一种射频增强及会聚离子源制造技术

本发明专利技术公开了一种用于质谱的射频增强及会聚离子源，包括VUV光源、离子源腔体、辅助气体进样管、推斥电极、灯电极、样品进样管、增强反应区、离子会聚区以及离子引出电极。试剂离子产生方法决定试剂离子种类和纯净度，分子离子反应效率以及源内离子传输效率决定着化学电离源的检测灵敏度。为了进一步提升化学电离质谱的检测性能，本发明专利技术设计了一种射频增强及会聚离子源，通过VUV光源垂直照射产生试剂离子，便于试剂离子的选择且可消除光电子影响；另外引入射频增强反应区和射频离子会聚区以提升分子离子反应效率和离子传输效率。本发明专利技术可有效提升化学电离质谱的检测灵敏度和通用性，在大气环境监测，工业过程，医疗诊断等领域具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种射频增强及会聚离子源


[0001]本专利技术涉及质谱分析仪
，尤其涉及一种用于质谱仪的射频增强及会聚离子源。

技术介绍

[0002]电离源是质谱仪的核心之一，用于将中性样品转化为可被质量分析器检测的离子，是质谱分析的首要环节，关乎整个质谱仪系统的检测灵敏度、可分析化合物种类、稳定性和分析的准确度等。近几年发展的软电离质谱技术因其具有谱图简单、重叠峰少等优势，逐渐成为复杂样品中VOCs在线监测及快速分析的主要技术之一。光电离是一种常用的质谱软电离技术，其常用的光源为真空紫外光源，其电离过程为样品分子通过吸收光子，使得能量达到或超过自身电离能后失去电子而产生电离的过程。通常情况下，分子吸收的光子能量大于电离能阈值，小于解离能阈值，所以产物碎片少，分子离子产率高。后续，研究工作者们将光电离源和化学电离源相结合，发展了光致化学电离方法，改善了光电离源检测范围，一定程度上提高了光电离源的普适性。但由于化学电离工作在数十到数百帕，分子离子之间碰撞剧烈，一方面需要利用该碰撞增加离子分子反应效率，另一方面需要引入会聚电场提升离子传输效率。
[0003]通过在专利和论文的检索，检索到的涉及质谱仪射频增强及会聚离子源相关专利为：1.中国科学院大连化学物理研究所2013年2月1日申请并公开了一种一种射频电场增强的单光子
‑
化学电离源，该专利利用光电效应得到的光电子电离试剂气体得到化学电离源，通过电离区内引入射频电场增强光电子引发的化学电离，提高了检测灵敏度，并且可实现电离能高于紫外线光子能量的样品分子的软电离，拓宽了可分析样品的范围。2.中国科学院大连化学物理研究所2016年11月21日申请并公开了一种射频聚焦增强真空紫外光质谱电离源，引入了一种射频分段四极结构离子源，提高离子碰撞频率增强会聚性能。3.中国科学院大连化学物理研究所2018年11月20日申请并公开了一种射频增强反应光致化学电离源，引入了一种带角度的射频三极杆，提高离子碰撞频率增强会聚性能。4.中国科学院大连化学物理研究所2019年12月4日申请并公开了一种源内膜进样射频增强化学电离源，该技术将源内膜进样与射频场相结合提高仪器灵敏度。但这些技术都存在碰撞反应射频场与离子传输射频场无法单独调节的问题，并且由于光源置于轴向，存在光电子效应，容易引起电离能较低化合物的碎裂。因此，需要重新对该射频增强离子源结构进行合理设计，减少光电子效应影响，增加离子分子反应区和离子高效传输区的可调谐性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种用于质谱分析仪的射频增强及会聚离子源，以进一步提升光致化学电离源电离效率。
[0005]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种射频增强及会聚离子源，包括VUV光源、离子源腔体、辅助气体进样管、推斥电
极、灯头电极、样品进样管、增强反应区、离子会聚区以及离子引出电极，其特征在于：
[0007]以向右为X方向、向上为Y方向；
[0008]所述离子源腔体为一中空密闭腔室，离子源腔体内部沿X方向从左到右依次设置有推斥电极、灯头电极、增强反应区、离子会聚区以及离子引出电极；所述推斥电极、灯头电极以及离子引出电极均为中部带有通孔的平板结构，它们均平行、中心孔同轴且间隔放置；离子引出电极的中部通孔与离子源腔体外部相连通；所述VUV光源置于离子源腔体上侧，VUV光源的出光口位于离子源腔体内，VUV光源的侧壁面与离子源腔体上侧壁面密闭连接；所述灯头电极上侧设置有一圆柱状通孔，VUV光源出射的真空紫外光穿过灯头电极上侧圆柱通孔进入灯头电极内部；
[0009]一空心圆管状辅助气体进样管于离子源腔体左侧外部穿过离子源腔体左端壁面进入离子源腔体内部，辅助气体进样管和推斥电极中部通孔同轴且辅助气体进样管右侧出口伸入至推斥电极中部通孔内部，辅助气体进样管外侧壁面与离子源腔体左端壁面密封；
[0010]一空心圆管状样品进样管于离子源腔体下侧外部穿过离子源腔体下端壁面进入离子源腔体内部，样品进样管上侧出口伸入至灯头电极和增强反应区之间，样品进样管外侧壁面与离子源腔体下端壁面密封；
[0011]于离子源腔体内设有增强反应区，增强反应区设置于灯头电极和离子会聚区之间；增强反应区由4片及以上偶数个(极片数量为偶数)传输电极组成；每片传输电极均为中部带有通孔的平板结构，4片以上传输电极平行、中部通孔同轴且间隔放置；传输电极之间连接阻值为R的等阻值电阻，每个传输电极各自分别与容值为C的等容值电容一端相连；沿X方向，奇数位传输电极连接的电容另一端的串连成射频端口一，偶数位传输电极连接的电容的另一端串连成射频端口二，在射频端口一和射频端口二分别施加幅值相同相位相差180
°
的射频电压Vrf；
[0012]于离子源腔体内设有离子会聚区，离子会聚区设置于增强反应区和离子引出电极之间；离子会聚区由3片及以上会聚电极组成；每片会聚电极由4个完全相同的扇形平板电极组成，所述扇形平板电极由中部带通孔的圆形板状电极或圆环状电极从圆心以90度圆心角进行四等分切割而成；每片会聚电极中的4个扇形平板电极按照切割之前的位置沿圆周方向依次间隔分布，共处于同一平面上，成中心对称；各片会聚电极几何中心同轴，等间距平行间隔放置，且每片会聚电极的4个扇形平板电极组成的内圆直径沿X方向逐渐减小；
[0013]各片会聚电极上的4个扇形平板电极一一沿X轴方向对应设置，且对应的扇形平板电极在YZ平面(垂直X轴的平面)的投影部分重合，会聚电极于YZ平面上形成四个相互间隔的、中心对称的投影区，各扇形平板电极各自分别与容值为C的等容值电容一端相连；将扇形平板电极与其在YZ平面的投影重合的其他扇形平板电极的组合称为电极列，离子会聚区共有4个电极列，每个电极列中的扇形平板电极连接的电容的另外一端串连成一处，并与射频电源相连；相邻的电极列施加幅值相同相位相差180
°
的射频电压Urf，相对的电极列施加相同的射频电压；每个电极列中的扇形平板电极之间连接阻值为R的等阻值电阻。
[0014]进一步地，辅助气体进样管和样品进样管为金属材质或非金属材质中的一种或二种以上，如不锈钢、铝合金或铜、PEEK、四氟、有机玻璃等中的一种或二种以上，内径为0.1～2mm，流速为0.01～3L/min。
[0015]进一步地，推斥电极、灯头电极以及增强反应区的传输电极中部通孔的直径大小
为2～50mm；离子会聚区的4个扇形平板电极的内侧边缘围成的内圆中心小孔直径大小在0.5～50mm尺寸范围内沿X方向依次减小；离子引出电极中部通孔直径大小为0.2～5mm。
[0016]进一步地，沿X方向，推斥电极、灯头电极、增强反应区首尾传输电极、离子会聚区的首尾扇形平板电极以及引出电极上按照电压从高到低的顺序(如:依次加载不同的电压V1、V2、V3
……
)，形成大小为1～100V/cm的离子反应和离子传输电场，各电压均可进行调谐以达到最佳离子分子反应效率和传输效率。
[0017]进一步地，增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频增强及会聚离子源，包括VUV光源(5)、离子源腔体(3)、辅助气体进样管(2)、推斥电极(4)、灯头电极(6)、样品进样管(8)、增强反应区(10)、离子会聚区(11)以及离子引出电极(16)，其特征在于：以向右为X方向、向上为Y方向；所述离子源腔体(3)为一中空密闭腔室，离子源腔体(3)内部沿X方向从左到右依次设置有推斥电极(4)、灯头电极(6)、增强反应区(10)、离子会聚区(11)以及离子引出电极(16)；所述推斥电极(4)、灯头电极(6)以及离子引出电极(16)均为中部带有通孔的平板结构，它们均平行、中心孔同轴且间隔放置；离子引出电极(16)的中部通孔与离子源腔体(3)外部相连通；所述VUV光源(5)置于离子源腔体(3)上侧，VUV光源(5)的出光口位于离子源腔体(3)内，VUV光源(5)的侧壁面与离子源腔体(3)上侧壁面密闭连接；所述灯头电极(6)上侧设置有一圆柱状通孔，VUV光源(5)出射的真空紫外光(7)穿过灯头电极(6)上侧圆柱通孔进入灯头电极(6)内部；一空心圆管状辅助气体进样管(2)于离子源腔体(3)左侧外部穿过离子源腔体(3)左端壁面进入离子源腔体(3)内部，辅助气体进样管(2)和推斥电极(4)中部通孔同轴且辅助气体进样管(2)右侧出口伸入至推斥电极(4)中部通孔内部，辅助气体进样管(2)外侧壁面与离子源腔体(3)左端壁面密封；一空心圆管状样品进样管(8)于离子源腔体(3)下侧外部穿过离子源腔体(3)下端壁面进入离子源腔体(3)内部，样品进样管(8)上侧出口伸入至灯头电极(6)和增强反应区(10)之间，样品进样管(8)外侧壁面与离子源腔体(3)下端壁面密封；于离子源腔体(3)内设有增强反应区(10)，增强反应区(10)设置于灯头电极(6)和离子会聚区(11)之间；增强反应区(10)由4片及以上偶数个(极片数量为偶数)传输电极(12)组成；每片传输电极(12)均为中部带有通孔的平板结构，4片以上传输电极(12)平行、中部通孔同轴且间隔放置；传输电极(12)之间连接阻值为R的等阻值电阻，每个传输电极(12)各自分别与容值为C的等容值电容一端相连；沿X方向，奇数位传输电极(12)连接的电容另一端的串连成射频端口一，偶数位传输电极(12)连接的电容的另一端串连成射频端口二，在射频端口一和射频端口二分别施加幅值相同相位相差180
°
的射频电压Vrf；于离子源腔体(3)内设有离子会聚区(11)，离子会聚区(11)设置于增强反应区(10)和离子引出电极(16)之间；离子会聚区(11)由3片及以上会聚电极(13)组成；每片会聚电极(13)由4个完全相同的扇形平板电极(15)组成，所述扇形平板电极(15)由中部带通孔的圆形板状电极或圆环状电极从圆心以90度圆心角进行四等分切割而成；每片会聚电极(13)中的4个扇形平板电极(15)按照切割...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋吉春，花磊，李金旭，杨明，李海洋，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：