專(zhuān)利名稱：一種臭氧改性β放射離子源及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分析儀器質(zhì)譜和離子遷移譜，特別涉及到儀器的離子源技術(shù)，使用臭氧改性β放射離子源能夠增加離子源中化合物電離通道，擴(kuò)大其可以電離化合物的范圍。
背景技術(shù)：
離子遷移譜技術(shù)是自1970年代初發(fā)展起來(lái)的一中物質(zhì)分析檢測(cè)技術(shù)。它采用的基本原理是在大氣壓條件下生成的離子，在特定的電場(chǎng)特征下，自相同的起點(diǎn)開(kāi)始漂移經(jīng)過(guò)相同的距離時(shí)，不同的離子會(huì)因具有不同的遷移率需要不同的時(shí)間，測(cè)量這一時(shí)間即可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性監(jiān)測(cè)。離子遷移譜技術(shù)具有檢測(cè)靈敏度高，檢測(cè)速度快，可以實(shí)現(xiàn)在線快速檢測(cè)，檢測(cè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)越來(lái)越受到人們的重視。離子遷移譜目前應(yīng)用領(lǐng)域很多，例如爆炸物的監(jiān)測(cè)，毒品稽查，生化戰(zhàn)劑的檢測(cè)等領(lǐng)域，近年來(lái)還越來(lái)越多的應(yīng)用于環(huán)境污染物檢測(cè)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的β放射離子源，由于其性能穩(wěn)定、體積小、無(wú)需外加電源等優(yōu)點(diǎn)而備受親賴。目前離子遷移譜儀器中裝配的離子源主要為β放射離子源。傳統(tǒng)的β放射離子源在潔凈空氣中產(chǎn)生的負(fù)試劑離子為公認(rèn)的02_(Η20)η，該試劑離子能與電子親和勢(shì)大于O2的化合物發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，從而使化合物發(fā)生電離。而對(duì)于電子親和勢(shì)小于O2的化合物(如SO2XO2等)則無(wú)法進(jìn)行電離。因此，本發(fā)明中提出一種使用臭氧改性β放射離子源，擴(kuò)大其可以電離化合物的范圍
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明的目的 是提供一種臭氧改性β放射離子源及展示其在離子遷移譜中的應(yīng)用。這種臭氧改性β放射離子源利用了高能紫外光(102nm-191nm)照射潔凈空氣發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)β放射離子源中負(fù)試劑離子的改性，將其與離子遷移譜聯(lián)用，擴(kuò)大其可以檢測(cè)化合物的范圍，有助于離子遷移譜譜儀器的產(chǎn)業(yè)化。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種臭氧改性β放射離子源，包括帶有進(jìn)氣口和出氣口的β放射離子源，在常壓下，于β放射離子源的進(jìn)氣口通入帶有臭氧的空氣；或，在常壓下，空氣先經(jīng)過(guò)臭氧發(fā)生器處理后再由β放射離子源的進(jìn)氣口進(jìn)入到β放射離子源中?？諝庵蠴3的體積濃度能夠達(dá)到50_2000ppmv。所述臭氧改性β放射離子源，所述潔凈空氣為經(jīng)過(guò)除塵處理的空氣，其濕度范圍為0%-100%;所述臭氧發(fā)生裝置由紫外光光源以及支撐體構(gòu)成，其中紫外光光源為能夠產(chǎn)生波長(zhǎng)包括102nm-191nm紫外光的任意光源，支撐架為非金屬材料，如可加工陶瓷、聚四氟乙烯等；所述β放射離子源為235Anu3H或者63Ni等能夠產(chǎn)生β放射的離子化源。臭氧發(fā)生器包括二端開(kāi)口的筒體，筒體的側(cè)壁上設(shè)有紫外光光源，紫外光光源的出光方向面向筒體內(nèi)，筒體的一個(gè)端口為空氣進(jìn)口，另一個(gè)端口為空氣出口，空氣出口處設(shè)置有β放射離子源，β放射離子源為筒狀，臭氧發(fā)生器的筒體與β放射離子源同軸設(shè)置，于β放射離子源軸向的二端分別設(shè)置有離子推斥電極和離子引出電極，離子推斥電極靠近于臭氧發(fā)生器一側(cè)。所述臭氧改性β放射離子源，潔凈空氣進(jìn)入到臭氧發(fā)生裝置中，其中部分O2分子在紫外光的輻照下發(fā)生裂解反應(yīng)生成自由態(tài)的氧原子0，O再與O2分子結(jié)合生成O3分子，經(jīng)過(guò)臭氧發(fā)生裝置后潔凈空氣中O3的體積濃度能夠達(dá)到lOOOppmv以上。經(jīng)過(guò)臭氧發(fā)生裝置后的潔凈空氣在β放射離子源中反應(yīng)生成負(fù)試劑離子02_(Η20)η，02_(Η20)η再與O3分子反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化成負(fù)試劑離子(V(H2O)n，該試劑離子可以引入到質(zhì)譜或者離子遷移譜儀器的反應(yīng)區(qū)用于對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行電離。所述臭氧改性β放射離子源，其特征在于:當(dāng)紫外光光源熄滅時(shí)，潔凈空氣經(jīng)過(guò)臭氧發(fā)生裝置時(shí)將不再有O3產(chǎn)生，β放射離子源工作在正常狀態(tài)，其中產(chǎn)生的負(fù)試劑離子為 CV(H2O)ntj所述臭氧改性β放射離子源，其特征在于:通過(guò)控制紫外光光源工作與否，就可以控制β放射離子源在臭氧改性狀態(tài)和正常狀態(tài)之間進(jìn)行切換。所述臭氧改性β放射離子源在質(zhì)譜和離子遷移譜中的應(yīng)用。臭氧改性β放射離子源與離子遷移譜聯(lián)用，能夠有效的擴(kuò)大離子遷移譜可檢測(cè)化合物的范圍，有利于其產(chǎn)業(yè)化。所述臭氧改性β放射離子源在質(zhì)譜和離子遷移譜中的應(yīng)用，臭氧改性β放射離子源與離子遷移譜聯(lián)用用于檢測(cè)待測(cè)化合物時(shí)，其電離與檢測(cè)過(guò)程為:臭氧改性β放射離子源中產(chǎn)生的試劑離子引入到反應(yīng)區(qū)，與待測(cè)樣品發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)或者0_轉(zhuǎn)移反應(yīng)，使待測(cè)樣品得到電離，得到的樣品離子通過(guò)脈沖開(kāi)啟的離子門(mén)進(jìn)入遷移管，在遷移管中根據(jù)其遷移率的不同得到分離，最后被信號(hào)接收與檢測(cè)系統(tǒng)接收與檢測(cè)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明利用高能紫外光照射空氣引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生O3這一原理方便的實(shí)現(xiàn)β放射離子源的在線改性。臭氧改性β放射離子源具有獨(dú)特的負(fù)試劑離子，有效的擴(kuò)大了其可以檢測(cè)化合物的范圍。此外通過(guò)控制紫外光光源工作與否，可以方便地實(shí)現(xiàn)β放射離子源在臭氧改性狀態(tài)和正常狀態(tài)之間的切換。下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:


:圖1、臭氧改性β放射離子源的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2、臭氧改性β放射離子源與離子遷移譜儀聯(lián)用示意圖；圖3、(a)臭氧改性β放射離子源和(b)傳統(tǒng)β放射離子源得到的負(fù)試劑離子遷移譜圖；圖4、(a)臭氧改性β放射離子源和(b)傳統(tǒng)β放射離子源在檢測(cè)CCl4時(shí)得到遷移譜圖；圖5、(a)臭氧改性β放射離子源和(b)傳統(tǒng)β放射離子源在檢測(cè)SO2時(shí)得到的遷移譜圖。
具體實(shí)施方式
:本發(fā)明利用了高能紫外光(102nm-191nm)照射潔凈空氣發(fā)生的光化學(xué)反應(yīng)，具體裝置見(jiàn)圖1。其主要包括一下幾個(gè)部分:紫外光源1、支撐架2、離子推斥電極3、β放射離子源4以及離子引出電極5 (I和2構(gòu)成臭氧發(fā)生器，3、4、5構(gòu)成離子源)。臭氧發(fā)生器包括二端開(kāi)口的筒體，筒體的側(cè)壁上設(shè)有紫外光光源，紫外光光源的出光方向面向筒體內(nèi)，筒體的一個(gè)端口為空氣進(jìn)口，另一個(gè)端口為空氣出口，空氣出口處設(shè)置有β放射離子源，β放射離子源為筒狀，臭氧發(fā)生器的筒體與β放射離子源同軸設(shè)置，于β放射離子源軸向的二端分別設(shè)置有離子推斥電極和離子引出電極，離子推斥電極靠近于臭氧發(fā)生器一側(cè)。紫外光光源可以是能夠產(chǎn)生包括102nm_191nm紫外光的任意光源，這里以真空紫外燈為例。支撐架為非金屬材料，如可加工陶瓷、聚四氟乙烯等。β放射離子源為235Anu3H或者63Ni等β放射源，這里以63Ni為例。離子推斥電極和離子引出電極為任意技術(shù)材質(zhì)，通常加在離子推遲電極上的電壓高于離子引出電極。當(dāng)工作時(shí)，真空紫外光照射潔凈空氣引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，其中部分O2分子在紫外光的輻照下發(fā)生裂解反應(yīng)生成自由態(tài)的氧原子0，O再與O2分子結(jié)合生成O3分子，經(jīng)過(guò)臭氧發(fā)生裝置后潔凈空氣中O3的體積濃度能夠達(dá)到IOOOppmv以上。經(jīng)過(guò)臭氧發(fā)生裝置后的潔凈空氣一方面在β放射離子源中反應(yīng)生成的負(fù)試劑離子02_(H2O)n,另一方面由于O3分子具有比O2更高的電負(fù)性，CV(H2O)1^ O3反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化成新的負(fù)試劑離子03_(Η20)η。待測(cè)化合物的電離主要通過(guò)兩種途徑進(jìn)行:1、CV(H2O)n與待測(cè)物發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)；2、03_(Η20)η與待測(cè)物發(fā)生0_轉(zhuǎn)移反應(yīng)。將上面所述的電離源與常規(guī)的離子遷移譜聯(lián)用，作為離子遷移譜的電離源，用于鹵素化合物和硫化物的檢測(cè)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。此儀器主要包括以下幾個(gè)部分:紫外光源1、支撐架2、離子推斥電極3、β放射離子源4、離子引出電極5、潔凈空氣入口 9、樣品載氣入口 10、漂氣入口 11、尾氣出口 12、離子遷移管15以及信號(hào)接收和檢出系統(tǒng)16。其中6為導(dǎo)電金屬環(huán)、7為離子門(mén)、 8為絕緣環(huán)、13為離子遷移管的反應(yīng)區(qū)、14為離子遷移管的遷移區(qū)。樣品檢測(cè)的過(guò)程為:潔凈空氣在臭氧改性β放射離子源中經(jīng)過(guò)一系列的反應(yīng)生成的試劑離子被離子引出電極5引出，進(jìn)入反應(yīng)區(qū)13，與樣品載氣載帶進(jìn)入反應(yīng)區(qū)的待測(cè)樣品發(fā)生反應(yīng)，得到的樣品離子通過(guò)脈沖開(kāi)啟的離子門(mén)7進(jìn)入遷移區(qū)14，在遷移區(qū)14中根據(jù)其遷移率的不同得到分離，最后被信號(hào)接收與檢測(cè)系統(tǒng)16接收與檢測(cè)。圖3-5給出了一些實(shí)驗(yàn)譜圖對(duì)本發(fā)明給與說(shuō)明。這些譜圖的實(shí)驗(yàn)條件均為:遷移管長(zhǎng)度為8.8cm,遷移電場(chǎng)強(qiáng)度為242.5V/cm,離子門(mén)開(kāi)門(mén)時(shí)間為0.2ms,周期為100ms,漂氣和樣品載氣均為經(jīng)硅膠、活性炭和分子篩處理的潔凈空氣，其中水汽含量低于lOppmv。漂氣流速500sccm,潔凈空氣流速200sccm,樣品載氣流速50sccm。實(shí)驗(yàn)時(shí)遷移管的溫度為30.5。。。實(shí)施例1圖3給出了臭氧改性63Ni源(a)和63Ni源(b)得到的負(fù)試劑離子的遷移譜圖。從圖中可以看出，兩個(gè)電離源得到試劑離子不同，臭氧改性63Ni源得到的試劑離子峰具有
2.55V/cm^2s^的遷移率，63Ni源得到的試劑離子具有2.38V/cm^2s^的遷移率。臭氧改性63Ni源得到的試劑離子為是CV(H2O)n，而63Ni源得到的試劑離子則為是02_(H20)n。這說(shuō)明臭氧改性63Ni源具有自己獨(dú)特的負(fù)試劑離子。
實(shí)施例2圖4給出的是臭氧改性63Ni源(a)和63Ni源(b)在檢測(cè)CCl4時(shí)得到的遷移譜圖。從圖中可以看出，CCl4在這兩種電離源均可以形成遷移率為2.egv/cm^s-1的產(chǎn)物離子峰，該離子是由試劑離子與CCl4通過(guò)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成。實(shí)施例3圖5給出的是臭氧改性63Ni源(a)和63Ni源(b)在檢測(cè)SO2時(shí)得到的遷移譜圖。從圖中可以看出，在使用臭氧改性63Ni源時(shí)，可以觀察到SO2形成的遷移率為2.287/^8-1的產(chǎn)物離子峰，而使用63Ni源未能觀察到對(duì)應(yīng)于SO2的產(chǎn)物離子。這一結(jié)果展示了臭氧改性63Ni源的試劑離子的 在擴(kuò)大可檢測(cè)化合物范圍方面的優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.一種臭氧改性β放射離子源，包括帶有進(jìn)氣口和出氣口的β放射離子源，特征在于: 在常壓下，于β放射離子源的進(jìn)氣口通入帶有臭氧的空氣； 或，在常壓下，空氣先經(jīng)過(guò)臭氧發(fā)生器處理后再由β放射離子源的進(jìn)氣口進(jìn)入到β放射離子源中。
2.按照權(quán)利要求1所述臭氧改性β放射離子源，其特征在于:所述空氣為經(jīng)過(guò)除塵處理的空氣；所述臭氧發(fā)生裝置由紫外光光源以及支撐體構(gòu)成，其中紫外光光源為能夠產(chǎn)生波長(zhǎng)包括102nm-191nm紫外光的任意光源，支撐架為非金屬材料；所述β放射離子源為235Anu3H或者63Ni的能夠產(chǎn)生β放射的離子化源。
3.按照權(quán)利要求1所述臭氧改性β放射離子源，其特征在于: 空氣中O3的體積濃度能夠達(dá)到50-2000ppmv。
4.按照權(quán)利要求1所述臭氧改性β放射離子源，其特征在于: 臭氧發(fā)生器包括二端開(kāi)口的筒體，筒體的側(cè)壁上設(shè)有紫外光光源，紫外光光源的出光方向面向筒體內(nèi)，筒體的一個(gè)端口為空氣進(jìn)口，另一個(gè)端口為空氣出口，空氣出口處設(shè)置有β放射離子源，β放射離子源為筒狀，臭氧發(fā)生器的筒體與β放射離子源同軸設(shè)置，于β放射離子源軸向的二端分別設(shè)置有離子推斥電極和離子引出電極，離子推斥電極靠近于臭氧發(fā)生器一側(cè)。
5.按照權(quán)利要求2所述臭氧改性β放射離子源，其特征在于: 潔凈空氣進(jìn)入到臭氧發(fā)生裝置中，其中部分O2分子在紫外光的輻照下發(fā)生裂解反應(yīng)生成自由態(tài)的氧原子0，O再與O2分子結(jié)合生成O3分子，經(jīng)過(guò)臭氧發(fā)生裝置后潔凈空氣中O3的體積濃度能夠達(dá)到lOOOppmv以上；經(jīng)過(guò)臭氧發(fā)生裝置后的潔凈空氣在β放射離子源中反應(yīng)生成負(fù)試劑離子02_ (H2O) n，O2- (H2O) η再與O3分子反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化成負(fù)試劑離子03_ (H2O) η，該試劑離子可以引入到質(zhì)譜或者離子遷移譜儀器的反應(yīng)區(qū)用于對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行電離； 當(dāng)紫外光光源熄滅時(shí)，潔凈空氣經(jīng)過(guò)臭氧發(fā)生裝置時(shí)將不再有O3產(chǎn)生，β放射離子源工作在正常狀態(tài)，其中產(chǎn)生的負(fù)試劑離子為02_(Η20)η ； 通過(guò)控制紫外光光源工作與否，就可以控制β放射離子源在臭氧改性狀態(tài)和正常狀態(tài)之間進(jìn)行切換。
6.一種權(quán)利要求1所述臭氧改性β放射離子源在質(zhì)譜或離子遷移譜中的應(yīng)用。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于:臭氧改性β放射離子源與離子遷移譜聯(lián)用，能夠有效的擴(kuò)大離子遷移譜可檢測(cè)化合物的范圍，有利于其產(chǎn)業(yè)化；臭氧改性β放射離子源與離子遷移譜聯(lián)用用于檢測(cè)待測(cè)化合物時(shí)，其電離與檢測(cè)過(guò)程為:臭氧改性β放射離子源中產(chǎn)生的試劑離子CV(H2O)n被引入到反應(yīng)區(qū)，與待測(cè)樣品發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)或者0_轉(zhuǎn)移反應(yīng)，使待測(cè)樣品得到電離，得到的樣品離子通過(guò)脈沖開(kāi)啟的離子門(mén)進(jìn)入遷移管，在遷移管中根據(jù)其遷移率的不同得到分離，最后被信號(hào)接收與檢測(cè)系統(tǒng)接收與檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及分析儀器中的離子源，具體地說(shuō)是一種經(jīng)過(guò)臭氧改性的β放射離子源，潔凈空氣先經(jīng)過(guò)臭氧發(fā)生裝置將其中的一部分O2轉(zhuǎn)化成臭氧(O3)再進(jìn)入到β放射離子源中，潔凈空氣在β放射離子源中生成的O2-(H2O)n試劑離子與O3反應(yīng)生成新的試劑離子O3-(H2O)n。該新生成的試劑離子不僅能夠與電負(fù)性的化合物(如爆炸物、鹵素化合物等)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，還能夠與一些化合物(如SO2、CO2等)發(fā)生O-轉(zhuǎn)移反應(yīng)，從而增加β放射電離源中化合物電離的通道，有助于擴(kuò)大其可以檢測(cè)化合物的范圍。
文檔編號(hào)H01J49/10GK103165390SQ20111042756
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者李海洋, 陳創(chuàng), 杜永齋, 程沙沙, 周慶華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所