CN116206942A - 一种质谱领域用多光源的电离源结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种质谱领域用多光源的电离源结构，其包括：真空绝缘环，在所述真空绝缘环内沿轴线方向自上而下设置有入口绝缘垫片、入口离子电极、传输离子电极和离子引出电极；所述入口离子电极、所述传输离子电极和所述离子引出电极均为中心通孔的结构，并且中心通孔同轴心、互相平行间隔设置；第一进样口，所述第一进样口设置在所述真空绝缘环的上端，所述第一进样口与所述入口离子电极、所述传输离子电极、所述离子引出电极同轴心设置；真空紫外光源，若干个所述真空紫外光源围绕所述第一进样口的中轴线分布设置。实现了增加真空紫外光在电离源腔体内的分布区域，提高电离率和离子迁移谱图的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及到质谱仪的电离源结构领域，尤其涉及到一种质谱领域用多光源的电离源结构。
背景技术
大气压光电离化技术是飞行时间质谱仪中使用最为普遍的一种离子化技术，真空紫外光能够使得电离能低于其光子能量的有机物分子发生单光子电离，主要产生分子离子，几乎没有碎片离子，其谱图简单，可根据分子量和信号强度进行快速的定性定量分析，易于解析，是质谱分析领域中使用最为普遍的一种离子化技术，被广泛应用于挥发性有机污染物、爆炸品、毒品、化学毒剂等检测领域中。
飞行时间质谱仪是通过离子在一定距离真空无场区内按不同质荷比以不同时间达到检测器，从而建立质谱图的质谱仪。其具有结构简单，离子流通率高、质量范围不受限制等优点，样品分子在电离源腔体内电离后，在电场的作用下飞向后面的无场漂移管，离子本身的质量越大，飞行速度越慢，到达后方接收器的时间越长，根据这一原理，区分不同离子到达后方的时间，就可把不同质量的离子进行分离。但现有的飞行时间质谱仪的依然存在不足，其使用单真空紫外光源不能够为不同的电离源提供不同的碎片信息和适合的化合物。
飞行时间质谱仪为了保证较好的离子传输效率，电离区内径通常设置为8-24mm，而光电离源离子迁移谱，一般使用商品化的VUV灯，其输出真空紫外光的光束直径较小，仅为8mm左右。这就造成了传统单真空紫外光源条件下电离源腔体内部仅在紧邻光源轴线的柱状区域内存在真空紫外光，电离区内偏离轴线稍远的径向区域则不存在真空紫外光。同时，因为电离区混合样品分子的浓度分布也是不均匀的，这就造成电离区内仅有一部分样品被真空紫外光电离形成产物离子，样品分子电离率低，造成离子迁移谱图的检测灵敏度低。
因此，亟需一种能够解决以上一种或多种问题的质谱领域用多光源的电离源结构。
发明内容
为解决现有技术中存在的一种或多种问题，本发明提供了一种质谱领域用多光源的电离源结构。本发明为解决上述问题采用的技术方案是：一种质谱领域用多光源的电离源结构，其包括：真空绝缘环，在所述真空绝缘环内沿轴线方向自上而下设置有入口绝缘垫片、入口离子电极、传输离子电极和离子引出电极，并形成离子传输腔体；
所述传输离子电极至少设置有一个，所述传输离子电极的数量大于一个时，所述传输离子电极互相之间通过绝缘密封垫片隔开；
所述入口离子电极、所述传输离子电极和所述离子引出电极均为中心通孔的结构，并且中心通孔同轴心、互相平行间隔设置；
第一进样口，所述第一进样口设置在所述真空绝缘环的上端，所述第一进样口与所述入口离子电极、所述传输离子电极、所述离子引出电极同轴心设置；
真空紫外光源，若干个所述真空紫外光源围绕所述第一进样口的中轴线分布设置，所述真空紫外光源朝所述离子传输腔体内侧方向发射光束。
在一些实施例中，所述真空紫外光源沿所述第一进样口的中轴线呈圆锥形围绕设置，所述真空紫外光源的发射端靠近所述第一进样口的中轴线，所述真空紫外光源的另一端远离所述第一进样口的中轴线；
所述真空紫外光源与所述第一进样口轴线之间的夹角在10-80度之间。
在一些实施例中，还包括：第二进样口，所述第二进样口的输出段垂直于所述第一进样口设置。
在一些实施例中，所述入口离子电极、所述传输离子电极、所述离子引出电极按照电压绝对值从高到低的顺序依次加载不同的电压，并在轴线方向上形成0-500V/cm的离子引出电场。
在一些实施例中，所述入口离子电极的中心通孔的上段设置有薄壁凸缘，所述薄壁凸缘朝所述入口离子电极的中心通孔的轴线方向延伸。
在一些实施例中，所述传输离子电极呈环状结构，所述传输离子电极的数量大于一个时，多个所述传输离子电极以同轴、平行的方式设置；
所述传输离子电极上设置有透气孔、透光孔，所述透气孔和所述透光孔用于供样品分子和真空紫外光通过；
在所述传输离子电极的数量大于一个时，多个所述传输离子电极自上而下按照电压绝对值从高到低依次加载不同的电压。
在一些实施例中，在所述传输离子电极的数量大于一个时，所有所述传输离子电极的中心通孔的直径相等，或是自上而下所述传输离子电极的中心通孔的直径逐渐缩小，所述离子传输腔体的气压为10pa-1000pa。
在一些实施例中，所述入口离子电极的中心通孔的直径为1-20mm，所述传输离子电极的中心通孔的直径为1-20mm，所述离子引出电极的中心通孔的直径为0.1-5mm。
在一些实施例中，在所述传输离子电极的数量大于一个时，相邻的所述传输离子电极之间的距离为0.5-25mm。
在一些实施例中，所述真空紫外光源的数量为2-8个，多个所述真空紫外光源互相之间相互独立，所述真空紫外光源为气体放电灯、紫外发光二极管、同步辐射光源、激光光源中的任意一种或多种。
本发明取得的有益价值是：本发明通过将真空绝缘环、入口绝缘垫片、入口离子电极、传输离子电极、离子引出电极和真空紫外光源组成质谱领域用多光源的电离源结构，以较为简洁的结构实现增加电离源腔体内真空紫外光的分布区域，相对已有结构，能够使用少量真空紫外光源获得更多的真空紫外光分布区域，以及提高电离区内中性样品分子的电离率；通过将多个电极的中心通孔形成漏斗状，增加了电离样品离子进入质谱仪的数量，使得后端质谱仪探测到的离子数量更多，进而提高离子迁移谱图的灵敏度。以上极大地提高了本发明的实用价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的实施效果对比图；
图3为本发明的simion模拟实例效果图；
图4为本发明的simion模拟实例效果图的参数设置表格。
【附图标记】
1···第一进样口
2···真空紫外光源
3···入口绝缘垫片
4···入口离子电极
5···真空绝缘环
6···离子引出电极
7···传输离子电极
8···第二进样口
9···模拟离子束。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加浅显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例限制。
如图1所示，本发明公开了一种质谱领域用多光源的电离源结构，其包括：真空绝缘环5，在所述真空绝缘环5内沿轴线方向自上而下设置有入口绝缘垫片3、入口离子电极4、传输离子电极7和离子引出电极6，并形成离子传输腔体；
所述传输离子电极7至少设置有一个，所述传输离子电极7的数量大于一个时，所述传输离子电极7互相之间通过绝缘密封垫片隔开；
所述入口离子电极4、所述传输离子电极7和所述离子引出电极6均为中心通孔的结构，并且中心通孔同轴心、互相平行间隔设置；
第一进样口1，所述第一进样口1设置在所述真空绝缘环5的上端，所述第一进样口1与所述入口离子电极4、所述传输离子电极7、所述离子引出电极6同轴心设置；
真空紫外光源2，若干个所述真空紫外光源2围绕所述第一进样口1的中轴线分布设置，所述真空紫外光源2朝所述离子传输腔体内侧方向发射光束。
具体地，如图1所示，所述真空紫外光源2沿所述第一进样口1的中轴线呈圆锥形围绕设置，所述真空紫外光源2的发射端靠近所述第一进样口1的中轴线，所述真空紫外光源2的另一端远离所述第一进样口1的中轴线；
所述真空紫外光源2与所述第一进样口1轴线之间的夹角在10-80度之间，即所述真空紫外光源2的发射光束与所述第一进样口1轴线之间的夹角可控制在10-80度之间，以增加真空紫外光的分布区域。
以及还包括：第二进样口8，所述第二进样口8的输出段垂直于所述第一进样口1设置，所述第一、二进样口可用于进样不同的样品。
具体地，结合图1所示，在实施时，所述入口离子电极4、所述传输离子电极7、所述离子引出电极6按照电压绝对值从高到低的顺序依次加载不同的电压，并在轴线方向上形成0-500V/cm的离子引出电场。
结合图1所示，在实施时，所述入口离子电极4的中心通孔的上段可设置有薄壁凸缘，所述薄壁凸缘朝所述入口离子电极4的中心通孔的轴线方向延伸。所述薄壁凸缘处的电压对进入电离源腔体内的离子具有推斥作用，相当于离子推斥电极，所述薄壁凸缘下侧的内壁处的电压作为离子传输电极使用。
以及所述传输离子电极7呈环状结构，所述传输离子电极7的数量大于一个时，多个所述传输离子电极7以同轴、平行的方式设置；
所述传输离子电极7上设置有透气孔、透光孔，所述透气孔和所述透光孔用于供样品分子和真空紫外光通过；
在所述传输离子电极7的数量大于一个时，多个所述传输离子电极7自上而下按照电压绝对值从高到低依次加载不同的电压；
在所述传输离子电极7的数量大于一个时，所有所述传输离子电极7的中心通孔的直径相等，或是自上而下所述传输离子电极7的中心通孔的直径逐渐缩小(截面形成漏斗状)，所述离子传输腔体的气压为10pa-1000pa。
具体地，在实施时，本发明各个构件的参数设置可为：所述入口离子电极4的中心通孔的直径为1-20mm，所述传输离子电极7的中心通孔的直径为1-20mm，所述离子引出电极6的中心通孔的直径为0.1-5mm；
在所述传输离子电极7的数量大于一个时，相邻的所述传输离子电极7之间的距离为0.5-25mm。
本发明在实施时，所述真空紫外光源2一般是相互独立的，以便根据所测样品或检测要求，控制所述真空紫外光源2的开启数量，以形成不同形状或是大小的真空紫外光分布区域，再是所述真空紫外光源2的数量可为2-8个。所述真空紫外光源2为气体放电灯、紫外发光二极管、同步辐射光源、激光光源中的任意一种或多种，多种光源配合使用以满足需求。
所述入口绝缘垫片3和所述绝缘密封垫片的材质一般为PEEK材质。本发明可用在四极杆质谱、飞行时间质谱、离子陷质谱、傅里叶变换回旋共振质谱、磁质谱探测系统中。
在实施时，样品分子通过毛细管(所述第一、二进样口)进入到电离源腔体，在紫外光的作用下产生电离，形成气相离子，气相离子在所述入口离子电极4、所述传输离子电极7产生的电场力作用下，将样品离子传输到所述离子引出电极6，再经过所述离子引出电极6进入到质谱仪中，完成质谱检测分析。本发明与传统的飞行时间质谱仪相比，本发明的优点在于实现多灯共用，以提高光束分布区域，并且相对传统结构而言，使用的所述真空紫外光源2的数量更少；上述的所述真空紫外光源2的分布设置方式，能够以较少的数量实现紫外光充满电离源腔体通道，增加样品分子与紫外光接触的几率，进而增大样品分子的电离数量，提高离子电离效率；在轴向截面上，各个电极形成了漏斗状通道，进而将更多的反应物离子聚焦引入通过后面的所述离子引出电极6，使得参与后续反应的离子更多，提高反应效率。
通过增加电离腔体内的电离基数、提高离子反应效率和引入更多的离子经过所述离子引出电极6，以提高后端质谱探测到的离子的数量，实现低浓度特征有机物的高灵敏检测。
实施结构为本发明的电离源结构，在10.6eV的真空紫外Kr灯、采样时间为60s的固定条件下，检测1ppm的标准气，变换所述真空紫外光源2的数量，后端质谱仪得出的信号强度对比图为图2。从图2中可知，单灯电离：双灯电离：三灯电离的信号强度基本符合1：2：3的规律，说明本发明的电离源结构能够通过增加灯的数量来增强改善仪器信号，并取得优秀的增强效果，能够有效提高检测灵敏度。
结合图3、图4，本发明在图4表格所示的初始离子设置参数下，在simion(静电透镜分析模拟软件)上进行模拟，图3为模拟效果图，观察图3中的模拟离子束9可知，本发明的结构对离子传输具有较好的离子聚焦效果和较高的传输效率。
综上所述，本发明通过将真空绝缘环、入口绝缘垫片、入口离子电极、传输离子电极、离子引出电极和真空紫外光源组成质谱领域用多光源的电离源结构，以较为简洁的结构实现增加电离源腔体内真空紫外光的分布区域，相对已有结构，能够使用少量真空紫外光源获得更多的真空紫外光分布区域，以及提高电离区内中性样品分子的电离率；通过将多个电极的中心通孔形成漏斗状，增加了电离样品离子进入质谱仪的数量，使得后端质谱仪探测到的离子数量更多，进而提高离子迁移谱图的灵敏度。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
以上所述的实施例仅表达了本发明的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本发明专利的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种质谱领域用多光源的电离源结构，其特征在于，包括：真空绝缘环，在所述真空绝缘环内沿轴线方向自上而下设置有入口绝缘垫片、入口离子电极、传输离子电极和离子引出电极，并形成离子传输腔体；
所述传输离子电极至少设置有一个，所述传输离子电极的数量大于一个时，所述传输离子电极互相之间通过绝缘密封垫片隔开；
所述入口离子电极、所述传输离子电极和所述离子引出电极均为中心通孔的结构，并且中心通孔同轴心、互相平行间隔设置；
第一进样口，所述第一进样口设置在所述真空绝缘环的上端，所述第一进样口与所述入口离子电极、所述传输离子电极、所述离子引出电极同轴心设置；
真空紫外光源，若干个所述真空紫外光源围绕所述第一进样口的中轴线分布设置，所述真空紫外光源朝所述离子传输腔体内侧方向发射光束。
2.根据权利要求1所述的一种质谱领域用多光源的电离源结构，其特征在于，所述真空紫外光源沿所述第一进样口的中轴线呈圆锥形围绕设置，所述真空紫外光源的发射端靠近所述第一进样口的中轴线，所述真空紫外光源的另一端远离所述第一进样口的中轴线；
所述真空紫外光源与所述第一进样口轴线之间的夹角在10-80度之间。
3.根据权利要求1所述的一种质谱领域用多光源的电离源结构，其特征在于，还包括：第二进样口，所述第二进样口的输出段垂直于所述第一进样口设置。
4.根据权利要求1所述的一种质谱领域用多光源的电离源结构，其特征在于，所述入口离子电极、所述传输离子电极、所述离子引出电极按照电压绝对值从高到低的顺序依次加载不同的电压，并在轴线方向上形成0-500V/cm的离子引出电场。
5.根据权利要求1所述的一种质谱领域用多光源的电离源结构，其特征在于，所述入口离子电极的中心通孔的上段设置有薄壁凸缘，所述薄壁凸缘朝所述入口离子电极的中心通孔的轴线方向延伸。
6.根据权利要求1所述的一种质谱领域用多光源的电离源结构，其特征在于，所述传输离子电极呈环状结构，所述传输离子电极的数量大于一个时，多个所述传输离子电极以同轴、平行的方式设置；
所述传输离子电极上设置有透气孔、透光孔，所述透气孔和所述透光孔用于供样品分子和真空紫外光通过；
在所述传输离子电极的数量大于一个时，多个所述传输离子电极自上而下按照电压绝对值从高到低依次加载不同的电压。
7.根据权利要求1或6所述的一种质谱领域用多光源的电离源结构，其特征在于，在所述传输离子电极的数量大于一个时，所有所述传输离子电极的中心通孔的直径相等，或是自上而下所述传输离子电极的中心通孔的直径逐渐缩小，所述离子传输腔体的气压为10pa-1000pa。
8.根据权利要求1所述的一种质谱领域用多光源的电离源结构，其特征在于，所述入口离子电极的中心通孔的直径为1-20mm，所述传输离子电极的中心通孔的直径为1-20mm，所述离子引出电极的中心通孔的直径为0.1-5mm。
9.根据权利要求1或8所述的一种质谱领域用多光源的电离源结构，其特征在于，在所述传输离子电极的数量大于一个时，相邻的所述传输离子电极之间的距离为0.5-25mm。
10.根据权利要求1所述的一种质谱领域用多光源的电离源结构，其特征在于，所述真空紫外光源的数量为2-8个，多个所述真空紫外光源互相之间相互独立，所述真空紫外光源为气体放电灯、紫外发光二极管、同步辐射光源、激光光源中的任意一种或多种。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117711910A (zh) * | 2024-02-02 | 2024-03-15 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种四极离子漏斗聚焦的多源光电离源和灵敏度增强方法 |
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