一種雙區(qū)逆向氣流大氣壓化學(xué)電離源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及質(zhì)譜電離源，具體是一種雙區(qū)逆向氣流大氣壓化學(xué)電離源。
【背景技術(shù)】
[0002] 質(zhì)譜技術(shù)因其靈敏度高、特異性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代眾多分析檢測(cè)技術(shù) 中備受矚目，自20世紀(jì)初發(fā)展以來(lái)，質(zhì)譜技術(shù)在不斷的創(chuàng)新中取得了完善和成熟，串級(jí)質(zhì) 譜技術(shù)的出現(xiàn)，使定性變得更為準(zhǔn)確。近年來(lái)新型的軟電離技術(shù)，尤其是常壓電離源，開(kāi)辟 了離子化技術(shù)的新時(shí)代，軟電離與質(zhì)譜技術(shù)相結(jié)合使在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)有了新的發(fā)展。
[0003] 其中，大氣壓化學(xué)電離（Atmospheric pressure chemical ionization, APCI)是 常壓軟電離源的一種，它是在大氣壓條件下利用尖端高壓（電暈）放電促使反應(yīng)氣電離， 形成一個(gè)等離子區(qū)，樣品氣態(tài)分子通過(guò)等離子區(qū)時(shí)，與反應(yīng)氣離子碰撞，發(fā)生質(zhì)子或電荷轉(zhuǎn) 移，形成分子離子或準(zhǔn)分子離子。與化學(xué)電離相比較，APCI的離子-分子或電子-分子反應(yīng) 在大氣壓下進(jìn)行，樣品分子與反應(yīng)氣離子可得到充分有效碰撞，在短時(shí)間內(nèi)即達(dá)到熱平衡。 APCI樣品分子的離子化效率幾乎是100%，因此APCI具有靈敏度高的特點(diǎn)。而汽車(chē)尾氣和 環(huán)境煙草煙氣中一些揮發(fā)和半揮發(fā)性有機(jī)物成分的含量低，在ppm量級(jí)，APCI由于電離效 率高成為這些物質(zhì)檢測(cè)的理想選擇。
[0004] 然而，APCI電離源由于反應(yīng)離子的自身的性質(zhì)和環(huán)境的干擾，使它的應(yīng)用范圍受 到限制。在有空氣存在的情況下，放電區(qū)域會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物。其中O 2的電子親和能 只有0. 5eV，非常容易將電子傳遞給氮氧化物（NO3的電子親和能是3. 9eV)和樣品分子，從 而使氮氧化物和樣品分子發(fā)生電離。例如：
由于1?具有高的電子親核勢(shì)，會(huì)出現(xiàn)·_奪取電離后的樣品離子的電子，進(jìn)而抑制檢 測(cè)樣品的種類(lèi)和信號(hào)強(qiáng)度。例如：
傳統(tǒng)的大氣壓化學(xué)電離中，電離區(qū)只有一個(gè)區(qū)，輝光放電和樣品電離在同一個(gè)區(qū)，樣品 分子和氮氧化物的奪電子競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)影響著儀器的靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的正是基于上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而提供一種雙區(qū)逆向氣流大氣壓化學(xué) 電離源，利用該電離源，可減少放電產(chǎn)生的中性產(chǎn)物對(duì)樣品分子電離的影響，提高儀器的檢 測(cè)靈敏度。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種雙區(qū)逆向氣流大氣壓化學(xué)電離 源，包括電離源腔、設(shè)置電離源腔內(nèi)上部的放電針、開(kāi)設(shè)在電離源腔壁上的進(jìn)樣口，以及位 于電離源腔下部的質(zhì)譜進(jìn)樣錐口，電離源腔的下端面與質(zhì)譜進(jìn)樣錐口的上表面之間設(shè)有密 封圈，其中：電離源腔通過(guò)一隔板分為上、下兩部分，上部為放電區(qū)，下部為電離區(qū)，且放電 區(qū)與電離區(qū)通過(guò)隔板中心小孔連通，在放電區(qū)的腔壁上開(kāi)設(shè)有氣體排出口，在電離區(qū)的腔 壁上開(kāi)設(shè)有掃吹氣入口，進(jìn)樣口位于隔板下部的電離區(qū)；放電針、電離源腔、隔板中心小孔 和質(zhì)譜進(jìn)樣錐口處于同軸心設(shè)置，其上施加有不同的電壓，用于樣品離子和試劑離子的傳 輸。
[0007] 更具體的說(shuō)，放電針處于放電區(qū)內(nèi)，距隔板中心小孔距離2-10mm，放電針是一個(gè)針 尖狀金屬電極。電離源腔是中間設(shè)置有隔板的金屬筒，隔板將電離源腔分為放電區(qū)和電離 區(qū)。放電區(qū)和電離區(qū)通過(guò)電離源腔的隔板上設(shè)置的小孔相連通。質(zhì)譜進(jìn)樣錐口是柱狀或臺(tái) 裝金屬電極，其中心開(kāi)有小孔，小孔從上到下半徑逐步變大。電離源腔的下端面與質(zhì)譜進(jìn)樣 錐口的表面設(shè)置有密封圈，通過(guò)擠壓密封圈使電離區(qū)密封。放電區(qū)位于放電針與電離源腔 隔板之間，電離區(qū)位于電離源腔隔板與質(zhì)譜進(jìn)樣錐口之間。 為保護(hù)電離源腔，在電離源腔外部設(shè)有絕緣材料。
[0008] 所述電離源腔腔壁上設(shè)置有加熱棒或加熱片，用于控制電離區(qū)和放電區(qū)溫度，進(jìn) 而降低團(tuán)簇的形成。對(duì)經(jīng)過(guò)進(jìn)樣口的樣品氣進(jìn)行預(yù)加熱，降低樣品氣對(duì)電離區(qū)溫度的影響。
[0009] 本發(fā)明的工作原理及電離過(guò)程是：樣品氣體通過(guò)進(jìn)樣口進(jìn)入電離區(qū)，一部分通過(guò) 電離源腔中隔板上的小孔到達(dá)放電區(qū)，然后經(jīng)放電區(qū)的排氣口排出；另一部分通過(guò)質(zhì)譜進(jìn) 樣錐口進(jìn)入到在線(xiàn)質(zhì)譜中。放電針施加有高壓，放電發(fā)生在放電針和電離源腔的小孔之間， 強(qiáng)電場(chǎng)將放電產(chǎn)生的試劑離子引入電離區(qū)，離子流運(yùn)動(dòng)方向與樣品氣流的流動(dòng)方向相反； 放電產(chǎn)生的氮氧化物、臭氧等由于是中性，容易受到通過(guò)電離源腔中小孔的氣流吹掃，從而 減少了這些中性產(chǎn)物向電離區(qū)的流入，進(jìn)而降低放電中性產(chǎn)物對(duì)樣品分子電離的影響。放 電發(fā)生在金屬放電針和電離源腔的小孔之間，強(qiáng)電場(chǎng)將放電產(chǎn)生的試劑離子引入下游電離 區(qū)，正好與樣品氣流的流動(dòng)方向相反；放電區(qū)中放電產(chǎn)生的氮氧化物、臭氧等由于是中性， 容易通過(guò)金屬電極的小孔的氣流吹掃而從放電區(qū)的排氣口排出。此時(shí)在電離區(qū)，NO x含量比 較低，而O2的含量比較高，樣品分子可以通過(guò)與O2的電荷交換而被電離。
[0010] 所述質(zhì)譜進(jìn)樣錐口與質(zhì)譜相連接，通過(guò)質(zhì)譜進(jìn)樣錐口小孔的離子經(jīng)電極傳輸?shù)劫|(zhì)譜的 質(zhì)量分析其中進(jìn)行分析。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是（1)與傳統(tǒng)的單區(qū)大氣化學(xué)電離源相比，將放電區(qū)和電離區(qū)分開(kāi)， 減少放電產(chǎn)生的中性產(chǎn)物對(duì)樣品分子電離的影響。（2)對(duì)放電區(qū)和電離區(qū)進(jìn)行加熱，減少團(tuán) 簇分子的形成。（3)在電離區(qū)設(shè)置有吹掃氣入口，用于提高電離源腔小孔的氣流速度和調(diào)控 放電氣體。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1 一種雙區(qū)逆向氣流大氣壓化學(xué)電離源的示意圖， 圖中：1-放電針，2-電離源腔，3-密封圈，4-質(zhì)譜進(jìn)樣錐口，5-放電區(qū)，6-電離區(qū)， 7_隔板，8-排氣口，9-進(jìn)樣口，10-吹掃氣入口，11-小孔。
[0013] 圖2放電離子流運(yùn)動(dòng)方向示意圖。
[0014] 圖3進(jìn)樣氣流流動(dòng)方向示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 本發(fā)明以下結(jié)合附圖對(duì)其結(jié)構(gòu)說(shuō)明如下： 如圖1所示：一種雙區(qū)逆向氣流大氣壓化學(xué)電離源，包括電離源腔2、設(shè)置電離源腔內(nèi) 上部的放電針1、開(kāi)設(shè)在電離源腔壁上的進(jìn)樣口 9,以及位于電離源腔下部的質(zhì)譜進(jìn)樣錐口 4,電離源腔的下端面與質(zhì)譜進(jìn)樣錐口的上表面之間設(shè)有密封圈3,其中：電離源腔通過(guò)一 隔板7分為上、下兩部分，上部為放電區(qū)5,下部為電離區(qū)6,且放電區(qū)與電離區(qū)通過(guò)隔板中 心小孔11連通，在放電區(qū)5的腔壁上開(kāi)設(shè)有氣體排出口 8,在電離區(qū)6的腔壁上開(kāi)設(shè)有掃吹 氣入口 10,進(jìn)樣口 9位于隔板下部的電離區(qū)6 ;放電針1、電離源腔2、隔板中心小孔11和質(zhì) 譜進(jìn)樣錐口 4處于同軸心設(shè)置，其上施加有不同的電壓，用于樣品離子和試劑離子的傳輸。
[0016] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的工作原理及電離過(guò)程說(shuō)明如下： 放電針1是一個(gè)針尖狀金屬電極，其上施加有射頻或直流高壓。電離源腔2是一個(gè)金 屬電極。電離源腔2是中間設(shè)置有隔板7的金屬筒，隔板7將電離源腔2分為放電區(qū)5和 電離區(qū)6。放電區(qū)5和電離區(qū)6通過(guò)電離源腔2的隔板上設(shè)置的小孔11相連通。放電針1 距離電離源腔2的小孔7為2~10_，放電針1對(duì)小孔7進(jìn)行放電。放電區(qū)5位于放電針1 與電離源腔2隔板之間，電離區(qū)6位于電離源腔2隔板與質(zhì)譜進(jìn)樣錐口 4之間。強(qiáng)電場(chǎng)將 放電產(chǎn)生的試劑離子引入電離區(qū)6。在電離區(qū)6中放電產(chǎn)生試劑離子將從進(jìn)樣口進(jìn)入的樣 品分子電離，離子流運(yùn)動(dòng)方向如圖2所示。在電場(chǎng)的作用下，電離后的樣品分子通過(guò)質(zhì)譜進(jìn) 樣錐口 4進(jìn)入到質(zhì)譜的質(zhì)量分析器中進(jìn)行分析。
[0017] 放電區(qū)5壁上設(shè)置有氣體排氣口 8,電離區(qū)6壁上設(shè)置有進(jìn)樣口 7和吹掃氣入口 10。如圖3所示，樣品氣體通過(guò)進(jìn)樣口 7進(jìn)入電離區(qū)6, 一部分通過(guò)電離源腔2中的小孔7 到達(dá)放電區(qū)5,然后經(jīng)放電區(qū)5底部的排氣口 8排出；另一部分通過(guò)質(zhì)譜進(jìn)樣錐口 4進(jìn)入到 在線(xiàn)質(zhì)譜中。放電針1施加有高壓，放電發(fā)生在放電針1和電離源腔2的小孔7之間，離子 流運(yùn)動(dòng)方向與樣品氣流的流動(dòng)方向相反；放電產(chǎn)生的氮氧化物、臭氧等由于是中性，容易受 到通過(guò)電離源腔2中小孔7的樣品氣流吹掃，從而減少了這些中性產(chǎn)物向電離區(qū)6的擴(kuò)散， 進(jìn)而降低放電中性產(chǎn)物對(duì)樣品分子電離的影響。
[0018] 負(fù)離子檢測(cè)模式時(shí)，在有空氣存在的情況下，放電區(qū)5域會(huì)產(chǎn)生大量的氧負(fù)離子 (〇2 )和氮氧化物（N0X)。其中O2主要是用于樣品分子的帶電，主要通過(guò)以下電荷交換進(jìn)行
然而，其中O2的電子親和能只有〇.5eV，非常容易將電子傳遞給氮氧化物（NO3的是 3. 9eV)和樣品分子，從而使氮氧化物和樣品分子發(fā)生電離。例如：
由于MJs會(huì)消耗大量的O2離子，進(jìn)而抑制檢測(cè)樣品的種類(lèi)和數(shù)目，采用雙區(qū)逆向氣流 大氣壓化學(xué)電離源，能有效減少5?向電離區(qū)6的擴(kuò)散，從而提高儀器的靈敏度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙區(qū)逆向氣流大氣壓化學(xué)電離源，包括電離源腔、設(shè)置電離源腔內(nèi)上部的放電 針、開(kāi)設(shè)在電離源腔壁上的進(jìn)樣口，以及位于電離源腔下部的質(zhì)譜進(jìn)樣錐口，電離源腔的下 端面與質(zhì)譜進(jìn)樣錐口的上表面之間設(shè)有密封圈，其特征在于：電離源腔通過(guò)一隔板分為上、 下兩部分，上部為放電區(qū)，下部為電離區(qū)，且放電區(qū)與電離區(qū)通過(guò)隔板中心小孔連通，在放 電區(qū)的腔壁上開(kāi)設(shè)有氣體排出口，在電離區(qū)的腔壁上開(kāi)設(shè)有吹掃氣入口和進(jìn)樣口；放電針、 電離源腔、隔板中心小孔和質(zhì)譜進(jìn)樣錐口處于同軸心設(shè)置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙區(qū)逆向氣流大氣壓化學(xué)電離源，其特征在于：放電針處于 放電區(qū)內(nèi)，距隔板中心小孔距離2-10mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙區(qū)逆向氣流大氣壓化學(xué)電離源，其特征在于：所述電離源 腔外部設(shè)有絕緣材料。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙區(qū)逆向氣流大氣壓化學(xué)電離源，其特征在于：所述電離源 腔腔壁上設(shè)置有加熱棒或加熱片。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙區(qū)逆向氣流大氣壓化學(xué)電離源，其特征在于：質(zhì)譜進(jìn)樣錐 口是柱狀或臺(tái)狀金屬電極，其中心開(kāi)有小孔，小孔從上到下半徑逐步變大。
【專(zhuān)利摘要】一種雙區(qū)逆向氣流大氣壓化學(xué)電離源，包括電離源腔、放電針、進(jìn)樣口，以及質(zhì)譜進(jìn)樣錐口，特征是：電離源腔通過(guò)隔板分為上、下兩部分，上部為放電區(qū)，下部為電離區(qū)，且兩區(qū)之間通過(guò)隔板中心小孔連通，在放電區(qū)開(kāi)設(shè)有氣體排出口，在電離區(qū)開(kāi)設(shè)有掃吹氣入口。電離過(guò)程是：樣品氣體從進(jìn)樣口進(jìn)入電離區(qū)中，一部分通過(guò)電離源腔中間設(shè)置的小孔到達(dá)放電區(qū)，然后經(jīng)排氣口排出，另一部分通過(guò)錐口進(jìn)入在線(xiàn)質(zhì)譜。放電發(fā)生在金屬放電針和電離源腔的小孔之間，強(qiáng)電場(chǎng)將放電產(chǎn)生的試劑離子引入電離區(qū)，樣品氣體與試劑離子在電離區(qū)發(fā)生電離。放電產(chǎn)生的中性產(chǎn)物容易受到通過(guò)電離源腔小孔的氣流吹掃，從而減少向電離區(qū)的流入，進(jìn)而降低放電中性產(chǎn)物對(duì)樣品分子電離的影響。
【IPC分類(lèi)】G01N27/68, H01J49/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105206499
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510658263
【發(fā)明人】趙無(wú)垛, 盧斌斌, 劉俊輝, 孫世豪, 王丁眾, 張啟東, 宗永立, 張建勛
【申請(qǐng)人】中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年10月14日