CN114334603B - 辉光放电电子轰击电离源质谱系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及质谱系统技术领域，提供一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统，包括：辉光放电室，包括阴极板、阳极板、筒体及第一加压组件，筒体设置为两端开口的中空结构，阴极板和阳极板分别设置于筒体的两端，且三者围成腔体结构，第一加压组件用于使阴极板的电势低于阳极板的电势以形成电势差，腔体结构上设有进气口以及电子出射口；电离室，设有气体分子进样口、电子入射口及离子排放口，气体分子进样口供待检测气体进入，电子入射口与电子出射口相连接；质量分析器，第一端与离子排放口连接；检测器，与质量分析器的第二端连接。利用低气压下高压电场形成的辉光放电所产生的电子轰击电离源，避免了贵金属丝的使用，无需耗材，使用寿命更长。
Description
技术领域
本发明涉及质谱系统技术领域，尤其涉及一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统。
背景技术
现有技术中质谱系统通常利用贵金属丝，例如钨丝、铼丝等通入电流以使贵金属丝发热溢出自由热电子。然后通过外加电场给自由热电子施加能量，并利用自由热电子轰击气体分子，以使气体分子电离为阳离子。但是自由热电子的溢出容易导致贵金属材料的消耗，从而影响质谱系统的寿命。
发明内容
本发明提供一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统，用以解决现有技术中自由热电子的溢出容易导致贵金属材料的消耗，从而影响质谱系统的寿命的缺陷。
本发明提供的一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统，包括：
辉光放电室，包括阴极板、阳极板、筒体及第一加压组件，所述筒体设置为两端开口的中空结构，所述阴极板和所述阳极板分别设置于所述筒体的两端，且三者围成腔体结构，所述第一加压组件用于使所述阴极板的电势低于所述阳极板的电势以形成电势差，所述腔体结构上设有进气口以及电子出射口；
电离室，设有气体分子进样口、电子入射口及离子排放口，所述气体分子进样口供待检测气体进入，所述电子入射口与所述电子出射口相连接；
质量分析器，第一端与所述离子排放口连接；
检测器，与所述质量分析器的第二端连接。
根据本发明提供的一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统，还包括第二加压组件；
所述第二加压组件用于调整所述阳极板和所述电离室之间的电势差，且所述阳极板的电势低于所述电离室的电势。
根据本发明提供的一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统，所述质量分析器为四极杆质量分析器。
根据本发明提供的一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统，还包括电子聚焦透镜；
所述电子聚焦透镜设置于所述阳极板和所述电离室之间。
根据本发明提供的一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统，还包括离子聚焦透镜；
所述离子聚焦透镜设置于所述电离室与所述质量分析器之间。
根据本发明提供的一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统，所述离子聚焦透镜设置为两个或三个。
根据本发明提供的一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统，所述检测器包括法拉第杯、电子倍增器或微通道板；
或，所述检测器包括所述法拉第杯和所述电子倍增器，所述法拉第杯的离子入口与所述质量分析器的第二端连接，所述法拉第杯的侧壁设有贯通孔，所述电子倍增器的离子入口与所述贯通孔连通；
或，所述检测器包括所述法拉第杯和所述微通道板，所述法拉第杯的离子入口与所述质量分析器的第二端连接，所述法拉第杯的侧壁设有贯通孔，所述微通道的离子入口与所述贯通孔连通。
根据本发明提供的一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统，所述阴极板与所述筒体之间以及所述阳极板与所述筒体之间均设置有密封结构。
根据本发明提供的一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统，所述密封结构包括密封圈结构或者密封胶结构。
根据本发明提供的一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统，所述进气口设置于所述阴极板，所述电子出射口与所述进气口相对且设置于所述阳极板。
本发明提供的辉光放电电子轰击电离源质谱系统，通过低气压下高压电场形成的辉光放电所产生的电子，轰击电离室内的气体分子，使气体分子电离成阳离子。阳离子进入到质量分析器，被根据荷质比的大小依次排列，并依次排出质量分析器，最后被检测器检测。
本发明提供的辉光放电电子轰击电离源质谱系统能够利用低气压下高压电场形成的辉光放电所产生的电子轰击电离源，而不需要利用现有技术中对贵金属通电加热而溢出自由热电子的形式，避免了贵金属丝的使用，无需耗材，使用寿命更长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一些实施例中的辉光放电电子轰击电离源质谱系统的结构示意图；
图2是本发明提供的一些实施例中的辉光放电室与电离室的连接结构示意图；
图3是本发明提供的一些实施例中的辉光放电电子轰击电离源质谱系统的结构示意图；
图4是本发明提供的一些实施例中法拉第杯与微通道板的连接结构示意图；
附图标记：
1、辉光放电室；101、阴极板；102、阳极板；103、筒体；104、进气口；105、电子出射口；106、密封结构；
2、电离室；201、电子入射口；202、气体分子进样口；
3、质量分析器；4、四极杆质量分析器；5、电子聚焦透镜；6、离子聚焦透镜；7、检测器；8、法拉第杯；9、电子倍增器；10、微通道板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图4描述本发明提供的实施例中的辉光放电电子轰击电离源质谱系统。
具体来说，辉光放电电子轰击电离源质谱系统包括辉光放电室1、电离室2、质量分析器3及检测器7。
其中，辉光放电室1包括阴极板101、阳极板102、筒体103及第一加压组件。筒体103设置为两端开口的中空结构。阴极板101和阳极板102分别设置于筒体103的两端，且三者围成腔体结构。第一加压组件用于使阴极板101的电势低于阳极板102的电势以形成电势差。腔体结构上设有进气口104以及电子出射口105。
进一步地，第一加压组件可以是直流电源，并且阴极板101与阳极板102之间的电势差可以大于或者等于500V。
进一步地，进气口104可以与气源连接，气源可以用于提供空气、氮气或者氦气，并且腔体结构内的气体压力可以维持在几个Torr的低压状态。在阴极板101和阳极板102之间产生电势差之后，则辉光放电室1内部就会产生辉光放电，大量的电子向阳极板102方向运动，并从电子出射口105射出。
进一步地，电子出射口105可以设置为直径为1mm的小孔，以使电子经过小孔射出。
进一步地，进气口104设置于阴极板101，电子出射口105与进气口104相对且设置于阳极板102，如此设置，以便于辉光放电室1内的电子射出。
电离室2设有气体分子进样口202、电子入射口201及离子排放口。气体分子进样口202供待检测气体进入。电子入射口201与电子出射口105相连接，以使辉光放电室1产生的电子能够进入到电离室2内。在电离室2内，电子与待检测气体的气体分子发生碰撞电离，使气体分子电离成阳离子。
质量分析器3第一端与离子排放口连接，以使气体分子电离的阳离子能进入质量分析器。质量分析器3可以根据荷质比的大小排列离子，并依次排出质量分析器3。
检测器7与质量分析器3的第二端连接，以对质量分析器3排出的离子进行检测。
本发明提供的实施例中的辉光放电电子轰击电离源质谱系统，通过低气压下高压电场形成的辉光放电所产生的电子，轰击电离室2内的气体分子，使气体分子电离成阳离子。阳离子进入到质量分析器3，被根据荷质比的大小依次排列，并依次排出质量分析器3，最后被检测器7检测。
本发明提供的实施例中的辉光放电电子轰击电离源质谱系统能够利用低气压下高压电场形成的辉光放电所产生的电子轰击电离源，而不需要采用现有技术中对贵金属通电加热而溢出自由热电子的形式，避免了贵金属丝的使用，无需耗材，使用寿命更长。
在本发明提供的一些实施例中，辉光放电电子轰击电离源质谱系统还包括第二加压组件。
第二加压组件用于调整阳极板102和电离室2之间的电势差，且使阳极板102的电势低于电离室2的电势。
通过调整阳极板102与电离室2之间的电势差能够调节电子的能量，从而控制电子轰击电离能的大小，以达到硬电离和软电离快速切换的效果，从而使本发明提供的实施例中的辉光放电电子轰击电离源质谱系统使用更灵活方便。
可选地，第二加压组件可以包括直流可调电源，通过直流可调电源能够调节阳极板102与电离室2之间的电场大小，可实现电子能量的调节，并且由于是直流电场的调节，可以实现迅速的切换，从而实现硬电离和软电离的快速切换。
同时，现有技术中，通常给电子施加70eV的能量，而一般有机小分子的电离能为8～10eV。70eV的电子通过与有机小分子进行能量交换而让有机小分子失去一个电子而带上正电，而该电子多余的电子能还可以使得该分子离子进一步碎裂，这样，经70eV电子电离出的离子，既有分子离子，也有碎片离子。所以，如果混合物，如混合气被电离，则不同物质的碎片离子就有可能发生重叠现象，这就给定性和定量都带来了困难。
而本发明中提供的辉光放电电子轰击电离源质谱系统，能够对电子能量进行调控，因此可以自由实现硬电离和软电离的切换，可根据样品的类型调节电子的能量，例如，可以根据有机小分子的电离能调节电子的能量，使电子电能与有机小分子的电离能适配，防止有机小分子电离成的分子离子被进一步电离成碎片离子，从而更有助于复杂样品的直接定性和定量。
在本发明提供的一些实施例中，质量分析器3为四极杆质量分析器4。在射频电源的作用下，四极杆质量分析器4内部形成稳定的四极场，使得只有符合稳定条件的阳离子才能够通过四极杆质量分析器4，从而被后面的检测器7检测。通过射频电源的扫描作用，就可以将阳离子按照荷质比大小筛选并检测。
在本发明提供的一些实施例中，辉光放电电子轰击电离源质谱系统还包括电子聚焦透镜5。电子聚焦透镜5设置于阳极板102和电离室2之间。电子聚焦透镜5包括但不限于电场透镜或者电磁透镜，可以对辉光放电室1射出的电子进行汇聚和整型。
在本发明提供的一些实施例中，辉光放电电子轰击电离源质谱系统还包括离子聚焦透镜6。离子聚焦透镜6设置于电离室2与质量分析器7之间。离子聚焦透镜6包括但不限于电场透镜或者电磁透镜，可以将电离室2内的阳离子拉出、汇聚和逐出离子源。
进一步地，为了提高对阳离子的拉出、汇聚和逐出离子源的效果，离子聚焦透镜6设置为两个或三个。
在本发明提供的一些实施例中，检测器7包括法拉第杯8、电子倍增器9或微通道板10。可以分别利用法拉第杯8、电子倍增器9或者微通道板10对从质量分析器3内排出的离子进行检测。
当然，检测器7并不局限于上述形式。
例如，如图3所示，在本发明提供的其它实施例中，检测器7包括法拉第杯8和电子倍增器9。法拉第杯8的离子入口与质量分析器3的第二端连接，以使质量分析器排出的离子能够进入到法拉第杯8内，法拉第杯8的侧壁设有贯通孔，电子倍增器9的离子入口与贯通孔连通，以便于离子经过贯通孔被电子倍增器9检测。如此设置，法拉第杯8可以用于侦测较强的讯号，而电子倍增器可用于侦测微小的讯号。
当然，如图4所示，检测器7并不局限于上述形式，例如在本发明提供的其它实施例中，检测器7包括法拉第杯8和微通道板10。法拉第杯的侧壁设有贯通孔，与上述实施例不同的是，将微通道板10安装于法拉第杯8的侧壁上的贯通孔处，以便于离子经过贯通孔被微通道板10检测。如此设置，法拉第杯8可以用于侦测较强的讯号，而微通道板10可用于侦测微小的讯号。
在本发明提供的一些实施例中，阴极板101与筒体103之间以及阳极板102与筒体103之间均设置有密封结构106。通过设置密封结构106能够提高辉光放电室1的相对气密性，防止过多气体溢出。
进一步地，密封结构106包括密封圈结构或者密封胶结构。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种辉光放电电子轰击电离源质谱系统，其特征在于，包括：
辉光放电室，包括阴极板、阳极板、筒体及第一加压组件，所述筒体设置为两端开口的中空结构，所述阴极板和所述阳极板分别设置于所述筒体的两端，且三者围成腔体结构，所述第一加压组件用于使所述阴极板的电势低于所述阳极板的电势以形成电势差，所述腔体结构上设有进气口以及电子出射口；
电离室，设有气体分子进样口、电子入射口及离子排放口，所述气体分子进样口供待检测气体进入，所述电子入射口与所述电子出射口相连接；
质量分析器，第一端与所述离子排放口连接；
检测器，与所述质量分析器的第二端连接；
还包括第二加压组件；
所述第二加压组件用于调整所述阳极板和所述电离室之间的电势差，且使所述阳极板的电势低于所述电离室的电势；
第二加压组件包括直流可调电源，所述直流可调电源能够调节所述阳极板与所述电离室之间的电场大小。
2.根据权利要求1所述的辉光放电电子轰击电离源质谱系统，其特征在于，所述质量分析器为四极杆质量分析器。
3.根据权利要求1所述的辉光放电电子轰击电离源质谱系统，其特征在于，还包括电子聚焦透镜；
所述电子聚焦透镜设置于所述阳极板和所述电离室之间。
4.根据权利要求1所述的辉光放电电子轰击电离源质谱系统，其特征在于，还包括离子聚焦透镜；
所述离子聚焦透镜设置于所述电离室与所述质量分析器之间。
5.根据权利要求4所述的辉光放电电子轰击电离源质谱系统，其特征在于，所述离子聚焦透镜设置为两个或三个。
6.根据权利要求1所述的辉光放电电子轰击电离源质谱系统，其特征在于，所述检测器包括法拉第杯、电子倍增器或微通道板；
或，所述检测器包括所述法拉第杯和所述电子倍增器；
或，所述检测器包括所述法拉第杯和所述微通道板。
7.根据权利要求1所述的辉光放电电子轰击电离源质谱系统，其特征在于，所述阴极板与所述筒体之间以及所述阳极板与所述筒体之间均设置有密封结构。
8.根据权利要求7所述的辉光放电电子轰击电离源质谱系统，其特征在于，所述密封结构包括密封圈结构或者密封胶结构。
9.根据权利要求1所述的辉光放电电子轰击电离源质谱系统，其特征在于，所述进气口设置于所述阴极板，所述电子出射口与所述进气口相对且设置于所述阳极板。
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| 辉光放电质谱仪的历史现状与未来;杭纬，杨成隆，苏永选，杨原，王小如，黄本立;质谱学报(第02期);全文 * |
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