CN218548367U - 一种用于固体或液体样品高效解吸和电离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于固体或液体样品高效解吸和电离装置。其包括从左至右依次排列的VUV灯、环状离子提取电极、环状绝缘环、解吸电离腔；可以实现在样品和反应离子的充分电离反应，从而提升电离效率和检测灵敏度。

Description

一种用于固体或液体样品高效解吸和电离装置

技术领域

本实用新型涉及用于固体和液体样品高效解吸和电离装置及其在离子阱质谱中的应用，具体地说是一种集成了快速热解吸和电离功能的装置，可以实现在样品和反应离子的充分电离反应，从而提升电离效率和检测灵敏度。

背景技术

微型化质谱的需求和发展，在很多领域有非常好的前景，成为研究热点。离子阱质谱具有MS/MS功能，能够承受较高压力(如0.1Pa)，体积较小，成本低等优点被广泛用来检测兴奋剂、麻醉剂以及爆炸物。目前在环境、公共安全等各个领域有大量的对于好的检测仪器的需求。本实用新型就是在此需求基础上提出了如何实现大气压下高效的解吸和电离的有机结合。

离子阱的工作原理是：固体和液体样品放入热解吸进样器中气化，由载气载带进入电离区；在电离区内与反应离子结合实现电离；然后经过进样毛细管进入离子阱质谱进行检测。最终的检测灵敏度决定于大气压下热解吸和电离的效率以及后端质谱检测性能。而后端质谱检测性能受制于器件的性能，难以显著提升。如何实现大气压下热解吸和电离的效率是目前研究的热点。蒋吉春等人实用新型的一种用于质谱分析的原位热解吸电离源(专利号CN201911258506.1)。实用新型涉及质谱分析仪器，具体说是一种原位热解吸电离源，其具体结构包括气源、稳流阀、解吸腔、富集管、离子光子发生装置、电离管、离子传输腔体、离子传输电极和质谱仪。本实用新型通过合理的设计，将热解吸装置与离子光子发生装置进行紧密结合，使得热解吸出的样品分子与离子光子发生装置产生的离子或光子进行充分接触，从而获得高效电离。不足之处在于针对气态样品。李海洋等人公开了一种用于离子迁移谱的脉冲吹扫负压热解吸进样方法及进样器(申请号：CN202111535952.X)。将检测固态、液态和气态样品的脉冲吹扫、负压与热解吸技术相结合。待测样品在负压状态下受热发生相变过程，通过脉冲吹扫的载气将气态样品分子携带进入离子迁移谱进行电离和检测。适用于固态、液态或气态基质中待测物质的检测，扩大了样品的适用范围，无需复杂的样品预处理过程，通过密封进样腔室内载气脉冲吹扫、负压抽样与热解吸结合的方式，增加了样品的有效进样量，提高了样品的反应效率。其缺点是解吸腔和电离腔直接传输损失严重。

本实用新型可以解决这一难题，利用独特的结构设计，可以实现了固体和液体样品的高效热解吸；同时气化后的目标分子可以与反应离子在空间上充分反应提高了电离效率，从而提升了灵敏度。

实用新型内容

本实用新型涉及分析仪器中一种用于固体和液体样品高效解吸和电离装置及其在离子阱质谱中的应用。利用独特的结构设计，可以实现了固体和液体样品的高效热解吸；同时气化后的目标分子可以与反应离子在空间上充分反应提高了电离效率，从而提升了灵敏度。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于固体或液体样品的热解吸光电离装置，其特征在于：

包括从左至右依次排列的VUV灯、环状离子提取电极、环状绝缘环、解吸电离腔；

其中，解吸电离腔为左右两端开口的腔体，其一开口端与绝缘环相连，另一开口端处设有采样毛细管；

于解吸电离腔下部的外壁面上设有用于放置载样片的凹槽，于凹槽底部的中部位置设有通孔，作为样品通过孔，载样片放置于凹槽内，通孔于载样片上的投影处于载样片的中部，于载样片下方设有样品片顶头，样品片顶头下方设有可驱动样品片顶头上下往复运动的传动装置；

于通过孔的正上方、解吸电离腔的上壁面上设有石英光窗和通光孔，于解吸电离腔外部的石英光窗处设有加热灯，于加热灯和石英光窗之间设有聚焦透镜；样品片顶头、载样片、通过孔、石英光窗、聚焦透镜、加热灯、自上而下依次设置；样品片顶头驱动载样片于凹槽内上下运动，样品片顶头可推动载样片抵接于凹槽底面上，载样片上表面与通过孔四周边缘相抵接，载样片上表面位于聚焦透镜焦点处；

于解吸电离腔左侧开口端处或绝缘环上设置有载气入口。

于石英光窗和通过孔之间的区域为电离反应区。

于解吸电离腔壁内设有测温探头和加热模块；

加热灯、聚焦透镜分别通过第二、第三支架固定于解吸电离腔上；加热灯灯光通过聚焦透镜聚焦于载样片位于通过孔下方的上表面处。

采样毛细管的一个端口从解吸电离腔开口端的中部伸入至解吸电离腔内，采样毛细管的另一个端口与通过可采用负压(低于大气压)采样的检测器的进样口相连。

传动装置通过支架固定于解吸电离腔上；

传动装置为一步进电机，步进电机的输出轴与样品片顶头下部相连；或，传动装置为由螺杆和螺母构成的螺旋传动机构，螺母固定于支架上，螺杆穿套于螺母中并通过其外螺纹与螺母的内螺纹相螺合，螺杆的上端与样品片顶头下部相连，于螺杆的下端设有把手。

解吸电离腔由耐高温材料制成，材料可以为金属、石英、陶瓷中的一种或二种以上；

石英光窗是于解吸电离腔壁面开设作为通光孔的通孔、于通孔内设置透光的石英玻璃片构成，石英玻璃片四周边缘与通孔内壁面密闭连接；

于解吸电离腔的下壁面内设有感温元件和电加热元件；

电加热元件为电加热丝、电加热块电加热棒电加热带中的一种或二种以上；感温元件为热电偶。

环状离子提取电极为中部带有通孔的板状电极，其通过环状绝缘环与解吸电离腔的左开口端密闭相连；VUV灯发出的光依次经环状离子提取电极和环状绝缘环的中部通孔射入解吸电离腔内；

环状离子提取电极与离子检测模式有关；

正离子模式下：离子提取电极施加正直流电压，采样毛细管施加直流电压；负离子模式下：离子提取电极施加负直流电压，采样毛细管施加正直流电压；

离子提取电极施加的直流电压范围10到800V；采样毛细管上施加的直流电压为10到500V。

加热灯为红外灯，功率在30W到300W；加热时间为脉冲式，开启时间为10微秒到10秒之间。

通过毛细管采样口远离解吸电离腔的端口与离子阱质谱进样口连接进行联用。

通过离子阱质谱内的负压采样；实现对爆炸物、农药或药物的高灵敏检测。

本实用新型的有益效果在于：用独特的结构设计，可以实现了固体和液体样品的高效热解吸；同时气化后的目标分子可以与反应离子在空间上充分反应提高了电离效率，从而提升了灵敏度。

附图说明

图1.用于固体和液体样品的热解吸光电离装置的结构示意图。

其中，1.解吸电离腔，2.环状离子提取电极，3.环状绝缘环，4.电离反应区，5.加热灯，6.通光孔，7.石英光窗，8.通过孔，9.载样片，10.样品片顶头，11.载气入口，12.测温探头，13.加热模块，14.采样毛细管，15.VUV灯，16.聚焦透镜，17.支架，18.传动装置，19.螺杆，20.第二支架，21.第三支架。

图2.用于固体和液体样品的热解吸光电离装置及其与离子阱质谱的联用装置示意，其中1.解吸电离腔，2.环状离子提取电极，3.环状绝缘环，4.电离反应区，5.加热灯，6.通光孔，7.石英光窗，8.通过孔，9.载样片，10.样品片顶头，11.载气入口，12.测温探头，13.加热模块，14.采样毛细管，15.VUV灯，16.聚焦透镜，17.支架，18.传动装置，19.螺杆，20.第二支架，21.第三支架，22.DAPI(非连续脉冲进样)进样系统，23.进样毛细管，24.端电极对，25.上下电极对，26.侧电极对，27.狭缝，28.离子检测器。由部件22-28构成的离子阱质谱；

图3.样品检测谱图。

具体实施方式

实施例：

一种用于固体或液体样品的热解吸光电离装置，包括从左至右依次排列的VUV灯15、环状离子提取电极2、环状绝缘环3、解吸电离腔1；其中，解吸电离腔1为左右两端开口的腔体，其一开口端与绝缘环3相连，另一开口端处设有采样毛细管14；

于解吸电离腔1下部的外壁面上设有用于放置四氟载样片9的凹槽，于凹槽底部的中部位置设有通孔，作为样品通过孔8，四氟载样片9放置于凹槽内，通孔于载样片9上的投影处于载样片9的中部，于载样片9下方设有样品片顶头10，样品片顶头10下方设有可驱动样品片顶头10上下往复运动的传动装置18；

于通过孔8的正上方、解吸电离腔1的上壁面上设有石英光窗7和通光孔6，于解吸电离腔1外部的石英光窗7处设有卤素加热灯5，于卤素加热灯5和石英光窗7之间设有聚焦透镜16；样品片顶头10、四氟载样片9、通过孔8、石英光窗7、聚焦透镜16、卤素加热灯5)自上而下依次设置；样品片顶头10驱动载样片9于凹槽内上下运动，样品片顶头10可推动四氟载样片9抵接于凹槽底面上，四氟载样片9上表面与通过孔8四周边缘相抵接，四氟载样片9上表面位于聚焦透镜16焦点处；

于解吸电离腔1左侧开口端处或绝缘环3上设置有载气入口11。

卤素加热灯5、聚焦透镜16分别通过第二、第三支架(20和21)固定于解吸电离腔1上；卤素加热灯5灯光通过聚焦透镜16聚焦于四氟载样片9位于通过孔8下方的上表面处。

采样毛细管14的一个端口从解吸电离腔1开口端的中部伸入至解吸电离腔1内，金属采样毛细管14的另一个端口与通过可采用负压(低于大气压)采样的检测器的进样口相连。

传动装置18通过支架17固定于解吸电离腔1上；

传动装置18为由螺杆19和螺母构成的螺旋传动机构，螺母固定于支架17上，螺杆19穿套于螺母中并通过其外螺纹与螺母的内螺纹相螺合，螺杆19的上端与样品片顶头10下部相连，于螺杆19的下端设有把手。

解吸电离腔1)由不锈钢材料制成；

石英光窗7是于解吸电离腔1壁面开设作为通光孔6的通孔、于通孔内设置透光的石英玻璃片构成，石英玻璃片四周边缘与通孔内壁面密闭连接；

于石英光窗7和通过孔8之间的区域为电离反应区4；于解吸电离腔1的下壁面内设有感温元件PT100探头12和电加热元件电加热丝13。

本实用新型用于固体和液体样品的热解吸光电离装置。其检测样品的过程为：

如图1所示，正离子检测时，试剂分子丙酮通光载气入口11进入解吸电离腔1，被VUV灯15发出的10.6eV光电离产生丙酮二聚体离子；载样片9上样品在加热灯5加热作用下气化，与丙酮二聚体离子反应被电离；在环状离子提取电极2和采样毛细管14之间电场作用下到达毛细管14开口；

如图2所示，开启DAPI(非连续脉冲进样,为中部设有电磁夹管阀的硅胶管，电磁夹管阀为脉冲式工作模式；一端与采样毛细管14相连，另一端经进样毛细管23与质谱进样口相连)后，离子经过采样毛细管14和进样毛细管23进入离子阱质谱；在端电极对24，上下电极对25，侧电极对26形成的电势阱内冷却、激发后通过侧电极对26上的狭缝27后被检测器28检测。

基于上述的高效解吸电离装置和离子阱质谱检测了样品。样品的典型谱图见图3。在质量数370位置观测到明显的样品母体离子谱峰。

Claims (8)

1.一种用于固体或液体样品的高效解吸和电离装置，其特征在于：

包括从左至右依次排列的VUV灯（15）、环状离子提取电极（2）、环状绝缘环（3）、解吸电离腔（1）；

其中，解吸电离腔（1）为左右两端开口的腔体，其一开口端与绝缘环（3）相连，另一开口端处设有采样毛细管（14）；

于解吸电离腔（1）下部的外壁面上设有用于放置载样片（9）的凹槽，于凹槽底部的中部位置设有通孔，作为样品通过孔（8），载样片（9）放置于凹槽内，通孔于载样片（9）上的投影处于载样片（9）的中部，于载样片（9）下方设有样品片顶头（10），样品片顶头（10）下方设有可驱动样品片顶头（10）上下往复运动的传动装置（18）；

于通过孔（8）的正上方、解吸电离腔（1）的上壁面上设有石英光窗（7）和通光孔（6），于解吸电离腔（1）外部的石英光窗（7）处设有加热灯（5），于加热灯（5）和石英光窗（7）之间设有聚焦透镜（16）；样品片顶头（10）、载样片（9）、通过孔（8）、石英光窗（7）、聚焦透镜（16）、加热灯（5）、自上而下依次设置；样品片顶头（10）驱动载样片（9）于凹槽内上下运动，样品片顶头（10）可推动载样片（9）抵接于凹槽底面上，载样片（9）上表面与通过孔（8）四周边缘相抵接，载样片（9）上表面位于聚焦透镜（16）焦点处；

于解吸电离腔（1）左侧开口端处或绝缘环（3）上设置有载气入口（11）。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：加热灯（5）、聚焦透镜（16）分别通过第二、第三支架（20和21）固定于解吸电离腔（1）上；加热灯（5）灯光通过聚焦透镜（16）聚焦于载样片（9）位于通过孔（8）下方的上表面处。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：采样毛细管（14）的一个端口从解吸电离腔（1）开口端的中部伸入至解吸电离腔（1）内，采样毛细管（14）的另一个端口与通过可采用负压采样的检测器的进样口相连。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：传动装置（18）通过支架（17）固定于解吸电离腔（1）上；

传动装置（18）为一步进电机，步进电机的输出轴与样品片顶头（10）下部相连；或，传动装置（18）为由螺杆（19）和螺母构成的螺旋传动机构，螺母固定于支架（17）上，螺杆（19）穿套于螺母中并通过其外螺纹与螺母的内螺纹相螺合，螺杆（19）的上端与样品片顶头（10）下部相连，于螺杆（19）的下端设有把手。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

解吸电离腔（1）由耐高温材料制成；

石英光窗（7）是于解吸电离腔（1）壁面开设作为通光孔（6）的通孔、于通孔内设置透光的石英玻璃片构成，石英玻璃片四周边缘与通孔内壁面密闭连接；

于石英光窗（7）和通过孔（8）之间的区域为电离反应区（4）；于解吸电离腔（1）的下壁面内设有感温元件（12）和电加热元件（13）；

电加热元件为电加热丝、电加热块电加热棒电加热带中的一种或二种以上；感温元件为热电偶。

6.如权利要求1或3所述的装置，其特征在于：

环状离子提取电极（2）为中部带有通孔的板状电极，其通过环状绝缘环（3）与解吸电离腔（1）的左开口端密闭相连；VUV灯（15）发出的光依次经环状离子提取电极（2）和环状绝缘环（3）的中部通孔射入解吸电离腔（1）内；

环状离子提取电极（2）与离子检测模式有关；

正离子模式下：环状离子提取电极（2）施加正直流电压，采样毛细管（14）施加直流电压；负离子模式下：环状离子提取电极（2）施加负直流电压，采样毛细管（14）施加正直流电压。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

环状离子提取电极（2）施加的直流电压范围10到800V；采样毛细管（14）上施加的直流电压为10到500V。

8.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：加热灯（5）为红外灯，功率在30W到300W；加热时间为脉冲式，开启时间为10微秒到10秒之间。

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