离子化装置、质谱仪、离子迁移谱仪及离子化方法制造方法及图纸

本发明专利技术设计质谱和或离子迁移谱仪领域，提供了一种离子化装置及带有该离子化装置的质谱仪和离子迁移谱仪，还提供了一种离子化方法。本发明专利技术中的离子化装置的采样探针能够主动快速地采集样品，采样装置和热解吸附装置合二为一，使得采样装置更为简洁紧凑；电离部设置于采样解吸部的下游，能够确保采样探针不会干扰到电离部与分析组件入口之间的流场或电场，从而保证了装置信号的重现性和分析的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
离子化装置、质谱仪、离子迁移谱仪及离子化方法
本专利技术涉及质谱或离子迁移谱仪器领域，更详细地说，本专利技术涉及一种用于质谱或离子迁移谱样品离子化的装置。
技术介绍
随着液相色谱-质谱联用系统在分析复杂混合物上的广泛应用，大气压下工作的离子源如电喷雾离子源和大气压化学电离源已经在食品安全、环境保护和国家安全等领域投入使用。然而，分析过程中大量的时间被花费在了样品引入分析系统前的预处理过程中，阻碍了离子分析技术在工业及商业领域的进一步推广应用。近年来，随着解吸电喷雾电离法(DesorptionElectrosprayIonization,DESI)、实时直接分析法(DirectAnalysisinRealTime,DART)、大气压固态样品探针(Atmospheric-pressureSolidAnalysisProbe,ASAP)、解吸大气压化学电离法(DesorptionAtmosphericPressureChemicalIonization,DAPCI)等越来越多种类的直接分析方法的出现，这一问题得到了缓解。直接分析离子源的特点是不需要样品前处理和色谱分离，可以直接对带有基质的样品进行分析。从分析的流程上来看，其典型的分析过程可以分为两个步骤：一是将固态或者液态样品中的待测物从原来的凝聚态中解吸附出来，形成微小的液滴、气溶胶、分子以及原子等；二是将解吸附出来的待测物与各种反应物，包括离子、电子、光子以及亚稳态原子等，混合进行电离反应，从而产生待测物离子。其中，解吸附步骤主要通过将能量传递给样品，使其获得足够的能量摆脱分子间作用力的束缚。根据获得能量方式的不同，其可以采用的方法有很多种，如利用加热、激光、超声、声表面波以及粒子撞击样品的方式进行解吸附。其中，对样品进行加热使其产生热解吸附是最常见的热解吸附方法之一。热解吸附方法早年被应用在用于同位素丰度测量的热电离质谱中，H.W.WILSON等人在综述文章J.SCI.NSTRUM.,1963,VOL.40,273-285中对于热电离质谱中的所采用的单探针和三探针结构均予以了介绍。由于同位素丰度测量的测量时间较长，为了得到持久而有效的样品信号，通常用于解吸附的探针需要长期保持在一个相对热电离探针较低的温度下；此外，为了保证高效的电离效率和灯丝寿命，加热灯丝需要放置在非常低的气压下，无法在常压附近工作，对装置的工作环境提出了较高的要求。热解吸附方法还可以被用于二维平面的质谱成像分析。PCT专利WO2012040559公开了一种利用纳米级探针实现对于样品表面化学成分分析的装置，该装置的探针尖端可以加热至200℃以上，当将该探针施加在样品表面时，可以将样品表面极小区域的物质气化，并通过电离装置及分析装置分析气化后物质的化学组成，以实现二维平面上高分辨的采样和分析。然而，受限于该装置的用途，即二维平面的高分辨采样和分析，承载样品的载具与加热样品的探针必须是分立设置的，该设置方式不仅使得装置结构及操作均较为复杂，无法快速采样，而且每次解吸附的样品量有限，分析灵敏度较低。近年来，研究者们将热解吸附技术与直接分析离子源结合起来，得到了基于热解吸附的直接分析离子源。如图1所示，美国专利US8754365公开了一种可用于直接分析的离子化装置，该离子化装置的解吸附部分的样品载具为一金属丝网102，设置在电离组件101和分析组件入口103之间。使用时，可将样品施加在金属丝网102上，加热该金属丝网102使样品解吸附。然而该技术方案中金属丝网102、电离组件101以及分析组件103三者的设置顺序会使得信号的重现性、分析的灵敏度与分析的速度、便捷性难以兼顾。举例来说，当图1中左侧的离子源101采用DART离子源时，亚稳态原子、离子或电子通过载气装置被输送到金属丝网102处，金属丝网102上的样品热解吸后与该亚稳态物质反应电离，并随载气最终进入质谱入口103。金属丝网102设置在离子源101与质谱入口103之间，将干扰载气流场，影响最终进入质谱入口103的信号稳定。即使离子源101的传质过程不由载气驱动而改换为电场驱动，金属丝网102也将对离子源101与质谱入口103间的电场产生干扰，影响分析的重现性。此外，专利CN102969217公开了一种用于质谱系统的热解吸附装置，通过将附着有待测物的取样探针放入一个加热通道中完成待测物的热解吸附，生成气相待测物，然后与电离装置产生的带电液滴进行电离反应，生成待测物离子进行质谱分析。该装置所采用的加热通道采用热辐射或热对流的方式加热探针，加热效率较低且难以得到很高的升温速率和温度上限。而且对于功耗敏感的便携式仪器，该方案热能损失较大，较难推广使用。另外，该装置中的加热通道容易污染，会带来记忆效应，影响样品的分析。因此，现有技术中的热解吸附及离子化装置，存在着工作环境条件要求高、装置及结构操作复杂、分析灵敏度低、重现性欠佳等问题，特别是缺乏能够兼顾解决这些问题的技术方案。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种离子化装置，能够使用探针直接地采集样品，同时采集到的样品能够在探针上被快速解吸附，从而在保证分析重现性和灵敏度的同时，提高了整个分析过程的效率。本专利技术提供的离子化装置包括采样解吸部和电离部，所述采样解吸部包括采样探针和加热组件，其中，所述采样探针可拆卸地安装于所述采样解吸部，能够用于样品的主动采集；所述加热组件在常压下或常压附近对所述采样探针加热，使样品从所述采样探针表面解吸附；所述电离部设置于所述采样解吸部沿样品传质方向的下游。在本专利技术所提供的技术方案中，离子化装置中的采样探针能够由使用者取下后主动采集样品，并在放回后直接在常压或常压附近被加热，或者由探针驱动部驱动探针移动来进行样品的主动采样。整个过程简单快速，无需转移样品，无需抽真空；采样装置和热解吸附装置合二为一，使得采样装置更为简洁紧凑；同时电离部设置于采样解吸部的下游，能够确保采样探针不会干扰到电离部在传质方向上的流场或电场，从而保证了装置信号的重现性和分析的灵敏度；此外，采用加热组件直接加热采样探针，能够提高加热过程的热效率，允许样品以更高效率被解吸附，进而提高了分析过程的效率。本领域的技术人员容易理解，本专利技术中的“常压下或常压附近”是指大气压或略低于大气压的真空状态。在本专利技术的较优技术方案中，在对所述采样探针进行加热过程的规定时间段内，所述采样探针的升温速率超过100K/s。采样探针快速升温不仅能够提高样品解吸附的速率，当升温速率超过一定范围时，液态样品还会以液滴的形态脱离采样探针的表面，从而避免一些容易热分解的样品在高温下的解离，从而减轻对于样品分子结构的破坏，拓展装置可测量的样品种类。根据样品种类和加热速率的不同，快速升温能够产生的传质流体的形态还包括但不限于气溶胶、气体分子、离子或原子等。优选地，所述采样探针的升温速率择一地选自以下范围：(i)100-150K/s；(ii)150-200K/s；(iii)200-250K/s；(iv)250-300K/s；(v)>200K/s；(vi)>300K/s。在本专利技术的较优技术方案中，所述加热组件为交流或直流电源。进一步地，所述加热组件为干电池、蓄电池或锂电池。采用电池作为加热组件，能够提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子化装置，其特征在于，包括采样解吸部和电离部，所述采样解吸部包括采样探针和加热组件，其中，所述采样探针可拆卸地安装于所述采样解吸部，能够用于样品的主动采集；所述加热组件在常压下或常压附近对所述采样探针加热，使样品从所述采样探针表面解吸附；所述电离部设置于所述采样解吸部沿样品传质方向的下游。

【技术特征摘要】
1.一种离子化装置，其特征在于，包括采样解吸部和电离部，所述采样解吸部包括采样探针和加热组件，其中，所述采样探针可拆卸地安装于所述采样解吸部，能够用于样品的主动采集；所述加热组件在常压下或常压附近对所述采样探针加热，使样品从所述采样探针表面解吸附；所述电离部设置于所述采样解吸部沿样品传质方向的下游。2.如权利要求1所述的离子化装置，其特征在于，在对所述采样探针进行加热过程的规定时间段内，所述采样探针的升温速率超过100K/s。3.如权利要求1所述的离子化装置，其特征在于，所述加热组件为交流或直流电源。4.如权利要求3所述的离子化装置，其特征在于，所述加热组件为干电池、蓄电池或锂电池。5.如权利要求1所述的离子化装置，其特征在于，所述采样探针采用丝状、片状、管状、带状或膜状导体制得，所述导体为钛、铁、钴、镓、镍、铬、铂、铑、铱、铪、钨、铼、钼金属单质或是钛、铁、钴、镓、镍、铬、铂、铑、铱、铪、钨、铼、钼的合金材料中的一种或多种制成。6.如权利要求5所述的离子化装置，其特征在于，所述导体的横截面积小于10mm2，所述导体的截面形状为圆形或矩形。7.如权利要求1-6中任一项所述的离子化装置，其特征在于，所述加热组件包括温度控制部和温度检测部，所述温度控制部能够根据所述温度检测部反馈的温度信息控制所述加热组件的开关和/或功率大小。8.如权利要求7所述的离子化装置，其特征在于，所述温度控制部至少包括第一升温模块和第二升温模块，所述第一升温模块能够控制加热所述采样探针，使所述采样探针上的第一成分被解吸附，所述第二升温模块能够控制加热所述采样探针，使所述采样探针上的第二成分被解吸附。9.如权利要求7所述的离子化装置，其特征在于，所述温度控制部包括第三升温模块，所述第三升温模块能够控制加热所述采样探针，使所述采样探针上的样品被烧烬。10.如权利要求1-6中任一项所述的离子化装置，其特征在于，所述加热组件能够将所述采样探针加热至1000℃以上。11.如权利要求1所述的离子化装置，其特征在于，所述加热组件为电磁场发生器，所述采样探针采用铁磁材料制得，设置于所述电磁场发生器所产生的高频电磁场中。12.如权利要求11...

【专利技术属性】
技术研发人员：程玉鹏，孙文剑，
申请(专利权)人：岛津分析技术研发上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31