利通过漂移管末端的真空差分小孔，进入后一级真空区，离子传输效率不容乐观；射频四极杆作为离子-分子反应装置，离子的传输效率得到一定程度的改善，但射频四极杆中母体离子的迁移轨迹有限，与待测物分子碰撞不充分，待测物的离子化效率偏低。
综上所述，目前传统的离子-分子反应装置存在传输效率低、离子化效率低两大技术难题，化学电离源质谱仪器的检测灵敏度遭遇瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，离子-分子反应区采用无损离子迁移结构，实现离子高效率传输的同时，大幅度提升了待测物的离子化效率，解决化学电离质谱仪器的技术瓶颈。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，包括：
高压放电区，所述高压放电区的一端设有供反应气体进入的通道；
离子分子反应区，与所述高压放电区相连通，所述离子分子反应区的一端还设有供待测物进入的通道；
差分真空区，与所述离子分子反应区相连通；
质量分析器，与所述差分真空区相连通。
本发明的进一步设置为：所述离子分子反应区为无损离子迁移结构。
本发明的进一步设置为：所述无损离子迁移结构包括两块相互平行且正面相对设置的印制电路板，所述印制电路板的正面设有平面微电极阵列，所述平面微电极阵列呈“S”型结构，所述平面微电极阵列的微电极表面镀金，所述印刷电路板的背面设有各微电极的供电电路。
本发明的进一步设置为：两块印制电路板的间距为1-5mm。
本发明的进一步设置为：所述微电极的长度为1-30mm，宽度为1-10mm。
本发明的进一步设置为：所述平面微电极阵列包括中间组微电极阵列和两侧组微电极阵列，所述中间组微电极阵列和两侧组微电极阵列中的微电极个数为20-200个。
本发明的进一步设置为：所述中间组微电极阵列的微电极上叠加有交流电压和直流电压，相邻的微电极上的交流电压值大小相等、相位差180度，沿着离子的传输方向，中间组微电极阵列的微电极上直流电压值依次递减。
本发明的进一步设置为：所述两侧组微电极阵列的微电极上施加直流电压，沿着离子的传输方向，两侧组微电极阵列的微电极上直流电压值依次递减，在离子传输的任一截面上两侧组微电极阵列中的两个微电极是导通的。
本发明的进一步设置为：所述高压放电区为空心阴极放电、介质阻挡放电、微波等离子体炬或电晕放电装置。
本发明的进一步设置为：所述差分真空区为静电透镜组、多极杆、离子漏斗或无损离子迁移结构。
本发明的进一步设置为：所述质量分析器为离子阱质谱、四极杆质谱、飞行时间质谱或轨道阱装置。
本发明的进一步设置为：所述交流电压为正余弦波、矩形波、三角波或锯齿波，峰峰值为50-2000V，频率为100KHz-10MHz。
本发明的进一步设置为：所述直流电压为100-4000V，在离子传输的任一截面上，两侧组微电极阵列的微电极上的直流电压值高于中间组微电极阵列的微电极上的直流电压值。
本发明公开了一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，与现有技术相比：
1、以无损离子迁移结构作为离子-分子反应装置，在有限的空间内延长母体离子的迁移轨迹，增大母体离子与待测物分子的碰撞几率，从而大幅度提升待测物的离子化效率。
2、在无损离子迁移结构中，射频电压将离子有效地束缚在两块印制电路板之间，直流梯度电压推动着离子沿着蜿蜒的离子通道传输，传输效率接近100％。
3、本发明能够解决目前化学电离源质谱仪存在的待测物离子化效率低和目标离子传输效率差的双重技术难题，在提升化学电离源质谱仪探测灵敏度方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的离子分子反应区的无损离子迁移结构的主视图。
图3为本发明的离子分子反应区的无损离子迁移结构的左视图。
图4为本发明的离子分子反应区的无损离子迁移结构的俯视图。
图5为本发明的印制电路板的正面结构示意图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
其中：100、高压放电区；200、离子分子反应区；201、印制电路板；202、中间组微电极阵列；203、两侧组微电极阵列；300、差分真空区；400、质量分析器。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
参阅图1至图5所示，一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，包括：高压放电区100，所述高压放电区100的一端设有供反应气体进入的通道；离子分子反应区200，与所述高压放电区100相连通，所述离子分子反应区200的一端还设有供待测物进入的通道；差分真空区300，与所述离子分子反应区200相连通；质量分析器400，与所述差分真空区300相连通。
上述技术方案中，详细参阅图1所示，图1中所述化学电离源质谱装置包括自左至右依次相连的高压放电区100、离子分子反应区200、差分真空区300和质量分析器400，所述高压放电区100处具有供反应气体进入的通道，所述离子分子反应区200处具有供待测物进入的通道；本技术方案首先是反应气体经高压放电区100形成母体离子，随后，母体离子在离子分子反应区200与待测物分子碰撞，发生离子-分子反应迫使待测物电离，最后，待测物离子经差分真空区300传输至质量分析器400，进行不同质荷比离子的分离和离子流强度的探测。
作为本技术方案的进一步优化，所述离子分子反应区200为无损离子迁移结构。
上述技术方案中，无损离子迁移机构使得在有限的空间内延长母体离子的迁移轨迹，增大母体离子与待测物分子的碰撞几率，从而大幅度提升待测物的离子化效率；此外，该结构还具有高效的离子捕获、传输和聚焦性能，离子传输效率接近100％。
作为本技术方案的进一步优化，所述无损离子迁移结构包括两块相互平行且正面相对设置的印制电路板201，所述印制电路板201的正面设有平面微电极阵列，所述平面微电极阵列呈“S”型结构，所述平面微电极阵列的微电极表面镀金，所述印刷电路板201的背面设有各微电极的供电电路。
上述技术方案中，所述微电极阵列呈“S”型结构，亦可称之为“蛇”型结构，有关微电极阵列的具体结构，请详细参阅图5所示。
作为无损离子迁移结构的优选方案，两块印制电路板的间距为1-5mm；所述微电极的长度为1-30mm，宽度为1-10mm。
参阅图5所示，所述平面微电极阵列包括中间组微电极阵列202和两侧组微电极阵列203，所述中间组微电极阵列202和两侧组微电极阵列203中的微电极个数为20-200个。
上述技术方案中，所述平面微电极阵列细分为中间组和两侧组两种电极类别，中间组即位于中间部位，两侧组即位于中间组的两侧。
本发明的进一步设置为：所述中间组微电极阵列202的微电极上叠加有交流电压和直流电压，相邻的微电极上的交流电压值大小相等、相位差180度，沿着离子的传输方向，中间组微电极阵列202的微电极上直流电压值依次递减。
本发明的进一步设置为：所述两侧组微电极阵列203的微电极上施加直流电压，沿着离子的传输方向，两侧组微电极阵列203的微电极上直流电压值依次递减，在离子传输的任一截面上两侧组微电极阵列203中的两个微电极是导通的。
本发明的进一步设置为：所述高压放电区100为空心阴极放电、介质阻挡放电、微波等离子体炬或电晕放电装置。
本发明的进一步设置为：所述差分真空区300为静电透镜组、多极杆、离子漏斗或无损离子迁移结构。
本发明的进一步设置为：所述质量分析器400为离子阱质谱、四极杆质谱、飞行时间质谱或轨道阱装置。
本发明的进一步设置为：所述交流电压为正余弦波、矩形波、三角波或锯齿波，峰峰值为50-2000V，频率为100KHz-10MHz。
所述直流电压为100-4000V，在离子传输的任一截面上，两侧组微电极阵列的微电极上的直流电压值高于中间组微电极阵列的微电极上的直流电压值。
以上，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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (9)
1.一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，其特征在于，包括：
高压放电区(100)，所述高压放电区(100)的一端设有供反应气体进入的通道；
离子分子反应区(200)，与所述高压放电区(100)相连通，所述离子分子反应区(200)的一端还设有供待测物进入的通道；
差分真空区(300)，与所述离子分子反应区(200)相连通；
质量分析器(400)，与所述差分真空区(300)相连通；
所述离子分子反应区(200)为无损离子迁移结构，所述无损离子迁移结构包括两块相互平行且正面相对设置的印制电路板(201)，所述印制电路板(201)的正面设有平面微电极阵列，所述平面微电极阵列呈“S”型结构，所述平面微电极阵列的微电极表面镀金，所述印制电路板(201)的背面设有各微电极的供电电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，其特征在于：所述两块相互平行且正面相对设置的印制电路板的间距为1-5mm；所述微电极的长度为1-30mm，宽度为1-10mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，其特征在于：所述平面微电极阵列包括中间组微电极阵列(202)和两侧组微电极阵列(203)，所述中间组微电极阵列(202)和两侧组微电极阵列(203)中的微电极个数均为20-200个。
4.根据权利要求3所述的一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，其特征在于：所述中间组微电极阵列(202)的微电极上叠加有交流电压和直流电压，相邻的微电极上的交流电压值大小相等、相位差180度，沿着离子的传输方向，中间组微电极阵列(202)的微电极上直流电压值依次递减。
5.根据权利要求3所述的一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，其特征在于：所述两侧组微电极阵列(203)的微电极上施加直流电压，沿着离子的传输方向，两侧组微电极阵列(203)的微电极上直流电压值依次递减，在离子传输的任一截面上两侧组微电极阵列(203)中的两个微电极是导通的。
6.根据权利要求1所述的一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，其特征在于：所述高压放电区(100)为空心阴极放电、介质阻挡放电、微波等离子体炬或电晕放电装置。
7.根据权利要求1所述的一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，其特征在于：所述差分真空区(300)为静电透镜组、多极杆、离子漏斗或无损离子迁移结构。
8.根据权利要求1所述的一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，其特征在于：所述质量分析器(400)为离子阱质谱、四极杆质谱、飞行时间质谱或轨道阱装置。
9.根据权利要求4所述的一种基于无损离子迁移的化学电离源质谱装置，其特征在于：所述交流电压为正余弦波、矩形波、三角波或锯齿波，峰峰值为50-2000V，频率为100KHz-10MHz；
所述直流电压为100-4000V，在离子传输的任一截面上，两侧组微电极阵列(203)的微电极上的直流电压值高于中间组微电极阵列(202)的微电极上的直流电压值。
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| Title |
|---|
| 基于PTFE基材的FAIMS传感器设计;赵东杰;刘军;丁庆行;;传感技术学报(11);全文 * |
| 离子迁移谱电离源研究进展;秦墨林;郭成海;曹树亚;赵建军;刘卫卫;;化学传感器(02);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114203516A (zh) | 2022-03-18 |
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