CN208422848U - 一种离子源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种离子源装置，其包括水平方向的一端为进气端而相对的另一端为出气端的壳体及沿气流方向依次设置于壳体的内腔中的阴极盘、阳极蜂窝柱、气流加热室和推斥电极，壳体的进气端上设置有与壳体的内腔连通的载气通入管，阴极盘由陶瓷盘和均匀设置于陶瓷盘上的多根无针头阴极针组成，陶瓷盘竖直布置，无针头阴极针垂直于陶瓷盘，每根无针头阴极针插入阳极蜂窝柱的对应窝孔内，使阴极盘与阳极蜂窝柱配合形成多针‑蜂窝结构，每根无针头阴极针通过一个限流电阻接地，阳极蜂窝柱接入直流高压，推斥电极接入直流电压；优点是其与质谱技术连用时能够大大提高样品的电离效率。

Description

一种离子源装置

技术领域

本实用新型涉及一种离子源装置。

背景技术

解吸附电喷雾离子源(DESI)和直接实时离子源(DART)技术的出现，使得在大气压环境中对样品或者样品表面直接快速分析成为了可能，解决了传统离子源存在的样品前处理复杂或样品易污染等问题，但也存在以下几点不足：

1)DESI技术：所用的离子化溶剂会对环境造成一定的污染，弱极性样品离子化效果不佳，电离过程中产生的聚合物、多电荷离子等使得最终获取的谱图比较复杂，而且操作条件比较苛刻，需要高压电源并且要构建高压静电场。

2)DART技术：对于一些不稳定或者易分解的化合物，分析中仍会产生较多碎片离子，进而影响被分析物的识别和分析，而且其结构复杂，放电方式为电晕放电，电流量小，产生的等离子体也少，且样品的电离效率不高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种离子源装置，其与质谱技术连用时能够大大提高样品的电离效率。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种离子源装置，其特征在于包括水平方向的一端为进气端而相对的另一端为出气端的壳体及沿气流方向依次设置于所述的壳体的内腔中的阴极盘、阳极蜂窝柱、气流加热室和推斥电极，所述的壳体的进气端上设置有与所述的壳体的内腔连通的载气通入管，所述的阴极盘由陶瓷盘和均匀设置于所述的陶瓷盘上的多根无针头阴极针组成，所述的陶瓷盘竖直布置，所述的无针头阴极针垂直于所述的陶瓷盘，每根所述的无针头阴极针插入所述的阳极蜂窝柱的对应窝孔内，使所述的阴极盘与所述的阳极蜂窝柱配合形成多针-蜂窝结构，每根所述的无针头阴极针通过一个限流电阻接地，所述的阳极蜂窝柱接入直流高压，所述的推斥电极接入直流电压。

所述的壳体的出气端上连接有一个两端开口的锥形离子导出管，所述的锥形离子导出管的宽口端与所述的壳体的出气端连接且与所述的壳体的内腔连通，所述的推斥电极设置于所述的壳体的出气端上，所述的锥形离子导出管的窄口端作为离子喷射口。由于直接在壳体的出气端上开一口作为离子导出口，导出的离子较为分散，因此在壳体的出气端上接一个锥形离子导出管，并将锥形离子导出管的窄口端作为离子喷射口，这样可使喷射出的离子更加聚集。

所述的气流加热室沿气流方向的两端开口，所述的气流加热室内设置有加热装置，所述的加热装置为多根水平放置的陶瓷加热棒，多根所述的陶瓷加热棒沿周向布置于所述的气流加热室的室壁上。在此，将陶瓷加热棒沿周向布置于气流加热室的室壁上，可使加热更为均匀，且不影响气流和离子。

所述的陶瓷加热棒的长度为10～300mm。

所述的无针头阴极针之间的间距为1～10mm，所述的阳极蜂窝柱的窝孔的孔径为1～6mm，所述的阳极蜂窝柱的窝孔的孔深为1～30mm，所述的无针头阴极针的中心轴线与所述的阳极蜂窝柱的对应窝孔的中心轴线一致，所述的无针头阴极针插入所述的阳极蜂窝柱的对应窝孔内后所述的无针头阴极针的针尖距离所述的阳极蜂窝柱的对应窝孔的末端1～8mm，以便正常接收无针头阴极针各处产生的放电，所述的阳极蜂窝柱的窝孔的末端与所述的推斥电极之间的间距范围为10～500mm。一般情况下，可将阳极蜂窝柱的窝孔的径向截面面积设计为π平方毫米，使阳极蜂窝柱的窝孔较密可使无针头阴极针产生的放电最大化，从而使得该离子源装置产生的等离子体更多。

所述的陶瓷盘和所述的推斥电极均呈圆盘形，所述的阳极蜂窝柱呈圆柱形，所述的陶瓷盘、所述的阳极蜂窝柱和所述的推斥电极的中心轴线一致，且所述的陶瓷盘、所述的阳极蜂窝柱和所述的推斥电极的外周壁均与所述的壳体的内腔腔壁绝缘连接。

所述的限流电阻的电阻值为100Ω～10MΩ；所述的阳极蜂窝柱接入1KV～6KV的直流高压；所述的推斥电极接入50～500V的直流电压，如接入180V。

所述的载气通入管通入的载气为氦气、氮气、氢气、氩气中的一种气体，且载气的流速为0.01L/min～20L/min。

所述的无针头阴极针的根数为1～20。

一种离子源装置，其特征在于包括水平方向的一端为进气端而相对的另一端为出气端的壳体及沿气流方向依次设置于所述的壳体的内腔中的阴极盘、阳极格栅、气流加热室和推斥电极，所述的壳体的进气端上设置有与所述的壳体的内腔连通的载气通入管，所述的阴极盘由陶瓷盘和均匀设置于所述的陶瓷盘上的多根无针头阴极针组成，所述的陶瓷盘竖直布置，所述的无针头阴极针垂直于所述的陶瓷盘，每根所述的无针头阴极针插入所述的阳极格栅的对应栅格内，使所述的阴极盘与所述的阳极格栅配合形成多针-栅格结构，每根所述的无针头阴极针通过一个限流电阻接地，所述的阳极蜂窝柱接入直流高压，所述的推斥电极接入直流电压。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1)由于阴极盘具有多根无针头阴极针，因此放电通道多、面积大，使得等离子体数量增多，更有利于样品电离。

2)多根无针头阴极针与阳极蜂窝柱的窝孔相互配合，无针头阴极针之间的放电彼此促进，从而降低了无针头阴极针与阳极蜂窝柱之间的放电电压；同样，多根无针头阴极针与阳极格栅的栅格相互配合，无针头阴极针之间的放电彼此促进，从而降低了无针头阴极针与阳极格栅之间的放电电压，因此，在相同电压条件下，该离子源装置与质谱技术连用的样品电离效率远高于现有的单针-板结构的离子源装置与质谱技术连用的样品电离效率。

3)利用气流加热室先对气流加热，可以增加热运动速度，同时有助于样品气化和电离。

附图说明

图1为实施例一的离子源装置的外形结构示意图；

图2为图1的右视图；

图3为图1的左视图；

图4为图1中A-A向的剖视结构示意图；

图5为图4中H部分的放大示意图；

图6为图4中B-B向的剖视结构示意图；

图7为实施例二的离子源装置中的无针头阴极针与栅格的配合示意图；

图8为本实用新型的离子源装置与质谱仪连用的示意图一；

图9为本实用新型的离子源装置与质谱仪连用的示意图二。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例一：

本实施例提出的一种离子源装置，如图1至图6所示，其包括水平方向的一端为进气端而相对的另一端为出气端的壳体1及沿气流方向依次设置于壳体1的内腔中的阴极盘2、阳极蜂窝柱3、气流加热室4和推斥电极5，阴极盘2由陶瓷盘21和均匀设置于陶瓷盘21上的多根无针头阴极针(如取16根)22组成，陶瓷盘21竖直布置，无针头阴极针22垂直于陶瓷盘21，且无针头阴极针22朝向阳极蜂窝柱3，每根无针头阴极针22插入阳极蜂窝柱3的对应窝孔31内，使阴极盘2与阳极蜂窝柱3配合形成多针-蜂窝结构，陶瓷盘21和推斥电极5均呈圆盘形，阳极蜂窝柱3呈圆柱形，陶瓷盘21、阳极蜂窝柱3和推斥电极5的中心轴线一致，且陶瓷盘21、阳极蜂窝柱3和推斥电极5的轴向与气流方向一致，且陶瓷盘21、阳极蜂窝柱3和推斥电极5的外周壁均与壳体1的内腔腔壁绝缘连接；壳体1的进气端上设置有与壳体1的内腔连通的载气通入管6，载气通入管通入的载气为氦气、氮气、氢气、氩气中的一种气体，且载气的流速为0.01L/min～20L/min，如具体取2.5L/min，壳体1的出气端上连接有一个两端开口的锥形离子导出管7，锥形离子导出管7的宽口端与壳体1的出气端连接且与壳体1的内腔连通，推斥电极5设置于壳体1的出气端上，锥形离子导出管7的窄口端作为离子喷射口71，由于直接在壳体1的出气端上开一口作为离子导出口，导出的离子较为分散，因此在壳体1的出气端上接一个锥形离子导出管7，并将锥形离子导出管7的窄口端作为离子喷射口71，这样可使喷射出的离子更加聚集；每根无针头阴极针22通过一个限流电阻R接地，限流电阻R的电阻范围为1MΩ～10MΩ，阳极蜂窝柱3接入1KV～6KV的直流高压，如接入4KV，推斥电极5接入50～500V的直流电压，如接入180V。该离子源装置由于阴极盘2具有多根无针头阴极针22，因此放电区域大，使得等离子体数量增多，等离子数量增多更有利于样品电离；多根无针头阴极针22与阳极蜂窝柱3相互配合，无针头阴极针22之间的放电彼此促进，从而降低了无针头阴极针22与阳极蜂窝柱3之间的放电电压，相同电压条件下，该多针-蜂窝结构的离子源装置与质谱技术连用的样品电离效率远高于现有的单针-板结构的离子源装置与质谱技术连用的样品电离效率。

在本实施例中，气流加热室4沿气流方向的两端开口，气流加热室4内设置有加热装置(图中未示出)，加热装置为多根水平放置的陶瓷加热棒，多根陶瓷加热棒沿周向布置于气流加热室4的室壁上，可使加热更为均匀，且不影响气流和离子，陶瓷加热棒的长度为10～300mm，如将陶瓷加热棒的长度设计为80mm。在本实施例中，无针头阴极针22之间的间距为1～10mm，如具体选择间距为3mm，无针头阴极针22的根数为1～20，如具体设置16根无针头阴极针22，阳极蜂窝柱3的窝孔31的孔径为1～6mm，如将孔径设计为2mm，阳极蜂窝柱3的窝孔31的孔深为1～30mm，如将孔深设计为10mm，无针头阴极针22的中心轴线与阳极蜂窝柱3的对应窝孔31的中心轴线一致，无针头阴极针22插入阳极蜂窝柱3的对应窝孔31内后无针头阴极针22的针尖距离阳极蜂窝柱3的对应窝孔31的末端1～8mm，如设计为4mm，以便正常接收无针头阴极针22各处产生的放电；阳极蜂窝柱3的窝孔31的末端与推斥电极5之间的间距范围为10～500mm，如设计为200mm。

在本实施例中，可将阳极蜂窝柱3的窝孔31的径向截面面积设计为π平方毫米，使阳极蜂窝柱3的窝孔31较密可使无针头阴极针22产生的放电最大化，从而使得该多通道辉光放电离子源装置产生的等离子体更多。该离子源装置的工作过程为：通过载气通入管6以0.01L/min～20L/min的流速向壳体1的内腔中通入氮气作为载气，每个无针头阴极针22通过一个限流电阻R接地，阳极蜂窝柱3接入1KV～6KV的直流高压，该离子源装置要求放电稳定在辉光区域，推斥电极5接入电压值为50～500V的直流电压，如180V；无针头阴极针22与阳极蜂窝柱3放电产生的等离子体由阳极蜂窝柱3全部接收，加热装置一般从室温加热到100℃～550℃，如加热到300℃，通过加热增强等离子体的能量，产生的等离子体最后经过推斥电极5，推斥电极5增强了等离子体的动能，使从推斥电极5出来的等离子体从离子喷射口71喷射出的喷射射程更远。

实施例二：

本实施例提出的一种离子源装置，其与实施例一的离子源装置的结构基本相同，不同之处仅在于本实施例一采用了多针-栅格结构，如图7所示，即其包括水平方向的一端为进气端而相对的另一端为出气端的壳体1及沿气流方向依次设置于壳体1的内腔中的阴极盘2、阳极格栅8、气流加热室4和推斥电极5，壳体1的进气端上设置有与壳体1的内腔连通的载气通入管6，阴极盘2由陶瓷盘21和均匀设置于陶瓷盘21上的多根无针头阴极针22组成，陶瓷盘21竖直布置，无针头阴极针22垂直于陶瓷盘21，每根无针头阴极针22插入阳极格栅8的对应栅格81内，使阴极盘2与阳极格栅8配合形成多针-栅格结构，每根无针头阴极针22通过一个限流电阻R接地，阳极格栅8接入1KV～6KV的直流高压，推斥电极5接入直流电压。

该离子源装置与质谱仪连用的示意图如图8所示，该离子源装置E的离子喷射口71朝向质谱仪F的入口，该离子源装置E的离子喷射口71与质谱仪F的入口满足：以该离子源装置E的离子喷射口71为圆心，3cm长为半径画圆垂直于该离子源装置E的离子喷射口71的轴线，质谱仪F的入口的轴向延长线落在半径为3cm长的圆的圆周内，该离子源装置E的离子喷射口71与质谱仪F的入口之间的距离小于或等于5cm；或以质谱仪F的入口为圆心，3cm长为半径画圆垂直于质谱仪F的入口的轴线，该离子源装置E的离子喷射口71的轴向延长线落在半径为3cm长的圆的圆周内，该离子源装置E的离子喷射口71与质谱仪F的入口之间的距离小于或等于5cm。待检测样品的出口管路(图中未示出)与雾化针G的入口连接，雾化针G的出口位于该离子源装置E的离子喷射口71与质谱仪F的入口之间，雾化针G的出口朝向该离子源装置E的离子喷射口71与质谱仪F的入口的连线，雾化针G的出口距离该离子源装置E的离子喷射口71与质谱仪F的入口的连线0～6cm，并且满足雾化针G的出口与质谱仪F的入口的连线在质谱仪F的入口方向延长线上的投影长度小于或等于4cm。该离子源装置E的离子喷射口71喷射出的等离子体与待检测样品接触后，通过潘宁离子化(Penning ionization)、质子转移以及电荷交换等过程使样品实现离子化，进而利用质谱仪F进行检测。

该离子源装置E与质谱仪F连用的另一种示意图如图9所示，该离子源装置E的离子喷射口71顺时针倾斜10°～60°，如30°，质谱仪F的入口端逆时针倾斜同样的角度，该离子源装置E的离子喷射口71延长线直接打到样品表面，通过样品表面反射到质谱仪F的入口，待检测样品距离该离子源装置E的离子喷射口71与质谱仪F的入口的连线0～6cm。该离子源装置E的离子喷射口71喷射出的等离子体与待检测样品接触后，通过潘宁离子化(Penningionization)、质子转移以及电荷交换等过程使样品实现离子化，进而利用质谱仪F进行检测。

Claims (10)

1.一种离子源装置，其特征在于包括水平方向的一端为进气端而相对的另一端为出气端的壳体及沿气流方向依次设置于所述的壳体的内腔中的阴极盘、阳极蜂窝柱、气流加热室和推斥电极，所述的壳体的进气端上设置有与所述的壳体的内腔连通的载气通入管，所述的阴极盘由陶瓷盘和均匀设置于所述的陶瓷盘上的多根无针头阴极针组成，所述的陶瓷盘竖直布置，所述的无针头阴极针垂直于所述的陶瓷盘，每根所述的无针头阴极针插入所述的阳极蜂窝柱的对应窝孔内，使所述的阴极盘与所述的阳极蜂窝柱配合形成多针-蜂窝结构，每根所述的无针头阴极针通过一个限流电阻接地，所述的阳极蜂窝柱接入直流高压，所述的推斥电极接入直流电压。

2.根据权利要求1所述的一种离子源装置，其特征在于所述的壳体的出气端上连接有一个两端开口的锥形离子导出管，所述的锥形离子导出管的宽口端与所述的壳体的出气端连接且与所述的壳体的内腔连通，所述的推斥电极设置于所述的壳体的出气端上，所述的锥形离子导出管的窄口端作为离子喷射口。

3.根据权利要求1或2所述的一种离子源装置，其特征在于所述的气流加热室沿气流方向的两端开口，所述的气流加热室内设置有加热装置，所述的加热装置为多根水平放置的陶瓷加热棒，多根所述的陶瓷加热棒沿周向布置于所述的气流加热室的室壁上。

4.根据权利要求3所述的一种离子源装置，其特征在于所述的陶瓷加热棒的长度为10～300mm。

5.根据权利要求4所述的一种离子源装置，其特征在于所述的无针头阴极针之间的间距为1～10mm，所述的阳极蜂窝柱的窝孔的孔径为1～6mm，所述的阳极蜂窝柱的窝孔的孔深为1～30mm，所述的无针头阴极针的中心轴线与所述的阳极蜂窝柱的对应窝孔的中心轴线一致，所述的无针头阴极针插入所述的阳极蜂窝柱的对应窝孔内后所述的无针头阴极针的针尖距离所述的阳极蜂窝柱的对应窝孔的末端1～8mm，所述的阳极蜂窝柱的窝孔的末端与所述的推斥电极之间的间距范围为10～500mm。

6.根据权利要求1所述的一种离子源装置，其特征在于所述的陶瓷盘和所述的推斥电极均呈圆盘形，所述的阳极蜂窝柱呈圆柱形，所述的陶瓷盘、所述的阳极蜂窝柱和所述的推斥电极的中心轴线一致，且所述的陶瓷盘、所述的阳极蜂窝柱和所述的推斥电极的外周壁均与所述的壳体的内腔腔壁绝缘连接。

7.根据权利要求1所述的一种离子源装置，其特征在于所述的限流电阻的电阻值为100Ω～10MΩ；所述的阳极蜂窝柱接入1KV～6KV的直流高压；所述的推斥电极接入50～500V的直流电压。

8.根据权利要求1所述的一种离子源装置，其特征在于所述的载气通入管通入的载气为氦气、氮气、氢气、氩气中的一种气体，且载气的流速为0.01L/min～20L/min。

9.根据权利要求1所述的一种离子源装置，其特征在于所述的无针头阴极针的根数为1～20。

10.一种离子源装置，其特征在于包括水平方向的一端为进气端而相对的另一端为出气端的壳体及沿气流方向依次设置于所述的壳体的内腔中的阴极盘、阳极格栅、气流加热室和推斥电极，所述的壳体的进气端上设置有与所述的壳体的内腔连通的载气通入管，所述的阴极盘由陶瓷盘和均匀设置于所述的陶瓷盘上的多根无针头阴极针组成，所述的陶瓷盘竖直布置，所述的无针头阴极针垂直于所述的陶瓷盘，每根所述的无针头阴极针插入所述的阳极格栅的对应栅格内，使所述的阴极盘与所述的阳极格栅配合形成多针-栅格结构，每根所述的无针头阴极针通过一个限流电阻接地，所述的阳极格栅接入直流高压，所述的推斥电极接入直流电压。