CN114628227A - 一种具有正负离子存储和切换功能的电离源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有正负离子存储和切换功能的电离源，属于分析化学仪器技术领域。包括VUV灯，四个环形切换电极，三个绝缘电极环、电离反应区，正离子存储区、负离子存储区、切换电极，本发明的电离源设置有独立的正负存储区，可以实现同一电离源内正负离子的分离和存储，在分析检测一种极性离子时，另一种离子进行存储，从而实现离子的利用率、避免正负离子复合以保证灵敏度。

Description

一种具有正负离子存储和切换功能的电离源

技术领域

本发明属于分析化学仪器技术领域，具体涉及一种离子型分析仪器用的高效正负离子存储和切换电离源。

背景技术

质谱、离子迁移谱等离子检测仪器在公共安全、环境卫生、医疗等领域被广泛应用。它们都属于离子型检测器，包括电离源、离子传输系统、离子检测器等构成。其中，电离源性能的高低直接影响到最低检测限。电离源主要包括放射源、放电电离源、光电离源、电喷雾电离源等。其中大多数属于双极性电离源，即电离源中同时产生等量的正负离子。在离子引入过程中分为两种形式：(1)正负离子同时引入，缺点是传输过程中正负离子会发生复合，降低灵敏度；(2)利用电场将正负离子分离，缺陷是只能利用单一极性的离子，另一种极性离子会浪费掉。

发明专利CN201710507343.0公开了一种离子注入装置包括：主离子源、至少一个备用离子源、用于改变接入的离子源种类的离子源切换装置及用于使所述备用离子源和/或主离子源发射的离子进入筛选装置的离子通道。通过上述方式，通过设置至少一个备用离子源的方式，在某一离子源需要停机维修时通过切换离子源使得其它离子源与筛选装置相连，保证离子注入装置可以连续工作，实现产品制造过程中的连续性。但是该发明仅通过不同电离源之间的更换，并非两种极性离子的切换、没有解决离子利用率的问题。发明专利CN201811381338.0公开了一种用于质谱分析的正负离子通用光电离源，其具体结构包括真空紫外光源、氟化镁光窗、进样管路、负离子电离区、第一锥孔电极、正离子电离区、第二锥孔电极、抽气泵、真空泵、静电传输透镜组和离子出口。通过合理的差分真空及电极结构设计，巧妙地将正离子光电离源和负离子光电离源相结合，并使其运行在各自合适的工作气压，从而实现对分析物同时进行正负离子高灵敏光电离，拓宽质谱仪器的电离范围，增强质谱仪器的定性能力。该发明的缺点是采用两个VUV灯分别产生正负离子，增加了耗材数量。另外，设置了两个区域通过控制分子泵的抽气速度形成不同气压区，以实现正离子电离区和负离子电离区，增加了设备的复杂程度。然而，针对改善电离源中正负离子利用率低和正负离子复合导致的灵敏度降低的相关研究目前还未见报道。

发明内容

为了解决同一电离源内正负离子的利用率低、正负离子复合降低灵敏度等技术问题，本发明提供了一种具有正负离子存储和切换功能的电离源，所述电离源中设计了正负离子存储区，通过调控电极上的电压，实现一种极性离子分析的同时、另一种相反极性离子的存储，从而提高离子利用率、避免正负离子复合。

本发明采用的技术方案如下：

一种具有正负离子存储和切换功能的电离源，包括真空紫外灯(VUV灯)10，四个环形切换电极1、2、3、4，三个绝缘电极环5、6、7、电离反应区12，正离子存储区11、负离子存储区13；正离子存储区11、负离子存储区13分别位于电离反应区12的两侧，且同轴放置；四个环形切换电极中每两个相邻电极分别组成正离子存储区11、电离反应区12、负离子存储区13，且依次排列；VUV灯10与电离反应区12同轴设置，电离反应区12与VUV灯光窗正对的一侧设有光通过孔9，VUV灯10与光通过孔9密封设置；与VUV灯光窗正对的电离反应区另一侧设有样品和试剂分子入口8；位于两端的环形切换电极1、4上施加电压不同，一端为射频电压、另一端为直流电压。

进一步的，正离子检测模式下，环形切换电极1施加射频电场用于负离子存储，环形切换电极2、3、4上的电势依次降低，制备电离样品；负离子检测模式下，环形切换电极1施加射频电场用于正离子存储，环形切换电极2、3、4上的电势依次升高，制备电离样品。

进一步的，电离源的正负离子切换频率为0.01Hz～10kHz；

进一步的，电离源的工作气压在10Pa～0.11MPa；

进一步的，环形切换电极上所加的射频电压为100～5000V，频率在1kHz～10kHz；所加的波形为方波、正弦波或高场非对称性波。

进一步的，VUV灯光窗为氟化镁光窗。

进一步的，所述VUV灯10的光源为气体放电灯光源、激光光源或同步辐射光源。

进一步的，所述样品和试剂分子入口8的材质为不锈钢、钝化的不锈钢金属、PEEK塑料或石英材质；所述进样管路的内径为0.075～0.5mm。

本发明相对于现有技术具有的有益效果如下：

1.本发明的具有正负离子存储和切换功能的电离源能够实现一种极性离子分析的同时，另一种相反极性离子的存储，从而提高离子利用率，并且能够避免正负离子复合导致的灵敏度的降低。

2.本发明的具有正负离子存储和切换功能的电离源采用的真空紫外灯是一种软电离技术，分子离子产率高，信噪比高等优点，能够广泛应用医疗诊断和环境分析等领域中。

3.本发明的具有正负离子存储和切换功能的电离源仅需要1个VUV灯产生正离子和负离子，并能够连续工作，降低了耗材数量，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例涉及的附图进行简单地介绍。

图1一种正负离子存储和切换电离源的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但本发明的实施方式不限于此，显而易见地，下面描述中的实施例仅是本发明的部分实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，获得其他的类似的实施例均落入本发明的保护范围。

实施例1：

一种具有正负离子存储和切换功能的电离源，包括VUV灯10，四个环形切换电极1、2、3、4，三个绝缘电极环5、6、7、电离反应区12，正离子存储区11、负离子存储区13；正离子存储区11、负离子存储区13分别位于电离反应区12的两侧，且同轴放置；四个环形切换电极中每两个相邻电极分别组成正离子存储区11、电离反应区12、负离子存储区13，且依次排列；VUV灯10与电离反应区12二者同轴设置，电离反应区12与VUV灯光窗正对的一侧设有光通过孔9，VUV灯10与光通过孔9密封设置；与VUV灯光窗正对的电离反应区另一侧设有样品和试剂分子入口8；位于两端的环形切换电极1、4上施加电压不同，一端为射频电压、另一端为直流电压；正离子检测模式下，环形切换电极1施加射频电场用于负离子存储，环形切换电极2、3、4上的电势依次降低，制备电离样品；负离子检测模式下，环形切换电极1施加射频电场用于正离子存储，环形切换电极2、3、4上的电势依次升高，制备电离样品；正负离子切换的频率在10Hz；工作气压在大气压；所加的射频电压1000V，频率在1kHz；波形可以为高场非对称性波。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (8)

1.一种具有正负离子存储和切换功能的电离源，其特征在于：包括VUV灯，至少四个环形切换电极，至少三个绝缘电极环，电离反应区，正离子存储区、负离子存储区；正离子存储区、负离子存储区分别位于电离反应区的两侧，且同轴放置；环形切换电极中每两个或两个以上相邻电极分别组成正离子存储区、电离反应区、负离子存储区，且依次排列；VUV灯与电离反应区同轴设置，电离反应区与VUV灯光窗正对的一侧设有光通过孔，VUV灯与光通过孔密封设置；与VUV灯光窗正对的电离反应区另一侧设有样品和试剂分子入口；位于两端的环形切换电极上施加电压不同，一端为射频电压、另一端为直流电压。

2.根据权利要求1所述的电离源，其特征在于：正离子存储区、负离子存储区分别位于电离反应区的左侧和右侧，正离子检测模式下，左端相邻的1个或2个以上的环形切换电极施加射频电场用于负离子存储，从左到右的环形切换电极上的电势依次降低；负离子检测模式下，左端相邻的1个或2个以上的环形切换电极施加射频电场用于正离子存储，从左到右的环形切换电极上的电势依次升高。

3.根据权利要求2所述的电离源，其特征在于：所述电离源的正负离子切换的频率在0.01Hz～10kHz。

4.根据权利要求3所述的电离源，其特征在于：所述电离源的工作气压在10Pa～0.11MPa。

5.根据权利要求4所述的电离源，其特征在于：所述环形切换电极上所加的射频电压为100～5000V，频率在1kHz～10kHz；所加的波形为方波、正弦波或高场非对称性波。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电离源，其特征在于：所述的VUV灯光窗为氟化镁光窗。

7.根据权利要求6所述的电离源，其特征在于：所述VUV灯的光源为气体放电灯光源、激光光源或同步辐射光源。

8.根据权利要求7所述的电离源，其特征在于：所述样品和试剂分子入口的材质为不锈钢、钝化的不锈钢金属、PEEK塑料或石英材质；所述样品和试剂分子入口的内径为0.075～0.5mm。

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