CN113223921B - 多通道式离子源及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了多通道式离子源及其工作方法，所述多通道式离子源包括电源；阳极内具有多个第一气体通道；阴极内具有多个贯穿的第二气体通道；所述阴极和阳极间具有第一间隙；第一密封件设置在所述阳极和阴极之间，使得所述第一间隙与外界隔离；引出电极具有多个贯穿的离子通道，所述离子通道与所述第二气体通道相对设置，所述离子通道的中心轴线穿过所述第二气体通道；所述引出电极和阴极间具有第二间隙；所述电源为所述阳极、阴极和引出电极提供电压；真空腔内设置多个离子传输单元，从所述离子通道出射的离子穿过离子传输单元；样气通道用于将样气送入所述真空腔内。本发明具有离子总量高等优点。

Description

多通道式离子源及其工作方法

技术领域

本发明涉及离子源，特别涉及多通道式离子源及其工作方法。

背景技术

在以质子转移反应质谱为代表的化学电离质谱中，离子源主要实现两个功能：试剂离子的制备，以及离子分子反应的控制。理想的离子源，需要制备足够多的试剂离子以及更高的离子分子反应效率。试剂离子的产量越高，在离子分子反应区内能够与更多的待测样品分子反应高效反应，从而产生更多的产物离子，进而提高整机的灵敏度，并且试剂离子产量的最高值决定了线性范围的上限。

在质子转移反应质谱等化学电离质谱中，主要利用辉光放电源制备试剂离子，利用漂移管装置控制离子分子反应。使用这种形式的离子源主要有奥地利IONICON公司的质子转移反应质谱。在国内很多机构所发表的论文或专利中，也都报道过相类似的离子源。在上述提到的离子源中，辉光放电的内部为圆柱空心结构，漂移管为一组平行电极。在该结构中：1.等离子体在阴极的圆柱空心内部产生，电离区域有限；2.离子占据了轴心位置被引入到后级的离子分子反应室中，待测样品只能从非轴向位置引入，不利于离子分子反应室内的气体扩散。3.在漂移管结构中，只有轴向电场，径向没有电场，离子所受电场力单一，不利于离子分子的碰撞反应。

目前，主要有以下几种方式对上述问题进行改进：

1.改变放电形式，例如多针尖放电形式，或者利用磁场或射频电场加速等离子体的电子碰撞。以上都存在放电区稳定性不好的问题。并且引入电场或磁场不仅对电子有作用，对刚刚生成的离子也有影响，给离子的引出带来了难度。

2.利用多极杆结构替代漂移管结构，相比传统的漂移管结构，多极杆的使用，可以在径向方向增加射频场，不仅加大了离子分子碰撞反应的概率，也具有一定的聚焦效果。但单套多极杆，内部离子运动区有限。根据经典的多极场理论，如果增加内切圆半径(即反应区直径)，极杆结构半径也须随之加大才能满足四极场条件。实际应用中，较大直径的极杆很难加工与装配。3.在反应室末端加入离子漏斗装置中，虽然离子漏斗的聚焦作用，可以提高进入后级质量分析器的离子密度，但没有改变试剂离子的产生和离子分子反应，提升作用有限。

因此，提供一种新型的离子源，其可以产生高浓度试剂离子以及高浓度产物离子，对于提高化学电离质谱的灵敏度等关键指标，极为重要。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种多通道式离子源。

多通道式离子源，所述多通道式离子源包括电源；所述多通道式离子源包括：

阳极和阴极，所述阳极内具有多个第一气体通道；所述阴极内具有多个贯穿的第二气体通道；所述阴极和阳极间具有第一间隙，所述第一气体通道和第二气体通道相对设置，所述第一气体通道的中心轴线穿过所述第二气体通道；

第一密封件，所述第一密封件设置在所述阳极和阴极之间，使得所述第一间隙与外界隔离；

引出电极，所述引出电极具有多个贯穿的离子通道，所述离子通道与所述第二气体通道相对设置，所述离子通道的中心轴线穿过所述第二气体通道；所述引出电极和阴极间具有第二间隙；所述电源为所述阳极、阴极和引出电极提供电压；

真空腔，所述真空腔内设置多个离子传输单元，从所述离子通道出射的离子穿过离子传输单元；

样气通道，所述样气通道用于将样气送入所述真空腔内。

本发明的另一目的在于提供了五氧化二氮浓度的调整方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

根据本发明的多通道式离子源的工作方法，所述工作方法包括：

试剂气体进入多个第一气体通道内，穿过所述第一间隙，进入多个第二气体通道内；

试剂气体在第二气体通道内被电离，产生的试剂离子穿过第二气体通道；

在引出电极作用下，离子穿过引出电极的试剂离子通道进入真空腔；

离子在离子传输单元内与样气分子碰撞，产生样气离子。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1.试剂离子总量高；

阴极内的多孔式放电区，成倍提升试剂离子总量；

2.从真空腔的轴向引入样品，利于气体样品的轴向扩散离，使得真空腔(离子分子反应室)内的流体场分布更加均匀，进而提高质子转移反应质谱的灵敏度和线性范围等整体性能；

3.网格式分布的多极杆，可以方便的进行多套多极杆的组合，扩展了离子反应通道，进一步提高离子分子反应效率。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本发明实施例的多通道式离子源的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的阴极的结构示意图。

具体实施方式

图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本发明实施例的多通道式离子源的结构示意图，如图1所示，所述多通道式离子源包括：

阳极11和阴极21，所述阳极11内具有多个第一气体通道12；所述阴极21内具有多个贯穿的第二气体通道22，如图2所示；所述阴极21和阳极11间具有第一间隙41，所述第一气体通道12和第二气体通道22相对设置，所述第一气体通道12的中心轴线穿过所述第二气体通道22；

第一密封件51，所述第一密封件51设置在所述阳极11和阴极21之间，使得所述第一间隙51与外界隔离；

引出电极31，所述引出电极31具有多个贯穿的离子通道32，所述离子通道32与所述第二气体通道22相对设置，所述离子通道32的中心轴线穿过所述第二气体通道22；所述引出电极31和阴极21间具有第二间隙52；

真空腔81，所述真空腔81内设置多个离子传输单元82，从所述离子通道32出射的离子穿过离子传输单元82；电源为所述阳极11、阴极21、引出电极31和离子传输单元82提供电压；

样气通道61，所述样气通道61用于将样气送入所述真空腔81内。

为了提高试剂离子数量，进一步地，所述第一气体通道12、第二气体通道22和离子通道32共轴，多个第一气体通道12的中心轴线相互平行。

为了排出未被离子化的试剂气体，进一步地，所述多通道式离子源还包括：

第二密封件52，所述第二密封件52设置在所述引出电极31和阴极21之间；

气体出口72，所述气体出口72设置在第二密封件52上，所述第二间隙42内的试剂气体通过气体出口72排出。

为了提高样品分子的离子化率，进一步地，所述样气通道61形成在气体管道内，所述气体管道依次穿过阳极11、阴极21和引出电极31的中心，进入所述真空腔81内。

为了将试剂气体分散到各个第一气体通道中，进一步地，所述阳极11具有气体进口71和分散通道13，所述分散通道13设置在所述阳极11内；试剂气体依次通过气体进口71、分散通道13、第一气体通道12和第二气体通道22。

为了降低安装难度，进一步地，相邻第一气体通道12或第二气体通道22间的距离相等。

本发明实施例的多通道式离子源的工作方法，所述工作方法包括：

试剂气体进入多个第一气体通道12内，穿过所述第一间隙41，进入多个第二气体通道22内；

试剂气体在第二气体通道22内被电离，产生的试剂离子穿过第二气体通道22；

在引出电极31作用下，离子穿过引出电极31的试剂离子通道32进入真空腔81；

离子在离子传输单82元内与样气分子碰撞，产生样气离子。

为了排出未被离子化的试剂气体，进一步地，所述第二气体通道22内的试剂气体进入第二间隙42，之后排出第二间隙42。

实施例2：

根据本发明实施例1的五氧化二氮浓度的调整装置和方法的应用例。

在该应用例中，如图1-2所示，阳极11内具有气体进口71、沿着径向分布的分散通道13以及平行于轴向的4个第一气体通道12，相邻第一气体通道12件的距离相等；阴极21具有4个平行于轴向的第二气体通道22，直径为0.5-0.8mm，第一气体通道12与其相对设置的第二气体通道22共轴；

引出电极31具有4个平行于轴向的离子通道，4个离子通道分别与对应的第二气体通道22共轴，也即相对应的第一气体通道12、第二气体通道22和离子通道32共轴；

绝缘的第一密封件51设置在所述阳极11和阴极21之间，使得阳极11和阴极21间具有第一间隙41；绝缘的第二密封件52设置在所述阴极21和引出电极31之间，使得阴极21和引出电极31间具有第二间隙42；气体出口72穿过第二密封件52，使得第二间隙42内的试剂气体排出；

样气通道61形成在气体管道内，所述气体管道依次穿过阳极11、阴极21和引出电极31的中心，进入所述真空腔81内；

真空腔81内，离子传输单元82采用四级杆，与4个离子通道相对应地，每组四级杆围出区域的中心轴线与离子通道32共轴；电源分别为阳极11、阴极21、引出电极31和四级杆供电。

本发明实施例的多通道式离子源的工作方法，所述工作方法包括：

试剂气体通过气体进口71进入分散通道13，之后分散地进入多个第一气体通道12内，穿过所述第一间隙41，进入多个第二气体通道22内；

试剂气体在第二气体通道22内被电离，产生的试剂离子穿过第二气体通道22；未被电离的试剂气体进入第二间隙42，从气体出口72排出；

在引出电极31作用下，离子穿过引出电极31的试剂离子通道32进入真空腔81；

样气通过样气通道61进入真空腔内，并扩散到各个离子传输单元82内，试剂离子在离子传输单82元内与样气分子碰撞，产生样气离子。

Claims (10)

1.多通道式离子源，所述多通道式离子源包括电源；其特征在于，所述多通道式离子源包括：

阳极和阴极，所述阳极内具有多个第一气体通道；所述阴极内具有多个贯穿的第二气体通道；所述阴极和阳极间具有第一间隙，所述第一气体通道和第二气体通道相对设置，所述第一气体通道的中心轴线穿过所述第二气体通道；

第一密封件，所述第一密封件设置在所述阳极和阴极之间，使得所述第一间隙与外界隔离；

引出电极，所述引出电极具有多个贯穿的离子通道，所述离子通道与所述第二气体通道相对设置，所述离子通道的中心轴线穿过所述第二气体通道；所述引出电极和阴极间具有第二间隙；所述电源为所述阳极、阴极和引出电极提供电压；

真空腔，所述真空腔内设置多个离子传输单元，从所述离子通道出射的离子穿过离子传输单元；

样气通道，所述样气通道用于将样气送入所述真空腔内。

2.根据权利要求1所述的多通道式离子源，其特征在于，所述第一气体通道、第二气体通道和离子通道共轴，多个第一气体通道的中心轴线相互平行。

3.根据权利要求2所述的多通道式离子源，其特征在于，所述多通道式离子源还包括：

第二密封件，所述第二密封件设置在所述引出电极和阴极之间；

气体出口，所述气体出口设置在第二密封件上，所述第二间隙内的试剂气体通过气体出口排出。

4.根据权利要求1所述的多通道式离子源，其特征在于，所述样气通道形成在气体管道内，所述气体管道依次穿过阳极、阴极和引出电极的中心，进入所述真空腔内。

5.根据权利要求1所述的多通道式离子源，其特征在于，所述阳极具有气体进口和分散通道，所述分散通道设置在所述阳极内；试剂气体依次通过气体进口、分散通道和第一气体通道和第二气体通道。

6.根据权利要求2所述的多通道式离子源，其特征在于，相邻第一气体通道或第二气体通道间的距离相等。

7.根据权利要求1所述的多通道式离子源，其特征在于，所述离子传输单元是多级杆。

8.根据权利要求1所述的多通道式离子源，其特征在于，所述第二气体通道的直径为0.5-0.8mm。

9.根据权利要求1-8任一所述的多通道式离子源的工作方法，所述工作方法包括：

试剂气体进入多个第一气体通道内，穿过所述第一间隙，进入多个第二气体通道内；

试剂气体在第二气体通道内被电离，产生的试剂离子穿过第二气体通道；

在引出电极作用下，离子穿过引出电极的试剂离子通道进入真空腔；

离子在离子传输单元内与样气分子碰撞，产生样气离子。

10.根据权利要求9所述的多通道式离子源的工作方法，其特征在于，所述第二气体通道内的试剂气体进入第二间隙，之后排出第二间隙。

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