基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及質(zhì)譜分析儀器，具體的說是一種基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源，包括無光窗式氣體放電燈和電離源腔體，無光窗式氣體放電燈固定于電離源腔體的外壁，其放電燈出光口與電離源腔體的內(nèi)部相連通；無光窗式氣體放電燈發(fā)出的真空紫外光位于電離源腔體的內(nèi)部，在電離源腔體的內(nèi)部、沿真空紫外光出射方向依次設(shè)置有離子推斥電極、離子傳輸電極和離子引出電極，離子推斥電極、離子傳輸電極和離子引出電極相互間隔、同軸、平行設(shè)置。本發(fā)明利用氣體放電產(chǎn)生的具有不同能量的真空紫外光和激發(fā)態(tài)原子/分子，來提高電離的選擇性和樣品分子的電離效率，同時可消除光窗污染對信號強度的影響，提高質(zhì)譜的檢測靈敏度和測量準確性。
【專利說明】基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及質(zhì)譜分析儀器，具體的說是一種基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源。
【背景技術(shù)】
[0002]電子轟擊電離源(EI)的結(jié)構(gòu)簡單、電離效率高，而且具有豐富的譜圖庫資源，因此成為有機物質(zhì)譜中最廣泛使用的電離源。但是，其能量為70eV的電子轟擊有機物樣品分子，會產(chǎn)生大量的碎片離子，在分析復(fù)雜混合物時，譜峰重疊嚴重，造成識譜困難，需要與氣相色譜等其它分析方法聯(lián)用才能獲得可靠的分析數(shù)據(jù)，因此不適于實時、在線分析。真空紫外光電離是一種非常有效的軟電離方法，它通過使電離能(IE)低于光子能量的物質(zhì)分子吸收單個光子而直接將其電離，主要產(chǎn)生大量的分子離子，而幾乎沒有碎片離子。將真空紫外光用作質(zhì)譜的電離源，得到的譜圖簡單，可直接通過物質(zhì)的分子量和強度信息進行快速的定性和定量分析，對復(fù)雜的有機混合物能夠?qū)崿F(xiàn)實時、快速分析和在線監(jiān)測。
[0003]常用的真空紫外光源主要包括氣體放電燈和激光光源，目前，將這些光源用作質(zhì)譜儀電離源時都會使用到特殊透鏡材料制成的光窗，用于透射波長小于200nm的真空紫外光，并將其傳輸至質(zhì)譜儀電離源的高真空環(huán)境中。但是，使用這些特殊透鏡材料，如LiF、MgF2等，會存在一些實際應(yīng)用中的問題。一方面，現(xiàn)有的透鏡材料會限制真空紫外光源所能夠發(fā)射的光子能量，透射光子能量最高的LiF光窗能夠透射的光子能量最高為11.8eV,其對于電離能高于11.8eV的一些常見的有機和無機物分子，如CH4 (IE=12.61eV)、乙腈(IE=12.20eV)、S02 (IE=12.35eV)等則無能為力。另一方面，光窗在使用的過程中會因物理或化學吸附的作用，在其表面產(chǎn)生污染，而且隨著污染的加劇，出射光強會逐漸衰減，從而影響了質(zhì)譜的檢測靈敏度和定量準確性。因此，真空紫外光電離質(zhì)譜在實際應(yīng)用中受到了一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源，利用氣體放電產(chǎn)生的具有不同能量的真空紫外光和激發(fā)態(tài)原子/分子，來提高電離的選擇性和樣品分子的電離效率，同時可消除光窗污染對信號強度的影響，提高質(zhì)譜的檢測靈敏度和測量準確性。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]本發(fā)明的基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源，包括無光窗式氣體放電燈和電離源腔體，無光窗式氣體放電燈固定于電離源腔體的外壁，其放電燈出光口與電離源腔體的內(nèi)部相連通；
[0007]無光窗式氣體放電燈發(fā)出的真空紫外光位于電離源腔體的內(nèi)部，在電離源腔體的內(nèi)部、沿真空紫外光出射方向依次設(shè)置有離子推斥電極、離子傳輸電極和離子引出電極，離子推斥電極、離子傳輸電極和離子引出電極相互間隔、同軸、平行設(shè)置；[0008]—進樣毛細管穿過電離源腔體的外壁伸入在電離源腔體的內(nèi)部，進樣毛細管的氣體出口設(shè)置于離子推斥電極和離子傳輸電極之間相互間隔的區(qū)域，其氣體出口端正對于真空紫外光的光束設(shè)置，進樣毛細管的氣體入口端與樣品氣體氣源相連；
[0009]于電離源腔體外壁上設(shè)置有氣體出口，氣體出口通過真空管路與一機械真空泵相連；于離子引出電極的下方設(shè)置有一質(zhì)量分析器。
[0010]無光窗式氣體放電燈為一端開口、一端密閉的由絕緣材料制成的中空筒體，于筒體的外壁面上套設(shè)有射頻放電線圈、或于筒體的外壁面上套設(shè)有一對金屬環(huán)狀射頻放電電極、或于筒體的內(nèi)壁面上設(shè)置有一對金屬環(huán)狀直流放電電極，射頻放電電極或直流放電電極與筒體同軸；
[0011]開口端為放電燈出光口 ；
[0012]所述的無光窗式氣體放電燈工作方式為射頻放電或直流放電。
[0013]向無光窗式氣體放電燈內(nèi)充入的放電氣體為氦氣、氖氣、気氣、氪氣、氣氣、氫氣、氮氣、氧氣中的一種或兩種以上上述氣體的混合氣體；無光窗式氣體放電燈內(nèi)部氣壓為
0.1-100Τοrr。
[0014]于無光窗式氣體放電燈外壁上設(shè)置有氣體入口，氣體入口通過管路與一進氣閥相連，于進氣閥的另一端連接有放電氣體氣源，放電氣體通過氣體入口進入無光窗式氣體放電燈的內(nèi)部，并由開口端流出。
[0015]離子推斥電極、離子傳輸電極和離子引出電極均為板式結(jié)構(gòu)，中心部位設(shè)置有通孔，其中，離子傳輸電極為I塊或2塊以上相互間隔、同軸、平行設(shè)置的板式結(jié)構(gòu)；真空紫外光的光束平行于電極軸線方向穿過各電極通孔的中心區(qū)域。
[0016]離子推斥電極和離子引出電極間隔的中心區(qū)域構(gòu)成樣品電離區(qū)，樣品分子在樣品電離區(qū)中產(chǎn)生光電離；離子推斥電極和離子引出電極的間距、即樣品電離區(qū)的長度為
0.l~10cm。
[0017]于離子推斥電極、離子傳輸電極和離子引出電極上按照電壓從高到低的順序，依次加載不同的電壓，在樣品電離區(qū)軸線方向形成大小為flOOV/cm的離子引出電場。
[0018]電離源腔體內(nèi)部氣壓為0.0f lOTorr，進樣毛細管內(nèi)徑尺寸可根據(jù)電離源腔體內(nèi)部氣壓要求選擇在Φ 50-500 μ m范圍內(nèi)。
[0019]所述的質(zhì)量分析器為飛行時間質(zhì)量分析器、四級桿質(zhì)量分析器、離子阱質(zhì)量分析器、扇形磁場質(zhì)量分析器或離子回旋共振質(zhì)量分析器。
[0020]本發(fā)明的工作原理如下:
[0021]在無光窗式氣體放電燈內(nèi)部，高純的放電氣體在射頻高壓或直流高壓的作用下產(chǎn)生自持的輝光放電。放電氣體的原子/分子在電子的激勵下，躍遷到較高的亞穩(wěn)態(tài)能級，而后一部分處于亞穩(wěn)態(tài)能級的激發(fā)態(tài)原子/分子自發(fā)躍遷至低能態(tài)，多余的能量以光子的形式釋放出，從而產(chǎn)生真空紫外光。不同的放電氣體因其各自的亞穩(wěn)態(tài)能級的能量高低不同，所輻射出的真空紫外光的能量也不同，因此通過向無光窗式氣體放電燈內(nèi)部充入不同的放電氣體，即可獲得具有不同能量的真空紫外光，一些常用的放電氣體的輻射光子的能量和波長如表1所示。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源，其特征在于:包括無光窗式氣體放電燈(2)和電離源腔體(8)，無光窗式氣體放電燈(2)固定于電離源腔體(8)的外壁，其放電燈出光口(4)與電離源腔體(8)的內(nèi)部相連通； 無光窗式氣體放電燈(2)發(fā)出的真空紫外光(12)位于電離源腔體(8)的內(nèi)部，在電離源腔體(8)的內(nèi)部、沿真空紫外光(12)出射方向依次設(shè)置有離子推斥電極(5)、離子傳輸電極(6)和尚子引出電極(7),尚子推斥電極(5)、尚子傳輸電極(6)和尚子引出電極(7)相互間隔、同軸、平行設(shè)置； 一進樣毛細管(I)穿過電離源腔體(8)的外壁伸入在電離源腔體(8)的內(nèi)部，進樣毛細管(I)的氣體出口設(shè)置于離子推斥電極(5)和離子傳輸電極(6)之間相互間隔的區(qū)域，其氣體出口端正對于真空紫外光(12)的光束設(shè)置，進樣毛細管(I)的氣體入口端與樣品氣體氣源(11)相連； 于電離源腔體(8)外壁上設(shè)置有氣體出口，氣體出口通過真空管路與一機械真空泵(9)相連；于離子引出電極(7)的下方設(shè)置有一質(zhì)量分析器(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源，其特征在于: 無光窗式氣體放電燈(2)為一端開口、一端密閉的由絕緣材料制成的中空筒體,于筒體的外壁面上套設(shè)有射頻放電線圈、或于筒體的外壁面上套設(shè)有一對金屬環(huán)狀射頻放電電極、或于筒體的內(nèi)壁面上設(shè)置有一對金屬環(huán)狀直流放電電極，射頻放電電極或直流放電電極與筒體同軸； 開口端為放電燈出光口(4)； 所述的無光窗式氣體放電燈(2)工作方式為射頻放電或直流放電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源，其特征在于: 向無光窗式氣體放電燈(2)內(nèi)充入的放電氣體為氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氣氣、氫氣、氮氣、氧氣中的一種或兩種以上上述氣體的混合氣體；無光窗式氣體放電燈(2)內(nèi)部氣壓為0.1-100Torr。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源,其特征在于: 于無光窗式氣體放電燈(2)外壁上設(shè)置有氣體入口，氣體入口通過管路與一進氣閥(3)相連，于進氣閥(3)的另一端連接有放電氣體氣源(10)，放電氣體通過氣體入口進入無光窗式氣體放電燈(2)的內(nèi)部,并由開口端流出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源，其特征在于: 離子推斥電極(5)、離子傳輸電極(6)和離子引出電極(7)均為板式結(jié)構(gòu)，中心部位設(shè)置有通孔，其中，離子傳輸電極(6)為I塊或2塊以上相互間隔、同軸、平行設(shè)置的板式結(jié)構(gòu)；真空紫外光(12)的光束平行于電極軸線方向穿過各電極通孔的中心區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源，其特征在于: 離子推斥電極(5)和離子引出電極(7)間隔的中心區(qū)域構(gòu)成樣品電離區(qū)(14)，樣品分子在樣品電離區(qū)(14)中產(chǎn)生光電離；離子推斥電極(5)和離子引出電極(7)的間距、即樣品電離區(qū)(14)的長度為0.f 10cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源，其特征在于: 于離子推斥電極(5)、離子傳輸電極(6)和離子引出電極(7)上按照電壓從高到低的順序，依次加載不同的電壓，在樣品電離區(qū)(14)軸線方向形成大小為flOOV/cm的離子引出電場。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源，其特征在于: 電離源腔體(8)內(nèi)部氣壓為0.01ΙΟΤοrr,進樣毛細管(I)內(nèi)徑尺寸可根據(jù)電離源腔體(8)內(nèi)部氣壓要求選擇在Φ50-500μπι范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無光窗式氣體放電燈的質(zhì)譜真空紫外光電離源，其特征在于: 所述的質(zhì)量分析器(13)為飛行時間質(zhì)量分析器、四級桿質(zhì)量分析器、離子阱質(zhì)量分析器、扇形磁場質(zhì)量分析 器或離子回 旋共振質(zhì)量分析器。
【文檔編號】H01J49/12GK103854952SQ201210508574
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月30日
【發(fā)明者】花磊, 李海洋, 侯可勇, 謝園園, 蔣蕾 申請人:中國科學院大連化學物理研究所