CN203967030U - 一种质谱电离源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种质谱电离源，属于质谱离子源技术领域，为解决现有的离子源电离源检测范围受限及离子化效率低等问题而设计。质谱电离源包括进样装置、推斥电极和介质阻挡放电装置；液体或气体样品通过进样装置的进样管进入三通喷头内，经脱溶剂后的液体样品随载气一起或气体样品由三通喷头的引出端喷出；反应气体通过介质阻挡放电装置的导气管进入绝缘介质腔中，在放电电极的作用下产生低温等离子体，并由绝缘介质腔的引出端喷出；低温等离子体与液体或气体样品在质谱口处逆流汇聚，形成电离的样品分子，并在推斥电极的作用下向质谱口汇聚。本实用新型不仅扩展了电离源检测范围，而且提高了离子化效率和仪器检测灵敏度。

Description

一种质谱电离源

技术领域

本实用新型涉及一种质谱离子源，尤其涉及一种适用于分析液体或气体样品的质谱电离源。

背景技术

质谱法是已知的最灵敏且应用范围广泛的分析方法之一，该方法使用的质谱仪器由离子源和质量分析器两部分组成。

其中，离子源是样品离子化的关键技术。电喷雾离子源(ESI)作为一种常见的大气压质谱离子化方法，电喷雾应用电场来产生带电雾滴，通过离子蒸发将分析物离子送入质谱进行检测。离子化是在液态下完成的，这种电离技术适合于生物大分子物质的电离，但是电离效率比较低，对不挥发盐的忍耐力也比较低，而对于有机氯化合物和气体分子样品来说，ESI则无法使样品有效地电离。

发展多年的等离子体技术被广泛应用于臭氧发生、环境保护、纺织品表面处理等诸多领域，近年来开始应用于样品离子化领域，如辉光放电(glowdischarge，GD)，介质阻挡放电(dielectric barrier discharge，DBD)，低温等离子体离子源(low-temperature plasma source，LTP)。辉光放电离子装置结构简便，操作费用较低，但是需要一定的真空度，导致仪器的设计复杂。中国专利2006100115481公开的介质阻挡放电离子源结构简单，气体流速低，污染少且成本低，大气压下即可完成固体样品的直接解吸附与离子化，但其电极分别在介质两侧，样品的形状、大小及厚度受电极与介质空间大小的限制。中国专利2008102270160公开的低温等离子体电离源对中国专利2006100115481进行了改进，但主要适用于固体有机物、液体有机物或含有液体有机物的溶液，电离源单一，其检测范围受到限制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种电离源检测范围广，离子化效率高，仪器检测灵敏度高的质谱电离源。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种质谱电离源，包括进样装置、推斥电极和介质阻挡放电装置；

所述进样装置包括进样管和与所述进样管连通的三通喷头，液体或气体样品通过所述进样管进入所述三通喷头内，经脱溶剂后的液体样品随载气一起或气体样品由所述三通喷头的引出端喷出；

所述三通喷头为引出端设有向内收缩开口的腔体结构；

所述介质阻挡放电装置包括绝缘介质腔、放电电极、导气管，反应气体通过所述导气管进入所述绝缘介质腔中，在所述放电电极的放电作用下产生低温等离子体，并由所述绝缘介质腔的引出端喷出；

所述绝缘介质腔为一端引出端设有向内收缩开口，另一端密封的腔体结构；

所述推斥电极位于质谱仪质量分析器的质谱口的前方；

所述低温等离子体与喷出的液体或气体样品在所述质谱口处逆流汇聚，形成电离的样品分子，所述电离的样品分子在所述推斥电极的作用下向所述质谱口汇聚。

优选的，所述进样管包括液体进样管、通气管和加热装置；

所述液体进样管套设于所述三通喷头内，且所述液体进样管的一端伸出所述三通喷头的液体引入端，另一端位于所述三通喷头内；

所述液体进样管的外壁与所述三通喷头的内壁之间形成鞘气层；

所述通气管的一端伸入所述三通喷头内，并与所述鞘气层相连通，另一端伸出所述三通喷头的气体引入端，所述通气管用于通入载气或气体样品；

所述加热装置包覆于所述三通喷头外，用于加热液体样品脱除溶剂。

优选的，所述三通喷头的液体引入端与伸出所述三通喷头液体引入端的所述液体进样管之间设置液体进样管密封件；

所述三通喷头的气体引入端与伸出所述三通喷头气体引入端的所述通气管之间设置通气管密封件。

优选的，所述放电电极包括内电极和外电极；

所述内电极为棒状电极或空心管状电极，其套设于所述绝缘介质腔内，所述内电极的一端与供电电源的一端相连，所述内电极的另一端位于所述绝缘介质腔内，并与所述绝缘介质腔的引出端端口相距3-10mm；

所述外电极环绕所述绝缘介质腔外壁设置，所述外电极的外周包覆绝缘介质，所述外电极与所述供电电源的另一端相连，靠近所述绝缘介质腔引出端的所述外电极一端与所述绝缘介质腔的引出端端口相距2-5mm。

优选的，所述绝缘介质腔的另一端通过密封装置密封，所述密封装置上设置有所述导气管；

所述导气管的一端伸入所述密封装置内，并与所述绝缘介质腔的一端相连通，另一端伸出所述密封装置，所述导气管用于通入所述反应气体。

优选的，所述绝缘介质腔的引出端端口与所述质谱口形成夹角为90-135°，所述绝缘介质腔的引出端端口与所述质谱口相距3-5mm；

所述三通喷头的引出端端口与所述质谱口相距3-5mm；

所述三通喷头的引出端端口与所述绝缘介质腔的引出端端口在同一直线上或两者形成夹角0-45°，且两者相距5-10mm；

所述推斥电极与所述质谱口相距6-10mm。

优选的，所述绝缘介质腔由石英玻璃或陶瓷制作而成。

优选的，所述绝缘介质腔的内径为0-3mm，长度为50-120mm。

优选的，所述供电电源为高压射频电源，频率为0.5-500KHz，峰值电压为220-80000V，工作功率为2-50W。

优选的，所述推斥电极采用金属片作为电极。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型提供了一种质谱电离源，其进样装置采用三通喷头，不仅可以用于分析液体样品，还可以分析气体样品，有效扩大了离子源的适用范围。

液体或气体样品通过进样装置的进样管进入三通喷头内，经脱溶剂后的液体样品随载气一起或气体样品由三通喷头的引出端喷出；而反应气体通过介质阻挡放电装置的导气管进入绝缘介质腔中，在放电电极的放电作用下产生低温等离子体，并由绝缘介质腔的引出端喷出；低温等离子体与喷出的液体或气体样品在质谱口处逆流汇聚，形成电离的样品分子，电离的样品分子在推斥电极的电压作用下向质谱口汇聚，起到离子选择性的作用，有效加大了样品离子的进样量，提高了离子化效率和仪器检测灵敏度，为进一步拓展等离子体技术在质谱领域的应用范围提供了可能。

(2)当液体样品进样时，通过加热装置可以有效脱除液体样品中的溶剂。

(3)绝缘介质腔的引出端端口与质谱口形成夹角为90-135°，绝缘介质腔的引出端端口与质谱口相距3-5mm；三通喷头的引出端端口与质谱口相距3-5mm；三通喷头的引出端端口与绝缘介质腔的引出端端口在同一直线上或两者形成夹角0-45°，且两者相距5-10mm；推斥电极与所述质谱口相距6-10mm。这样，由三通喷头的引出端喷出的样品与由绝缘介质腔的引出端喷出的低温等离子体流逆流接触，增加了样品和等离子体接触的时间，样品电离充分。

(4)绝缘介质腔是由石英玻璃或陶瓷制作而成，不但具有良好的隔热性能，还具有良好的绝缘性能，并且制作加工容易，价格便宜。

(5)推斥电极采用金属片作电极，通过在推斥电极上施加一定的直流电压，使推斥电极与质谱口之间形成一定的压降，提高了带电样品的进样量。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的质谱电离源的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的进样装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例一提供的介质阻挡放电装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例二提供的质谱电离源的结构示意图。

图中，1、进样装置；11、三通喷头；12、液体进样管；13、通气管；14、加热装置；15、液体进样管密封件；16、通气管密封件；2、推斥电极；3、介质阻挡放电装置；31、绝缘介质腔；32、放电电极；33、导气管；321、内电极；322、外电极；34、供电电源；35、绝缘介质；36、密封装置；4、质谱口；5、样品汇聚电离区。

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实用新型的技术方案。

实施例一：

本实施例提供了一种质谱电离源，该质谱电离源的结构如图1-图3所示，其包括进样装置1、一个推斥电极2和介质阻挡放电装置3。推斥电极2位于质谱仪质量分析器的质谱口4的前方，推斥电极2与质谱口4相距10mm，推斥电极2上施加500V的正电压。推斥电极2采用金属片作为电极，通过在推斥电极2上施加一定的直流电压，使推斥电极2与质谱口4之间形成一定的压降，提高了带电样品的进样量。

如图2所示，进样装置1包括进样管和与进样管连通的三通喷头11，三通喷头11的引出端端口与质谱口4正交，两端口形成夹角为90°，且两端口相距5mm。

其中，进样管包括液体进样管12、通气管13和加热装置14。三通喷头11为引出端设有向内收缩开口的腔体结构。液体进样管12套设于三通喷头11内，且液体进样管12的一端伸出三通喷头11的液体引入端，另一端位于三通喷头11内。液体进样管12的外壁与三通喷头11的内壁之间形成鞘气层，通气管13的一端伸入三通喷头11内，并与鞘气层相连通，另一端伸出三通喷头11的气体引入端，通气管13用于通入载气或气体样品。三通喷头11的液体引入端与伸出三通喷头11液体引入端的液体进样管12之间设置液体进样管密封件15，在本实施例中，液体进样管12优选为毛细管，液体进样管密封件15为毛细管密封螺头。三通喷头11的气体引入端与伸出三通喷头11气体引入端的通气管13之间设置通气管密封件16，在本实施例中，通气管密封件16为通气管密封螺头。加热装置14包覆于三通喷头11外，用于加热液体样品脱除溶剂。

当分析的样品为气体样品时，气体样品直接由通气管13引入到三通喷头11的鞘气层，在三通喷头11的引出端喷出。当分析的样品为液体样品时，液体样品由毛细管通入三通喷头11中，同时将作为载气的氮气由通气管13引入到三通喷头11的鞘气层，液体样品经过加热装置14加热至1500℃，脱除液体样品中所含的溶剂后与氮气一起在三通喷头11的引出端喷出，并在样品汇聚电离区5形成喷雾。加热装置14温度可控，可以通过温控装置根据不同的液体样品设定不同的加热温度。

如图3所示，介质阻挡放电装置3包括绝缘介质腔31、放电电极32、导气管33和供电电源34。绝缘介质腔31由石英玻璃或陶瓷制作而成，不但具有良好的隔热性能，还具有良好的绝缘性能，并且制作加工容易，价格便宜。绝缘介质腔31的内径为1.5mm，长度为80mm。绝缘介质腔31的引出端端口与质谱口4正交，两端口形成夹角为90°，且两端口相距5mm；三通喷头11的引出端端口与绝缘介质腔31的引出端端口在同一直线上，且两者相距10mm。绝缘介质腔31为一端引出端设有向内收缩开口，另一端密封的腔体结构。绝缘介质腔31的另一端通过密封装置36密封，密封装置36上设置有导气管33，导气管33的一端伸入密封装置36内，并与绝缘介质腔31的一端相连通，另一端伸出密封装置36。

放电电极32包括内电极321和外电极322，外电极322为环形电极，其制作材料采用铜带，厚度为1mm，长度为15mm。内电极321的制作材料采用铜丝，直径1mm，长度100mm，且内电极321为棒状电极或空心管状电极，当内电极321为空心管状电极时，可以在空心管内通入功能性气体氢气或水蒸气等。内电极321套设于绝缘介质腔31内，内电极321的一端与供电电源34的一端相连，内电极321的另一端位于绝缘介质腔31内，并与绝缘介质腔31的引出端端口相距3mm。外电极322环绕绝缘介质腔31外壁设置，外电极322的外周包覆绝缘介质35，外电极322与供电电源34的另一端相连，靠近绝缘介质腔31引出端的外电极322一端与绝缘介质腔31的引出端端口相距3mm。供电电源34为内电极321和外电极322供电，供电电源34为高压射频电源，频率为10KHz，峰值电压为500V，工作功率为10W。

流动的反应气体如氦气通过密封装置36上的导气管33引入绝缘介质腔31内，流速为400ML/min，腔内的气压为大气压，当氦气经过内电极321和外电极322组成的放电区时，放电电极上施加的放电电压使气体电离，产生氦气低温等离子体，该等离子体在流动气流的带动下，在绝缘介质腔31的开口端喷出，形成低温等离子体流，与样品在样品汇聚电离区5逆流接触。

样品汇聚电离区5为进样装置1的样品与介质阻挡放电装置3产生的低温等离子体流形成的逆流接触区，在该区域内样品分子与等离子体中的离子发生离子分子反应，电离产生带正电的样品离子，逆流接触增加了样品和等离子体接触的时间，样品电离充分，有效提高了样品分子的电离效率。此时，推斥电极2施加正电压，推斥电极2和质谱口4之间形成电压差，在电压差的作用下，使带电的样品离子向质谱口4汇聚，不仅提高了带电样品分子的进样量，而且提高了质谱仪器的检测灵敏度。

实施例二：

如图4所示，本实施例提供了一种质谱电离源，该质谱电离源的结构与实施例一的结构基本相似，其包括进样装置1、推斥电极2和介质阻挡放电装置3，进样装置1、推斥电极2和介质阻挡放电装置3的各结构与实施例一相对应部件的结构相似，不再赘述。

区别之处在于：介质阻挡放电装置3的绝缘介质腔31引出端端口与质谱口4形成夹角为120°，且两端口相距5mm；进样装置1的三通喷头11引出端端口与绝缘介质腔31的引出端端口形成夹角为150°，且两者相距10mm。即绝缘介质腔3的位置发生了变化，同理，低温等离子体与喷出的液体或气体样品在样品汇聚电离区5逆流汇聚，形成电离的样品分子，电离的样品分子在推斥电极2的电压作用下向质谱口汇聚，起到离子选择性的作用，有效加大了样品离子的进样量，提高了离子化效率和仪器检测灵敏度，为进一步拓展等离子体技术在质谱领域的应用范围提供了可能。

本实用新型中绝缘介质腔的引出端端口与质谱口形成夹角不局限于上述情况，可控制在90-135°范围内。同理，绝缘介质腔的引出端端口与质谱口相距可控制在3-5mm的范围；三通喷头的引出端端口与质谱口相距可控制在3-5mm的范围；三通喷头的引出端端口与绝缘介质腔的引出端端口可以在同一直线上或两者形成夹角135-180°，且两者相距可控制在5-10mm的范围；推斥电极与质谱口相距可控制在6-10mm的范围。

另外，绝缘介质腔的内径可控制在0-3mm的范围，长度控制在50-120mm的范围。供电电源的频率可控制在0.5-500KHz的范围，峰值电压可控制在220-80000V的范围，工作功率控制在2-50W的范围。靠近绝缘介质腔引出端的内电极一端与绝缘介质腔的引出端端口相距可控制在3-10mm的范围；靠近绝缘介质腔引出端的外电极一端与绝缘介质腔的引出端端口相距可控制在2-5mm的范围。

推斥电极的数量不局限于1个，还可以为1-10个不等，其电压可允许在-1000V-1000V的范围；当施加如-500V的电压，在推斥电极与质谱口电压差的作用下，使带负电的样品离子向质谱口汇聚，有效提高带电样品的进样量，提高仪器的灵敏度。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种质谱电离源，其特征在于：包括进样装置(1)、推斥电极(2)和介质阻挡放电装置(3)；

所述进样装置(1)包括进样管和与所述进样管连通的三通喷头(11)，液体或气体样品通过所述进样管进入所述三通喷头(11)内，经脱溶剂后的液体样品随载气一起或气体样品由所述三通喷头(11)的引出端喷出；

所述三通喷头(11)为引出端设有向内收缩开口的腔体结构；

所述介质阻挡放电装置(3)包括绝缘介质腔(31)、放电电极(32)、导气管(33)，反应气体通过所述导气管(33)进入所述绝缘介质腔(31)中，在所述放电电极(32)的放电作用下产生低温等离子体，并由所述绝缘介质腔(31)的引出端喷出；

所述绝缘介质腔(31)为一端引出端设有向内收缩开口，另一端密封的腔体结构；

所述推斥电极(2)位于质谱仪质量分析器的质谱口(4)的前方；

所述低温等离子体与喷出的液体或气体样品在所述质谱口(4)处逆流汇聚，形成电离的样品分子，所述电离的样品分子在所述推斥电极(2)的作用下向所述质谱口(4)汇聚。

2.根据权利要求1所述的一种质谱电离源，其特征在于：所述进样管包括液体进样管(12)、通气管(13)和加热装置(14)；

所述液体进样管(12)套设于所述三通喷头(11)内，且所述液体进样管(12)的一端伸出所述三通喷头(11)的液体引入端，另一端位于所述三通喷头(11)内；

所述液体进样管(12)的外壁与所述三通喷头(11)的内壁之间形成鞘气层；

所述通气管(13)的一端伸入所述三通喷头(11)内，并与所述鞘气层相连通，另一端伸出所述三通喷头(11)的气体引入端，所述通气管(13)用于通入载气或气体样品；

所述加热装置(14)包覆于所述三通喷头(11)外，用于加热液体样品脱除溶剂。

3.根据权利要求2所述的一种质谱电离源，其特征在于：所述三通喷头(11)的液体引入端与伸出所述三通喷头(11)液体引入端的所述液体进样管(12)之间设置液体进样管密封件(15)；

所述三通喷头(11)的气体引入端与伸出所述三通喷头(11)气体引入端的所述通气管(13)之间设置通气管密封件(16)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种质谱电离源，其特征在于：所述放电电极(32)包括内电极(321)和外电极(322)；

所述内电极(321)为棒状电极或空心管状电极，其套设于所述绝缘介质腔(31)内，所述内电极(321)的一端与供电电源(34)的一端相连，所述内电极(321)的另一端位于所述绝缘介质腔(31)内，并与所述绝缘介质腔(31)的引出端端口相距3-10mm；

所述外电极(322)环绕所述绝缘介质腔(31)外壁设置，所述外电极(322)的外周包覆绝缘介质(35)，所述外电极(322)与所述供电电源(34)的另一端相连，靠近所述绝缘介质腔(31)引出端的所述外电极(322)一端与所述绝缘介质腔(31)的引出端端口相距2-5mm。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种质谱电离源，其特征在于：所述绝缘介质腔(31)的另一端通过密封装置(36)密封，所述密封装置(36)上设置有所述导气管(33)；

所述导气管(33)的一端伸入所述密封装置(36)内，并与所述绝缘介质腔(31)的一端相连通，另一端伸出所述密封装置(36)，所述导气管(33)用于通入所述反应气体。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种质谱电离源，其特征在于：所述绝缘介质腔(31)的引出端端口与所述质谱口(4)形成夹角为90-135°，所述绝缘介质腔(31)的引出端端口与所述质谱口(4)相距3-5mm；

所述三通喷头(11)的引出端端口与所述质谱口(4)相距3-5mm；

所述三通喷头(11)的引出端端口与所述绝缘介质腔(31)的引出端端口在同一直线上或两者形成夹角0-45°，且两者相距5-10mm；

所述推斥电极(2)与所述质谱口(4)相距6-10mm。

7.根据权利要求1所述的一种质谱电离源，其特征在于：所述绝缘介质腔(31)由石英玻璃或陶瓷制作而成。

8.根据权利要求1或7所述的一种质谱电离源，其特征在于：所述绝缘介质腔(31)的内径为0-3mm，长度为50-120mm。

9.根据权利要求4所述的一种质谱电离源，其特征在于：所述供电电源(34)为高压射频电源，频率为0.5-500KHz，峰值电压为220-80000V，工作功率为2-50W。

10.根据权利要求1所述的一种质谱电离源，其特征在于：所述推斥电极(2)采用金属片作为电极。