CN205282445U - 一种大气压下热解析低温等离子体电离源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种大气压下热解析低温等离子体电离源装置。本装置装包含热解析进样器和低温等离子体发生器。低温等离子体发生装置由射频电源、三通固定头、导气管、T型玻璃管、环形电极和柱状对电极构成。相互连接的热解析进样器的金属管出口和T型玻璃管之间填充聚四氟乙烯材料，用以保温和密封。使用时，样品以采样布为载体，首先在热解析进样器进行热解析，解析出的样品蒸气被载气载带通过T型玻璃管的支管进入低温等离子体发生器进行电离。该电离源操作简单、功耗较小、可以同时产生正负离子并且电离能力较强。

Description

一种大气压下热解析低温等离子体电离源装置

技术领域

本实用新型设计了一种新颖的大气压下热解析低温等离子体电离源装置。该装置可用于质谱、离子迁移谱等需要将样品分子转变成离子的分析仪器，适合固体和液体样品的电离。该电离源包含热解析进样器和低温等离子体发生器，操作简单、功耗较小、可以同时产生正负离子并且电离能力较强。

背景技术

目前广泛应用与科研、质检、环保、安保等领域的质谱、离子迁移谱等仪器是以离子为基础进行分析的仪器，所以电离源的性能直接决定了这类分析仪器的性能的高下。

介质阻挡放电是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电。介质阻挡放电能够在高气压和宽频率范围内工作，工作气压为10⁴Pa—10⁵Pa或者更高，电源频率为50Hz—1MHz。放电气体可以是氦气、氮气、空气等。常见的介质阻挡放电电极结构包括同轴圆柱型、针-板型、板-板型等。本专利所用的即为改进的同轴圆柱型放电结构。

低温等离子体电离源用于质谱的研究，一般是直接将等离子体对着样品进行喷射，等离子体与样品之间发生的是气—固或者气—液相互作用，等离子体与样品之间的作用面积较小，碰撞也不是很充分。而本专利通过将热解析进样器与低温等离子体发生器联用，先将液体或者固体样品变成气态以后再引入等离子体，因而样品和等离子体间发生的是气—气相互作用，大大提高了作用面积与碰撞几率，因而具有更强的电离能力。

实用新型内容

本实用新型为一种大气压下热解析低温等离子体电离源装置，其特征在于：该电离源主要包括两部分：该装置包括：热解析进样器和低温等离子体发生装置；低温等离子体发生装置由射频电源、三通固定头、导气管、T型玻璃管、环形电极和柱状对电极构成。T型玻璃管的左端与三通管右侧端口相连，T型玻璃管的右端作为样品离子出口，T型玻璃管的上端支管与热解析进样器的出口相连；环形电极套设于T型玻璃管左端的外壁面上，柱状对电极从三通管左侧端口伸入至T型玻璃管左端内部环形电极所环绕的区域，三通管的上部端口用于与放电气体气源相连；环形电极和柱状对电极分别与射频电源正负极相连。

相互连接的热解析进样器出口的金属管出口和T型玻璃管之间填充聚四氟乙烯材料，用以保温和密封。

液体或者固体样品以采样布为载体，首先在热解析进样器进行热解析，解析出的样品蒸气通过T型玻璃管的支管将样品由载气载带进入低温等离子体发生器进行电离。热解析进样器温度可以在室温和240℃之间任意调节，低温等离子体产生的机理为介质阻挡放电，样品电离原理是低温等离子体与样品分子之间通过碰撞而发生质子转移、电荷转移或者使样品分子碎裂等而使样品分子带电，同时产生正负离子。

该电离源的适用对象是液体或者固体样品。样品的引入方式是以采样布为载体，采样布的材质为聚四氟乙烯，规格为105mm*28mm。

热解析进样器的作用是使样品气化，进样器的热解析温度可以从室温到240℃之间任意调节。热解析进样器需要与气源相连，连接一路载气，用于载带热解析后的样品进入低温等离子体发生器。

等离子体发生器也需要与一路气源相连，用于产生等离子体。

载气为空气、干燥空气、氧气、氮气、氦气、氩气或者氪气等。

环形电极所处位置在T型玻璃管上端支管的左侧(环形电极套设于T型玻璃管左端的外壁面上，处于T型玻管支管的左侧)；柱状对电极的右侧深入环形电极所包围的玻璃管内区域(柱状对电极从三通管左侧端口伸入至T型玻璃管左端内部环形电极所环绕的区域)。环形电极和柱状对电极同轴，分别与射频电源正负极相连。三通管的上部端口用于与放电气体气源相连，放电气体从三通管的一端进入环形电极和柱状电极之间，在射频电压作用下产生等离子体。

大气压下低温等离子体发生器工作时需要放电气体，放电气体可以是氦气、氩气、氪气、氮气、氧气或者干燥空气。

样品先在热解析进样器内发生热解析变为气态分子，然后经载气载带，通过T型玻璃管的支管进入低温等离子体发生器，样品离子的产生部位是T型玻璃管直管和支管交叉的部位。电离过程中发生的是气体和气体之间的相互作用。

热解析进样器和低温等离子体发生器之间由金属管和T型玻璃管相连，金属管和T型玻璃管之间填充聚四氟乙烯材料，用以保温和密封。

该电离源能同时产生正负离子。

该电离源为大气压环境电离源，适用于质谱、离子迁移谱等需要大气压环境下产生离子的仪器。

本实用新型采用的技术方案如下：

该电离源主要包括两部分：热解析部分和低温等离子体发生部分。其中热解析进样器由加热、温控部分以及进样控制部分构成。加热由不锈钢加热块通过一根加热棒来完成，加热棒的电压为24V，功率为30W。温度传感器为PT100。步进电机控制进样器的开闭，当进样器打开时，采样布可以插入，进样器关闭时，步进电机的顶头将采样布与加入块紧密贴合，实现热解析和密封的作用。

相互连接的热解析进样器出口的金属管和T型玻璃管之间填充聚四氟乙烯材料，用以保温和密封。

低温等离子体发生装置由射频电源、三通固定头、导气管、T型玻璃管、环形电极和柱状对电极构成。低温等离子体发生器为改进的同轴圆柱型放电结构，等离子体产生的机理为介质阻挡放电，介质阻挡放电是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电。介质阻挡放电能够在高气压和宽频率范围内工作，工作气压为10⁴Pa—10⁵Pa或者更高，电源频率为50Hz—1MHz。放电气体可以是氦气、氮气、空气等。样品电离原理是低温等离子体与样品分子之间通过碰撞而发生质子转移、电荷转移或者使样品分子碎裂等而使样品分子带电，同时产生正负离子。

本实用新型的优点如下：

该电离源操作简单，只需将固体或者液体样品置于采样布上，插入进样器即可。样品首先在热解析进样器进行热解析，解析出的样品蒸气被载气载带通过T型玻璃管的支管进入低温等离子体发生器进行电离。

功耗较小，电离源的总功率约为35W,其中进样器的加热功率为30W，步进电机的功率约为5W，等离子体发生器的功率为0.27W左右。

可以同时产生正负离子，样品电离原理是低温等离子体与样品分子之间通过碰撞而发生质子转移、电荷转移或者使样品分子碎裂等而使样品分子带电，由于等离子体同时含有正负离子，所以该电离源可同时产生正负离子。

电离能力较强，本专利通过将热解析进样器与低温等离子体发生器联用，先将液体或者固体样品变成气态以后再引入等离子体，因而样品和等离子体间发生的是气—气相互作用，大大提高了作用面积与碰撞几率，因而具有更强的电离能力。

附图说明

图1大气压下热解析低温等离子体电离源的结构示意图；

图2大气压下热解析低温等离子体电离源与离子阱质谱联用测4种农药所得质谱图；

图3大气压下热解析低温等离子体电离源与离子阱质谱联用测爆炸物PETN所得质谱图。

图4大气压下热解析低温等离子体电离源与离子阱质谱联用测塑化剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)所得质谱图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细的说明：

本发明为一种大气压下热解析低温等离子体电离源装置，仪器的整体结构示意图如图1所示。该电离源主要包括两部分：热解析进样器I和低温等离子体发生装置II。其中热解析进样器由采样布1、加热温控部分2以及进样控制3部分构成。而低温等离子体发生装置由射频电源4、三通固定头5、导气管6、T型玻璃管7、环形电极8和柱状对电极9构成。

热解析进样器和低温等离子体发生器之间由金属管和玻璃管相连，金属管和玻璃管之间填充聚四氟乙烯材料，用以保温和密封。

液体或者固体样品以采样布为载体，首先在热解析进样器进行热解析，解析出的样品蒸气通过T型玻璃管的支管将样品由载气载带进入低温等离子体发生器进行电离。

该电离源为大气压环境电离源，能够和质谱、离子迁移谱等联用。将等离子体发生器的出口直接与仪器的进样口对接即可，使用方便。并且该电离源电离能力较强，可用于各种样品的电离。

实施例1

图2给出了大气压下热解析低温等离子体电离源与矩形离子阱质谱联用在负离子模式下测4种农药所得质谱图。从图中可以看出：浓度均为10ppm的亚胺硫磷、灭蚁灵、七氯和恶草酮具有良好的响应，说明该电离源具有出色的电离能力。

实施例2

图3给出了大气压下热解析低温等离子体电离源与矩形离子阱质谱联用在正离子模式下测爆炸物PETN所得质谱图，所用样品的浓度为10ppm。质谱信号强度较高，说明该电离源具有较强的电离能力，并且该电离源能同时产生正负离子。

实施例3

图4给出了大气压下热解析低温等离子体电离源与矩形离子阱质谱联用在负离子模式下测痕量的塑化剂邻苯二甲酸二丁酯所得质谱图，质谱响应非常灵敏，说明该电离源具有较强的电离能力。

Claims (4)

1.一种大气压下热解析低温等离子体电离源装置，其特征在于：

该装置包括：热解析进样器和低温等离子体发生装置；低温等离子体发生装置由射频电源、三通固定头、导气管、T型玻璃管、环形电极和柱状对电极构成；T型玻璃管的左端与三通管右侧端口相连，T型玻璃管的右端作为样品离子出口，T型玻璃管的上端支管与热解析进样器的出口相连；环形电极套设于T型玻璃管左端的外壁面上，柱状对电极从三通管左侧端口伸入至T型玻璃管左端内部环形电极所环绕的区域，三通管的上部端口用于与放电气体气源相连；环形电极和柱状对电极分别与射频电源正负极相连。

2.根据权利要求1所述的大气压下热解析低温等离子体电离源装置，其特征在于：

相互连接的热解析进样器出口的金属管和T型玻璃管之间填充聚四氟乙烯材料，用以保温和密封。

3.根据权利要求1所述的大气压下热解析低温等离子体电离源装置，其特征在于：

热解析进样器与气源相连，连接一路载气，用于载带热解析后的样品进入低温等离子体发生器；等离子体发生器与一路气源相连，用于产生等离子体。

4.根据权利要求1所述的大气压下热解析低温等离子体电离源装置，其特征在于：

环形电极所处位置在T型玻璃管上端支管的左侧；环形电极和柱状对电极同轴；柱状对电极的右侧深入环形电极所包围的玻璃管内区域。