CN202167455U - 一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置，包括一质子转移反应漂移区，所述质子转移反应漂移区的前端设有质子供体引入通道和载气引入通道，后端设有载气引出通道，所述质子转移反应漂移区连接有一调节质子反应后离子束的离子漏斗，所述离子漏斗的后端为一离子束引出通道。本实用新型通过在质子转移反应区之后设有一离子漏斗，导入的质子供体与伴随载气加入的样品分子在质子反应区反应完后，离子漏斗对离子束进行调节，使离子束在漏斗形状的极片环间电场中进行聚焦，便于离子束的传输，从而提高了质子转移离子源的离子化效率，减少了离子源对质谱分析器的污染。本实用新型可应用于离子传输领域。

Description

一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置

技术领域

本实用新型涉及离子传输领域，尤其是一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置。

背景技术

质谱是对分子结构分析最精确的方法之一可用来对未知物进行定性分析和对混合物中已知组分进行定量检测。离子源是质谱的关键组成部分，最常用的离子源是EI（electron ionization）源，它采用高能电子束轰击样品，从而使样品发生电离产生电子和分子离子。原理如下：

M⁺可继续断裂并进行分子重排，产生多种碎片离子。EI源的电离效率高，重复性好，并已有完整的谱库，是目前使用最广泛的离子源。然而由于EI源产生的碎片峰较多，对于混合未知物的解谱非常困难。为了解决这一问题，产生了一系列的软电离（soft ionization）方法。

化学电离（chemical ionization，CI）就是一种典型的软电离的方式。它通过引入一种反应气体(通常是甲烷等)，电子首先电离反应气体，然后反应气体离子再与样品分子发生一系列的离子分子反应产生样品分子的准分子离子，因此质谱峰数目少，能方便的确定分子量。质子转移离子源就是CI的一种，目前可用来与质谱分析器结合形成了目前最常用的用来实时、在线检测大气中的挥发性有机物（VOCs）的质子转移质谱仪（PTRMS）仪器装置。质子转移反应离子源是通过初始反应离子与待测样品分子发生质子转移反应（proton transfer reaction）的原理从而使样品分子带上质子，然后通过质量分析器进行检测。初始反应离子一般通过对水蒸气和空气的混合气体进行放电产生水合氢离子（H3O⁺），并以其作为反应离子。反应离子H₃O⁺在漂移管中与有机分子发生质子转移反应，使得样品分子离子化。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种对质子转移反应后的离子束进行调节，使得离子聚焦，并对中性分子进行阻挡的质子转移离子源装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置，包括一质子转移反应漂移区，所述质子转移反应漂移区的前端设有质子供体引入通道和载气引入通道，后端设有载气引出通道，所述质子转移反应漂移区连接有一调节质子反应后离子束的离子漏斗，所述离子漏斗的后端为一离子束引出通道。

进一步，所述离子漏斗采用多个极片环与绝缘环间隔叠放的结构，所述极片环的外沿贯穿有便于固定极片环和安装离子漏斗的支撑杆，所述极片环连接有在极片环间形成分压电场的高压电源。

进一步作为优选的实施方式，所述离子漏斗极片环的形状为圆环状或者方环状。

进一步作为优选的实施方式，所述离子漏斗极片环的材料为不锈钢等金属或者镀了金属的极片。

进一步作为优选的实施方式，所述离子漏斗极片环的数量为2-1000片，极片环的径向直径为2-200毫米。

进一步作为优选的实施方式，所述载气为氮气、空气、稀有气体或者其他永久气体。

进一步作为优选的实施方式，所述质子供体为水和氢离子。

进一步作为优选的实施方式，所述离子漏斗上还设有使极片环恒温的加热装置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在质子转移反应区之后设有一离子漏斗，导入的质子供体与伴随载气加入的样品分子在质子反应区反应完后，离子漏斗对离子束进行调节，使离子束在漏斗形状的极片环间电场中进行聚焦，便于离子束的传输；本实用新型装置改善了对离子束的提纯效果，清除了离子束中绝大部分的中性分子，提高了质子转移离子源的离子化效率，减少了离子源对质谱分析器的污染；本实用新型在离子漏斗上加装了加热装置，可以提高离子的传输效率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1是本实用新型质子转移离子源装置的结构示意图；

图2是本实用新型离子漏斗调节质子转移离子源的离子束的传输效果图；

图3是离子漏斗径向二维图；

图4是离子漏斗轴向二维图；

图5是离子漏斗二维剖视图；

图6是离子漏斗调节质子转移反应离子束质子转移离子源三维图；

图7是离子漏斗调节质子转移离子源装置实施例图。

附图标记：

1  质子供体引入通道

2  载气引入通道

3  质子转移反应漂移区

4  载气引出通道

5  离子漏斗

6  离子束引出通道

7  空心阴极管的阳极板

8  空心阴极管的阴极板

9  调节电极

10 第一隔板

11、12 真空腔

13 第二隔板

14 质谱分析器接口座。

具体实施方式

如图1所示，一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置，包括一质子转移反应漂移区3，所述质子转移反应漂移区3的前端设有质子供体引入通道1和载气引入通道2，后端设有载气引出通道4，所述质子转移反应漂移区3连接有一调节质子反应后离子束的离子漏斗5，所述离子漏斗5的后端为一离子束引出通道6。所述质子供体为高浓度高纯度的水和氢离子，即以辉光放电等形式对水蒸气进行放电，产生水蒸汽相关的离子，引出后的离子继续与新加入的水蒸气进行反应，得到高浓度高纯度的水和氢离子。质子供体与空气载气和包含在其中的分析物VOCs等进行质子转移反应，然后通过离子漏斗5对反应后的离子束进行调节；所述离子漏斗5在轴向采用极片环与绝缘环间隔叠放的结构，所述极片环的外沿贯穿有便于固定极片环和安装离子漏斗的支撑杆，所述极片环连接有在极片环间形成分压电场的高压电源，通过漏斗形式的电场对质子转移反应的离子束进行调节，对离子束进行聚焦，便于离子束传输和适合质谱分析器进行分析，对载气分子和质子转移反应产物中性分子进行离心，使得通过离子通道的离子束中的其他物质最小，相对的提高了离子化率并减少对质谱分析器的污染。所述离子漏斗极片环的形状为圆环状或者方环状。所述离子漏斗极片环的材料为不锈钢等金属或者镀了金属的极片。所述载气为氮气、空气、稀有气体或者其他永久气体。所述质子供体为水和氢离子。

进一步作为优选的实施方式，所述离子漏斗极片环的数量为2-1000片，极片环的径向直径为2-200毫米。

进一步作为优选的实施方式，所述离子漏斗上还设有使极片环恒温的加热装置，以提高离子的传输效率。

图2为离子漏斗调节质子转移反应离子束的离子束传输效果图，通过离子漏斗5对质子转移反应离子束进行聚焦便于离子束的传输质谱分析器对离子束进行分析。

图3为离子漏斗径向二维图，以径向视图反应离子漏斗5结构。

图4为离子漏斗轴向二维图，以轴向视图反应离子漏斗5的结构。

图5为离子漏斗二维剖视图，以中心轴通过面对离子漏斗5进行剖视,反映离子漏洞5的漏斗形式和离子漏斗各零件之间的相互关系,所述离子漏斗5在轴向采用极片环与绝缘环间隔叠放的结构，所述极片环的外沿贯穿有便于固定极片环和安装离子漏斗的支撑杆。

图6为离子漏斗调节质子转移反应离子束质子转移离子源三维图，以空心阴极管对水蒸气进行放电，产生水蒸气相关的离子，然后通过可控的真空度和可控电场对引进的新的水蒸气对离子束进行调节产生高浓度高纯度的水合氢离子作质子转移反应的质子供体，以此供体与空气载气和包含在其中的分析物VOCs等进行质子转移反应，然后通过离子漏斗5对离子束进行调节，对离子束进行聚焦，便于离子束的传输和适合质谱分析器对离子束进行分析，并且离子漏斗5通过电场对载气分子和质子转移反应产物的中性分子进行离心，使得离子束通过离子漏斗时将中性分子阻挡在分析器外，减少对质谱分析器的污染。

图7是离子漏斗调节质子转移离子源装置实施例图，包括对水蒸气进行放电电离的空心阴极管的阳极板7和空心阴极管的阴极板8，其后连接有可调节控制的调节电极9，产生的电场对水蒸气相关离子进行调节，所述调节电极与质子转移反应区之间设有第一隔板10，第一隔板10后连接有真空腔11、12,真空腔11内设有质子转移反应区3，真空腔11前端设有供空气载气与包含在其中的分析物VOCs引入的载气引入通道2，真空腔12内设有对质子转移反应离子束调节的离子漏斗5，离子漏斗5的后部设有将质子转移反应离子源与质谱分析器隔开的第二隔板13，所述第二隔板连接有质谱分析器接口座14。

本实用新型通过离子漏斗5对质子转移反应离子束进行调节。质子转移反应区中的离子束截面积很大，不利于离子束的传输和质谱分析器的分析。通过离子漏洞对离子束进行聚焦，这样就利于离子束的传输和质谱分析器对离子束的分析。离子漏斗对载气中性分子和质子转移反应产物中性分子离心，当离子束经过离子通道时，阻挡了大部分的中性分子，减少对质谱分析器的污染，同时相对的提高了离子化率，最终提高仪器的检测灵敏度。

本实用新型装置的具体参数如下：

离子漏斗电压：-10KV～10kV。

工作压力：10^-6Pa～10kPa（真空负压）

载气：氮气、空气、稀有其他等永久气体

离子漏斗电极可以是圆环状或者方环状，材料可以是不锈钢等金属或者镀了金属的极片，离子漏斗的极片环片数范围在2-1000片，径向直径在2-200毫米之间。

此实用新型注重于对质子转移反应离子束的调节。通过离子漏斗对产生了质子供体与分析物进行质子转移反应的离子束和反应产物进行调节。离子漏斗对离子束进行聚焦，使得调节好的离子束便于离子传输和便于质谱分析器的分析，同时离子漏斗对载气分子和质子转移反应产物的中性分子进行离心，当调节好的离子束通过小孔的离子通道时，增加的离子通过率，相当于提高了离子产生率，同时阻挡了载气等中性分子，使得分析器更干净，减少了分析器的污染。

本实用新型是为真空环境下的工作的质谱仪提供离子源，特别是在用以飞行时间分析器进行检测时，更大的离子量才更利于检测。这样的结构在调节离子束状态上既适合飞行时间分析器也适合于四极杆分析器。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置，包括一质子转移反应漂移区（3），所述质子转移反应漂移区（3）的前端设有质子供体引入通道（1）和供样品分子、载气引入的载气引入通道（2），后端设有载气引出通道（4），其特征在于：所述质子转移反应漂移区（3）连接有一调节质子反应后离子束的离子漏斗（5），所述离子漏斗（5）的后端为一离子束引出通道（6）。

2.根据权利要求1所述的一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置，其特征在于：所述离子漏斗（5）采用多个极片环与绝缘环间隔叠放的结构，所述极片环的外沿贯穿有便于固定极片环和安装离子漏斗（5）的支撑杆，所述极片环连接有在极片环间形成分压电场的高压电源。

3.根据权利要求2所述的一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置，其特征在于：所述离子漏斗（5）极片环的形状为圆环状或者方环状。

4.根据权利要求2所述的一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置，其特征在于：所述离子漏斗（5）极片环的材料为不锈钢等金属或者镀了金属的极片。

5.根据权利要求2所述的一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置，其特征在于：所述离子漏斗（5）极片环的数量为2-1000片，极片环的径向直径为2-200毫米。

6.根据权利要求1所述的一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置，其特征在于：所述载气为氮气、空气、稀有气体或者其他永久气体。

7.根据权利要求1所述的一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置，其特征在于：所述质子供体为水和氢离子。

8.根据权利要求2所述的一种基于离子漏斗的质子转移离子源装置，其特征在于：所述离子漏斗（5）上还设有使极片环恒温的加热装置。

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