CN207425794U - 一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子源 - Google Patents
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Abstract
本专利所涉及的一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子源，是一种新的离子源，它是利用激发态物质的质子电子协同转移反应来生成质子化的待测物阳离子的离子源。其装置由真空紫外光光源室(1)，不锈钢质子电子协同转移反应腔(2)，反应剂和待测物进样管(3)组成。该离子源利用真空紫外光激发二氯甲烷或二溴甲烷，生成的激发态卤代烃与水分子和待测物发生气相的质子电子协同转移反应产生质子化的待测物阳离子。可离子化的样品为气相的含氧、含氮有机物。本实用新型申请的离子源可以选择性地检测空气中的含氧、含氮有机物，其离子化效率高、稳定性强、杂散离子少，有助于提高质谱仪的灵敏度、降低检测限，可用于复杂混合物质的组分及浓度在线分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种新的离子源，可电离空气中含氧或含氮的挥发性痕量气体，用于其在气相中的高灵敏在线检测。
背景技术
含氧挥发性有机物(OVOCs)是大气中挥发性有机物(VOCs)的主要组成部分。它们既是VOCs光化学反应的产物，也是二次气溶胶的直接贡献者，大气中OVOCs物种和浓度的实时监测是了解VOCs大气氧化过程及二次气溶胶形成机理的关键技术。含氮的挥发性有机物也是大气VOCs的一种光化学反应产物。此外，有机胺是一种典型的毒性物质，很多有机胺类物质可作为毒品和化学战剂，具有极大的社会危害性，因此受到政府的严密监控。含氮有机物的在线灵敏监测也具有重要的应用前景。目前，对VOCs组分进行在线分析的仪器多为质谱，主要由离子源和质量分析器构成。其中，离子源是质谱的核心组件，用来将中性的待测物离子化，从而使带正电或负电的待测物可由电场控制并由质量分析器检测，得到其组分和浓度信息。质谱的分类通常也根据离子源电离方式的不同而划分。
现有的气相物质的离子化方法分为两类。一类是通过待测物与其它携带能量的物质碰撞并发生能量转移的方式使待测物电离。基于这种方式的电离方法主要包括电子碰撞电离(待测物与电子碰撞)、光电离(待测物与光子电离)，和penning电离(待测物与激发态物质碰撞)。这类方法要求与待测物碰撞的物质所携带的能量必须大于待测物的电离能。另一类是通过待测物分子与其它荷电物质发生分子离子反应的方式使待测物电离。主要包括各种化学电离方式的离子源和惨杂物辅助大气压光电离等。其中，质子转移反应离子源是目前用于VOCs 在线检测最常用的灵敏度最高的一种化学电离方式。这类方法要求事先生成离子反应剂。总而言之，现有气相电离方式要求离子源所提供的能量必须大于待测物质的电离能或离子反应剂母体的电离能。
然而，我们的实验研究发现：在真空紫外光的激发下，激发态卤代烃，如二氯甲烷，可与水蒸汽及待测物(含氧或含氮的有机物)发生质子和电子的协同转移反应，生成大量质子化的待测物阳离子。真空紫外光所提供的光子能量可以既不大于待测物的电离能，也不大于反应剂二氯甲烷和水的电离能，成为一种有别于现有所有气相电离方式的新的离子化方式。这种电离源具有超高的离子化效率，高于质子转移反应离子源2个数量级以上，可大幅提高质谱的检测灵敏度。同时，这种方法生成的杂质离子很少，有助于降低仪器的检测限，以及进行复杂混合物的在线分析。
发明内容
本发明提供了一种基于激发态质子电子协同转移反应(PCET)的离子源，它采用光激发卤代烃，如二氯甲烷或二溴甲烷，生成激发态的卤代烃分子，与水蒸汽及待测物发生质子和电子的协同转移反应来产生质子化的待测物，其反应历程如下：
CH2Cl2+hv→[CH2Cl+-Cl-]*
[CH2Cl+-Cl-]*+H2O→[H2O-CH2Cl+-Cl-]
[H2O-CH2Cl+-Cl-]+A→[A-H2O-CH2Cl+-Cl-]
[A-H2O-CH2Cl+-Cl-]→AH++Cl-+HCl+CH2O
其中，A为待测物质，可以是含氧或含氮的有机物。该方法可以使待测物质质子化，生成的阳离子经质量分析器分析，用于待测物的在线检测。
本专利采用的技术方案是：1、由真空紫外光光源产生的真空紫外光激发卤代烃，如二氯甲烷或二溴甲烷，产生激发态卤代烃分子；2、激发态卤代烃分子与水蒸气及待测物发生气相的质子电子协同转移反应产生质子化的待测物。
本专利的有益效益是，采用激发态质子电子协同转移反应形成质子化的待测物其离子化效率更高、更加稳定、杂散离子更少，从而使采用该电离方式的仪器具有更高的灵敏度和更低的检测限。此外，该离子化方法可以选择性地分析含氧和含氮的有机物。
附图说明
图1为本发明结构的外观图，分别为1、真空紫外光光源室，2、不锈钢质子电子协同转移反应腔，3、反应剂和待测物进样管。
图2为本发明的剖面构造图，主要部件有：4、真空紫外灯，5、氟化镁窗片，6、PEEK绝缘环，7、不透光挡板，8、离子源出口。
具体实施方式
基于激发态质子电子协同转移反应的离子源主体部分由真空紫外光光源室1，不锈钢质子电子协同转移反应腔2，反应剂和待测物进样管3三部分构成。具体实施方式是：
一、在真空紫外光源室1中，真空紫外光子由真空紫外灯4产生后，经氟化镁窗片5进入不锈钢质子电子协同转移反应腔2；
二、以气态卤代烃和水蒸气的混合气体作为反应剂，与待测物样品混合后，由不锈钢管 3直接进入不锈钢质子电子协同转移反应腔2，其流量由针阀控制；
三、进入不锈钢质子电子协同转移反应腔2的气态卤代烃经真空紫外光照射产生激发态的卤代烃分子，之后与水蒸气和待测物发生激发态的质子电子协同转移反应，生成大量的质子化的待测物阳离子；
四、由离子等势镍网7和不锈钢质子电子协同转移反应腔形成一个离子等势区域，反应生成的离子，随气流流出不锈钢质子转移反应腔2的离子源出口8，形成离子源。
Claims (5)
1.一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子源，其装置由真空紫外光光源室(1)、不锈钢质子电子协同转移反应腔(2)，反应剂和待测物进样管(3)组成，其特征在于真空紫外光光源室(1)和不锈钢质子电子协同转移反应腔(2)同轴串联连接，反应剂和待测物进样管(3)与不锈钢质子电子协同转移反应腔(2)垂直连接，其原理在于利用激发态物质引发质子电子协同转移反应，将待测物质子化，从而高效地生成待测物阳离子。
2.根据权利要求1所述的一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子源，其特征在于：所述激发态物质为二氯甲烷或二溴甲烷。
3.根据权利要求1所述的一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子源，其特征在于：激发光为真空紫外光。
4.根据权利要求1所述的一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子源，其特征在于：所述不锈钢质子电子协同转移反应腔(2)内的气压为50Pa到一个大气压。
5.根据权利要求1所述的一种基于激发态质子电子协同转移反应的离子源，其特征在于：所述不锈钢质子电子协同转移反应腔(2)的离子出口处具有遮光挡板，避免真空紫外光进入后面的离子迁移区。
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