CN205452234U - 一种化学电离源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种化学电离源装置，包括：质谱进样口；质谱离子传输管，贯穿质谱进样口；微型反应室，微型反应室一端固定在质谱进样口上，并且与所述质谱离子传输管的一端贯通，微型反应室包括腔体、进样管路以及出样管路，其中，出样管路与腔体一端贯通，进样管路与腔体的另一端贯通；电离源放电针，设于微型反应室的另一端，电离源放电针包括针头和施加高压的针尾，针尾位于微型反应室外部；进、出样装置，分别与进出样管路连接；待测样品装置，与进样装置连接；通过本实用新型的化学电离源装置，解决了现有技术中敞开式常压化学电离源的谱图易受污染以及大体积反应室的常压化学电离源可操作性差的问题。

Description

一种化学电离源装置

技术领域

本实用新型涉及一种电离源装置，特别是涉及一种封闭式微型化学电离源装置。

背景技术

质谱(又叫质谱法)是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。质谱法在一次分析中可提供丰富的结构信息，将分离技术与质谱法相结合是分离科学方法中的一项突破性进展。在众多的分析测试方法中，质谱学方法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性方法。质谱仪器一般由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成。

常压化学电离源(APCI)有结构简单、灵敏度高等特点，适于分析极性/弱极性待测物。在近年来的原位电离质谱(AIMS)的发展中，APCI的电离原理也备受关注，并发展出了表面解吸常压化学电离(SDAPCI)等技术，应用于三聚氰胺检测、质谱成像等热门领域，展示出了较好的分析性能。然而，由于APCI源中样品的电离过程中，有着较为复杂的分子离子反应过程；因此，敞开式的APCI质谱法记录得到的谱图较易受到实验室内空气中残留或试剂污染的干扰。

而目前常见的商品化常压化学电离源(APCI)采用的是有较大体积封闭腔体作为反应室的设备(如：热电公司的House组件,大约10～20cm见方)。APCI源通常将样品溶液从套有雾化气套管的毛细管引入，然后从毛细管末端喷出并被大流量的载气流(高纯氮气流)雾化，形成的细小液滴在加热蒸发器中被汽化，形成气态的中性分子，加热管末端有电晕放电针，电晕放电把溶剂分子离子化产生大量的试剂离子，试剂离子与气态中性样品分子碰撞，发生化学电离。可见，此反应室内有较大的死体积，同时检测过程需要使用大流量的载气(高纯氮气)并需加热至较高温度(300度左右)辅助样品气化，因此，该装置难以实现实时在线监测，且可操作性较差、实际效果也并不理想。

鉴于此，有必要设计一种新的化学电离源装置用以解决上述技术问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种化学电离源装置，用于解决现有技术中敞开式常压化学电离源的谱图易受污染以及大体积反应室的常压化学电离源可操作性差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种化学电离源装置，包括：

质谱进样口；

质谱离子传输管，所述质谱离子传输管贯穿所述质谱进样口；

微型反应室，所述微型反应室一端固定在所述质谱进样口上，并且与所述质谱离子传输管的一端贯通，所述微型反应室包括腔体、进样管路以及出样管路，其中，所述出样管路与所述腔体一端贯通，所述进样管路与所述腔体的另一端贯通；

电离源放电针，固定于所述微型反应室的另一端，所述电离源放电针包括针头和施加直流高压或耦合振荡电压的针尾，其中，所述针尾位于所述微型反应室外部；

进样装置，与所述进样管路连接；

出样装置，与所述出样管路连接；

待测样品装置，与所述进样装置连接。

优选地，在所述微型反应室的内壁施加0～500V的电压，或施加与所述质谱离子传输管同等电位的电压。

优选地，所述出样装置为吸气泵、密封装置或出样管的一种。

优选地，所述进样装置为顶空进样器或进样管的一种。

优选地，所述出样装置为出样管，所述进样装置为进样管，所述出样管和所述进样管分别与所述待测样品装置贯通。

优选地，所述电离源装置还包括用于对所述进样管路和所述微型反应室加热的加热装置，所述加热装置的可控温度范围为室温～400℃。

优选地，所述微型反应室的内壁为不锈钢材料。

如上所述，本实用新型的一种化学电离源装置，具有以下有益效果：所述化学电离源装置将常见的外挂式常压化学电离源微型化，并直接安装在质谱的常压离子引入接口处；微型化的反应室内空间狭小，死体积小，提高了进样口附近的离子密度，以及质谱检测灵敏度，而且气流流向较单一，有利于离子进入质谱进样口；同时，封闭的离子源和进样装置隔绝了样品采集后暴露在空气中的问题，并且避免了样品与实验室之间的双向污染。可见，所述装置在简化仪器外部构造的同时，可有效提高离子源的电离效率和离子传输效率，提高仪器分析灵敏度；适用于台式设备、以及便携式、车载式等小型质谱设备，更可用于现场、实时、原位的质谱监测和过程质谱等相关应用。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例一的结构示意图。

图2显示为本实用新型微型反应室的结构示意图。

图3显示为本实用新型电离源放电针的结构示意图。

图4显示为本实用新型实施例二的结构示意图。

图5显示为本实用新型实施例三的结构示意图。

图6显示为本实用新型电离检测方法的示意图。

元件标号说明

1质谱进样口

2质谱离子传输管

3微型反应室

31腔体

32进样管路

33出样管路

4电离源放电针

41针头

42针尾

5进样装置

51顶空进样器

52进样管

6出样装置

61吸气泵

62密封装置

63出样管

7待测样品装置

71样品瓶

72密闭管路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1和图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例一

如图1至图3所示，所述化学电离源装置包括：

质谱进样口1；

质谱离子传输管2，所述质谱离子传输管2贯穿所述质谱进样口1；

微型反应室3，所述微型反应室3一端固定在所述质谱进样口1上，并且与所述质谱离子传输管2的一端贯通，所述微型反应室3包括腔体31、进样管路32以及出样管路33，其中，所述出样管路33与所述腔体31一端贯通，所述进样管路32与所述腔体31的另一端贯通；

电离源放电针4，固定于所述微型反应室3的另一端，所述电离源放电针4包括针头41和施加直流高压或耦合振荡电压的针尾42，其中，所述针尾42位于所述微型反应室3外部；

进样装置5，与所述进样管路32连接；

出样装置6，与所述出样管路33连接；

待测样品装置7，与所述进样装置5连接。

需要说明的是，在本实施例中，所述质谱进样口1为椎体。

需要说明的是，在本实施例中，所述进样管路32靠近所述针头41处，使进入所述腔体31内的待测气体尽可能快的发生电离；所述出样管路33位于所述质谱离子传输管2的右上方，避免离子在进入所述质谱离子传输管2之前进入所述出样管路。

需要说明的是，所述微型反应室3的长度范围为10～30mm，内径范围为3～7mm。优选地，在本实施例中，所述微型反应室3为内径6mm、长20mm的柱体，其中，所述进样管路32的外直径为1.6mm，内直径为1mm。

进一步需要说明的是，所述微型反应室3由于反应室内空间狭小，死体积小，提高了质谱进样口1附近的离子密度，进而提高了质谱检测灵敏度，而且微型反应室3内的气流流向较单一，有利于离子进入质谱进样口1。所述微型反应室3体积小巧，可直接固定在所述质谱进样口1上。

需要说明的是，在所述电离源放电针4的针尾42处施加直流高压或耦合振荡电压，使针头41处发生电晕放电。在本实施例中，在所述电离源放电针4的针尾42处施加1.5～4kV的直流高压，使得在所述针头41处发生电晕放电，将所述待测样品进行电离。

进一步需要说明的是，电晕放电是一个复杂的化学过程。本实施例中，在电离源放电针4的针尾41处施加1.5～4kV的直流高压，当针头42的电场强度足够高时，所述针头42周围的易电离物质首先被部分电离，产生部分正离子和电子，此时正离子和电子的数量基本相等，而且分布在接近针头42表面的狭窄空间内，以至针头周围的介质整体呈电中性。但是，这些带电粒子在电场的作用下迅速获得能量，继续与其他中性分子碰撞，发生碰撞电离反应，产生更多的带电粒子，而这些新产生的带电粒子继续从电场中获得能量，然后和周围中性分子再次发生碰撞电离反应，最终形成雪崩放电，从而获得大量的高密度待测样品的离子。

需要说明的是，所述电离源放电针4的针头41与质谱离子传输管口的距离在电晕放电的起晕条件范围内即可，通常为5～15mm，优选地，在本实施例中，所述针头41与质谱离子传输管口的距离为10mm。

需要说明的是，所述待测样品装置7为装有待测样品的装置，优选地，所述待测样品装置7可以为装有待测样品的样品瓶71、密闭容器或密闭管路72。进一步优选地，在本实施例中，所述待测样品装置7为样品瓶71。

具体的，所述微型反应室3的内壁为不锈钢材料。

具体的，述电离源装置还包括用于对所述进样管路和所述微型反应室加热的加热装置，所述加热装置的可控温度范围为室温～400℃。

需要说明的是，所述加热装置可以对所述微型反应室3和进样管路32进行加热。对所述微型反应室3进行加热，一是所述微型反应室3与所述质谱离子传输管2直接连接，所述质谱离子传输管2是要加热的，所以要通过对所述微型反应室3进行加热实现对所述质谱离子传输管2的加热；二是当所述微型反应室3内有一定温度(>80度以上通常)后，离子与内壁发生碰撞后不容易丢失电荷。所述加热装置对所述进样管路32进行加热，以减少记忆效应。

具体的，在所述微型反应室3的内壁施加0～500V的电压，或施加与所述质谱离子传输管2同等电位的电压。

需要说明的是，在所述微型反应室3的内壁上施加的电压包括0V，即所述微型反应室3的内壁可以接地。通过在所述微型反应室3的内壁上施加电压，一是对离子进行一定的排斥，减少其与内壁碰撞的几率，将其束缚在轴线附近传输；二是在对内壁施加电压的情况下，即使离子与内壁发生碰撞，也可降低因碰撞导致离子丢失电荷的几率。

具体的，所述进样装置5为顶空进样器51或进样管52的一种。

需要说明的是，所述顶空进样器51用以对所述样品瓶71内的固体样品、液体样品或粘性样品进行处理并输送到所述微型反应室3内，具体为加热所述样品瓶71内的待测样品，通过加热升温使挥发性组分从样品基体中挥发出来，在气液或气固两相中达到平衡，直接抽取顶部气体进入所述微型反应室3内。所述进样管52则直接连接于所述进样管路32和待测样品装置7之间，通过所述进样管52直接将所述待测样品装置7中的挥发成分输送到所述微型反应室3内。在本实施例中，所述进样装置5为顶空进样器51，使用顶空进样器51可以免除冗长繁琐的样品前处理过程，避免有机溶剂对分析造成的干扰、减少对色谱柱及进样口的污染。

进一步需要说明的是，所述进样装置5可以辅助使用其它促进解吸附的手段，提高采样效率。如：激光、加热、等离子体等。

具体的，所述出样装置6为吸气泵61、密封装置62或出样管63的一种。

需要说明的是，在本实施例中，所述出样装置6为吸气泵61，对所述微型反应室3进行抽气，使所述微型反应室3内形成一定的负压，用以在进样管路32吸取样品气体。

如图1和图6所示，一种化学电离源装置的电离检测方法：

1)将所述出样管路33与所述出样装置6连接，所述待测样品装置7内的待测样品经所述进样装置5以及进样管路32进入所述微型反应室3内；

2)在所述电离源放电针4的针尾42处施加直流高压或耦合振荡电压，使针尖41处发生电晕放电，将所述待测样品气体进行电离；

3)产生的离子被质谱离子传输管2吸入相应检测设备，进行质谱检测。

需要说明的是，在本实施例中，所述顶空进样器51将所述样品瓶71内的待测样品进行处理后，经所述进样管路32进入所述腔体31内；所述出样管路33与所述吸气泵61连接，所述吸气泵61对所述微型反应室3进行抽气，使所述微型反应室3内形成一定的负压，通过进样管路32将所述顶空进样器51内的待测样品气体成分输送到所述微型反应室3内。

实施例二

如图4所示，所述化学电离源装置包括：

质谱进样口1；

质谱离子传输管2，所述质谱离子传输管2贯穿所述质谱进样口1；

微型反应室3，所述微型反应室3一端固定在所述质谱进样口1上，并且与所述质谱离子传输管2的一端贯通，所述微型反应室3包括腔体31、进样管路32以及出样管路33，其中，所述出样管路33与所述腔体31一端贯通，所述进样管路32与所述腔体31的另一端贯通；

电离源放电针4，固定于所述微型反应室3的另一端，所述电离源放电针4包括针头41和施加直流高压或耦合振荡电压的针尾42，其中，所述针尾42位于所述微型反应室3外部；

进样装置5，与所述进样管路32连接；

出样装置6，与所述出样管路33连接；

待测样品装置7，与所述进样装置5连接。

具体的，所述进样装置5为顶空进样器51或进样管52的一种。优选地，在本实施例中，所述进样装置5为顶空进样器51。

具体的，在本实施例中，所述出样装置6为密封装置62，通过所述密封装置62将所述出样管路33堵死。

需要说明的是，用所述密封装置62将所述出样管路33堵死后，通过利用质谱离子传输管2内本身的真空梯度吸取样品气体。

进一步需要说明的是，对于常压电离的离子源，离子是要经过一个常压离子接口(API，APinterface)把离子引入真空内。API通常有两种形式，孔型和传输管型。本申请是与离子传输管型配合。在所述微型反应室3内的质谱离子传输管2处在低真空(100Pa)中，所以，质谱离子传输管2内部相当于有一个从常压到低真空的梯度，对质谱来说，离子就是在这个气压差的作用下被气流吸进去的，因此，本实施例直接利用这个吸气的吸力，把样品吸入到反应室内。然而，此方法对质谱的真空系统负担较大，适用于比较洁净的气体样品分析；污染较大的样品还是需要用吸气泵。

如图4和图6所示，一种化学电离源装置的电离检测方法：

1)将所述出样管路33与所述出样装置6连接，所述待测样品装置7内的待测样品经所述进样装置5以及进样管路32进入所述微型反应室3内；

2)在所述电离源放电针4的针尾42处施加直流高压或耦合振荡电压，使针尖41处发生电晕放电，将所述待测样品气体进行电离；

3)产生的离子被质谱离子传输管2吸入相应检测设备，进行质谱检测。

需要说明的是，在本实施例中，所述顶空进样器51将所述样品瓶71内的待测样品进行处理后，经所述进样管路32进入所述腔体31内；所述出样管路33与所述密封装置62连接，将所述出样管路33堵死，利用质谱离子传输管2内本身的真空梯度将所述待测样品吸入所述腔体31内。

实施例三

如图5所示，所述化学电离源装置包括：

质谱进样口1；

质谱离子传输管2，所述质谱离子传输管2贯穿所述质谱进样口1；

微型反应室3，所述微型反应室3一端固定在所述质谱进样口1上，并且所述质谱离子传输管2的一端进入到所述微型反应室3的内部，所述微型反应室3包括腔体31、进样管路32以及出样管路33，其中，所述出样管路33与所述腔体31一端贯通，所述进样管路32与所述腔体31的另一端贯通；

电离源放电针4，固定于所述微型反应室3的另一端，所述电离源放电针4包括针头41和施加直流高压或耦合振荡电压的针尾42，其中，所述针尾42位于所述微型反应室3外部；

进样装置5，与所述进样管路32连接；

出样装置6，与所述出样管路33连接；

待测样品装置7，与所述进样装置5连接。

具体的，所述出样装置6为出样管63，所述进样装置5为进样管52，所述出样管63和所述进样管52分别与所述待测样品装置7贯通。

需要说明的是，在针对密闭容器或密闭管路内的样品进行分析时，所述进样管路32和出样管路33联合作为密闭容器或密闭管路的一条支路，以避免采样过程影响密闭容器或密闭管路内的环境。

进一步需要说明的是，所述进样管52和所述出样管63分别与所述密闭管路72连接。当所述密闭管路72中的待测气体是由上到下的走向，所以进样管52位于所述微型反应室3的上方，所述出样管63位于所述微型反应室3的下方；当所述密闭管路72中的待测气体是由下到上的走向，所述进样管52位于所述微型反应室3的下方，所述出样管63位于所述微型反应室3的上方。优选地，在本实施例中，所述密闭管路72中待测气体的走向是由上到下，即所述进样管52位于所述微型反应室3的上方，所述出样管63位于所述微型反应室3的下方。

如图5和图6所示，一种化学电离源装置的电离检测方法：

1)将所述出样管路33与所述出样装置6连接，所述待测样品装置7内的待测样品经所述进样装置5以及进样管路32进入所述微型反应室3内；

2)在所述电离源放电针4的针尾42处施加直流高压或耦合振荡电压，使针尖41处发生电晕放电，将所述待测样品气体进行电离；

3)产生的离子被质谱离子传输管2吸入相应检测设备，进行质谱检测。

需要说明的是，在本实施例中，所述密闭管路72内的待测气体样品经所述进样管52和所述进样管路32进入所述腔体31内；所述出样管路33与所述出样管63连接，将所述微型反应室3内的待测气体通过所述出样管63返回给密闭管路72，达到对所述密闭管路72所在系统无显著影响的情况下，实现对密闭管路72内的气体成分的实时在线监测分析。

综上所述，本实用新型提供一种化学电离源装置，具有以下有益效果：所述化学电离源装置将常见的外挂式常压化学电离源微型化，并直接安装在质谱的常压离子引入接口处；微型化的反应室内空间狭小，死体积小，提高了进样口附近的离子密度，以及质谱检测灵敏度，而且气流流向较单一，有利于离子进入质谱进样口；同时，封闭的离子源和进样装置隔绝了样品采集后暴露在空气中的问题，并且避免了样品与实验室之间的双向污染。可见，所述装置在简化仪器外部构造的同时，可有效提高离子源的电离效率和离子传输效率，提高仪器分析灵敏度；适用于台式设备、以及便携式、车载式等小型质谱设备，更可用于现场、实时、原位的质谱监测和过程质谱等相关应用。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种化学电离源装置，其特征在于：该化学电离源装置包括：

质谱进样口；

质谱离子传输管，所述质谱离子传输管贯穿所述质谱进样口；

微型反应室，所述微型反应室一端固定在所述质谱进样口上，并且与所述质谱离子传输管的一端贯通，所述微型反应室包括腔体、进样管路以及出样管路，其中，所述出样管路与所述腔体一端贯通，所述进样管路与所述腔体的另一端贯通；

电离源放电针，固定于所述微型反应室的另一端，所述电离源放电针包括针头和施加直流高压或耦合振荡电压的针尾，其中，所述针尾位于所述微型反应室外部；

进样装置，与所述进样管路连接；

出样装置，与所述出样管路连接；

待测样品装置，与所述进样装置连接。

2.根据权利要求1所述的化学电离源装置，其特征在于：在所述微型反应室的内壁施加0～500V的电压，或施加与所述质谱离子传输管同等电位的电压。

3.根据权利要求1所述的化学电离源装置，其特征在于：所述出样装置为吸气泵、密封装置或出样管的一种。

4.根据权利要求1所述的化学电离源装置，其特征在于：所述进样装置为顶空进样器或进样管的一种。

5.根据权利要求1所述的化学电离源装置，其特征在于：所述出样装置为出样管，所述进样装置为进样管，所述出样管和所述进样管分别与所述待测样品装置贯通。

6.根据权利要求1所述的化学电离源装置，其特征在于：所述电离源装置还包括用于对所述进样管路和所述微型反应室加热的加热装置，所述加热装置的可控温度范围为室温～400℃。

7.根据权利要求1所述的化学电离源装置，其特征在于：所述微型反应室的内壁为不锈钢材料。