專利名稱：一種增強(qiáng)光離子化效率的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光離子化領(lǐng)域，尤其涉及一種增強(qiáng)光離子化效率的裝置及方法。
背景技術(shù)：
質(zhì)譜是對(duì)分子結(jié)構(gòu)分析最精確的方法之一，通常用來對(duì)未知物進(jìn)行定性分析 和對(duì)混合物中已知組分進(jìn)行定量檢測(cè)。離子源是質(zhì)譜的關(guān)鍵技術(shù)，最常用的經(jīng)典是EI源(electron ionization),它采用高能電子束轟擊沖羊品，/人而侵—樣品發(fā) 生電離產(chǎn)生電子和分子離子。原理如下M + e->M+ +2eM+繼續(xù)受到電子轟擊而引起化學(xué)鍵的斷裂或分子重排，瞬間產(chǎn)生多種碎片離 子。EI源的使用及其廣泛，電離效率高，譜庫最完整。然而由于EI源使用的電子 能量很高，譜圖中碎片峰占較多，分子離子峰強(qiáng)度很弱并且受到其他樣品碎片峰 的干擾，譜圖復(fù)雜，對(duì)于混合未知物的解譜非常困難。為了解決這一問題，產(chǎn)生了一系列的軟電離(soft ionization)方法。 CI源(chemica 1 i oni zaUon )。樣品分子在tR受電子轟擊前，凈皮一種反應(yīng)氣(通 常是曱烷等)稀釋，因此樣品分子與電子的碰撞幾率極小，所生面的樣品分子離 子主要由反應(yīng)氣分子電離產(chǎn)生。CI源的電離能小，產(chǎn)生的質(zhì)譜峰數(shù)目少，能夠提 供很強(qiáng)的分子離子峰，可以方便的確定分子量。但是CI源產(chǎn)生的碎片離子和反應(yīng) 的溫度、離子源壓力、反應(yīng)氣等因素有關(guān)，沒有標(biāo)準(zhǔn)譜不具有可比性，并且對(duì)真 空系統(tǒng)消耗較大。利用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)(proton transfer reaction)也可以產(chǎn)生4交完整的分子 離子峰，特別對(duì)小分子有機(jī)物有突出效果。其缺點(diǎn)是，裝置復(fù)雜，真空消耗大。為了彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，發(fā)展了光離子化技術(shù)。光離子化與EI源很類似，只是電 子束被5 ~ 15eV真空紫外光子所代替，它可以使電離能小于光子能量的樣品分子 得到電離。光離子化的反應(yīng)機(jī)理為光離子化既可以得到分子離子峰，又能得到少數(shù)碎片離子峰，對(duì)未知物的鑒 定有重要意義。光離子化可以分為大氣壓光離子化(APPI )和真空紫外光離子化(VUV-PI)。但是傳統(tǒng)方法使用的是真空紫外燈(如氖燈)直接照射，光離子流 是不充分的。使用稀有氣體激發(fā)的EBEL燈或者紫外激光器(UV-SPI )可以得到較 高的光強(qiáng)度，解決這樣的問題。但體積較大、成本較高、壽命較短。光學(xué)諧振腔是光波在其中來回反射從而提供光能反饋的空腔。它是激光器的 必要組成部分，通常由兩塊與工作介質(zhì)軸線垂直的平面或凹球面反射鏡構(gòu)成。諧 振腔的作用是選擇頻率一定、方向一致的光作最優(yōu)先的放大，而把其他頻率和方 向的光加以抑制。凡不沿諧振腔軸線運(yùn)動(dòng)的光子均很快逸出腔外，與工作介質(zhì)不 再接觸；沿軸線運(yùn)動(dòng)的光子將在腔內(nèi)繼續(xù)前進(jìn)，并經(jīng)兩反射鏡的反射不斷往返運(yùn) 行產(chǎn)生振蕩，運(yùn)行時(shí)不斷與受激粒子相遇而產(chǎn)生受激輻射，沿軸線運(yùn)行的光子將 不斷增殖，在腔內(nèi)形成傳播方向一致、頻率和相位相同的強(qiáng)光束，即激光。為把 激光引出腔外，可把一面反射鏡做成部分透射的，透射部分成為可利用的激光， 反射部分留在腔內(nèi)繼續(xù)增殖光子。光學(xué)諧振腔已經(jīng)被使用在增強(qiáng)紅外光學(xué)吸收領(lǐng)域。在諧振腔中充入氣體，氣 體分子阻擋了光子的傳播， 一部分被吸收。這一吸收符合朗伯一比爾定律，即光學(xué)諧振腔在吸收過程中的作用有1、 提供較長的吸收光程l;2、 反射光子，提供更多作用機(jī)會(huì)，提高量子效率鑒于此，現(xiàn)提出一種結(jié)構(gòu)筒單，價(jià)格低廉并且可以大幅度增強(qiáng)光離子化的效 率的裝置及方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種增強(qiáng)光離子化效率的裝置及方法，將 樣品汽化后引入光學(xué)諧振腔，由于光子在諧振腔中反復(fù)震蕩，可以大幅度提高光 子和樣品分子的作用機(jī)會(huì)，從而提高光離子化的效率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種增強(qiáng)光離子化效率的 裝置，該裝置包括光源，用于產(chǎn)生光子；與光源相鄰的光學(xué)諧振腔，光源產(chǎn)生的光子進(jìn)入后產(chǎn)生諧振；施加在光學(xué)諧振腔上的電場，用于引出離子，該電場包括推斥電極以及與推 斥電才及相向設(shè)置并設(shè)有通孔的地電極；所述光學(xué)諧振腔、推斥電極以及地電極圍成一個(gè)收容腔；進(jìn)樣口，與光學(xué)諧振腔連通用于進(jìn)入汽化后的樣品分子。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述進(jìn)樣口位于光學(xué)諧振腔的焦點(diǎn)處并且所述 樣品分子進(jìn)入方向與光子諧振方向以及離子引出垂直。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述光學(xué)諧振腔由半透反射鏡和全反射鏡相向 設(shè)置構(gòu)成。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，在與設(shè)有通孔的地電極相鄰的位置設(shè)有聚焦 極，所述聚焦極設(shè)有與地電極的通孔相通的第二通孔。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，在所述聚焦極遠(yuǎn)離地電極的一側(cè)設(shè)有j曼入才及， 所述侵入極設(shè)有與聚焦極的第二通孔相通的第三通孔。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述進(jìn)樣口為毛細(xì)管進(jìn)樣口 。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述光源為Kr氣體真空紫外燈。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述半透反射鏡采用雙面鍍膜的BeF2透鏡。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述光學(xué)諧振腔為半共焦腔、半共心腔、對(duì)稱 共焦腔或共心腔。本發(fā)明還包括一種增強(qiáng)光離子化的方法，該方法包括以下步驟1〉，光源產(chǎn)生的光子通過反射鏡進(jìn)入光學(xué)諧振腔內(nèi)反復(fù)震蕩；2〉，汽化后的樣品分子通過進(jìn)樣口進(jìn)入光學(xué)諧振腔內(nèi)；3〉，兩個(gè)電極共同形成的電場將正離子或負(fù)離子從地電極的通孔中引出，其中光子震蕩方向、樣品分子進(jìn)入方向和離子引出方向互相垂直。本發(fā)明增強(qiáng)光離子化效率的方法及裝置?？梢源蠓忍岣吖庾雍蜆悠贩肿拥?作用機(jī)會(huì)，從而提高光離子化的效率。光學(xué)諧振腔中光子諧振的方向、樣品從進(jìn) 樣口進(jìn)入的方向以及電場形成的離子運(yùn)動(dòng)方向在三維空間處于正交結(jié)構(gòu)，從而減 少污染，延長使用壽命。


圖1為本發(fā)明增強(qiáng)光離子化效率的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明裝置中諧振腔方向、樣品進(jìn)入方向和離子引出方向示意圖；圖3為本發(fā)明增強(qiáng)光離子化效率的裝置另一結(jié)構(gòu)示意圖。 主要元件符號(hào)說明光源11半透反射鏡12全反射鏡13毛細(xì)管進(jìn)樣口14諧振腔方向21、 y才羊品進(jìn)入方向22、 x離子引出方向23、 z第二半透反射鏡32Kr光源31第二全反射鏡33毛細(xì)管進(jìn)樣口34推斥電極35地電極36聚焦極37浸入極38離子傳輸39具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施步驟。 一種增強(qiáng)光離子化效率的裝置，該裝置包括光源31 (或11)，用于產(chǎn)生光子；光學(xué)諧振腔，與光源相鄰，光子進(jìn)入后產(chǎn)生諧振，光學(xué)諧振腔由半透反射鏡 32 (或12)和全反射鏡33 (或13)相向設(shè)置形成；電場，施加于光學(xué)諧振腔上，用于引出離子，包括推斥電極35以及與推斥7電極35相向設(shè)置并且設(shè)有通孔的地電極36;該通孔位于地電極的中部。 所述半透反射鏡32、全反射鏡33、推斥電極35以及地電才及36圍成一個(gè)收 容腔；進(jìn)樣口 34(或14)，與光學(xué)諧振腔連通用于進(jìn)入汽化后的樣品分子；進(jìn)樣口 34 (或14)位于光學(xué)諧振腔的焦點(diǎn)處并且所述樣品分子進(jìn)入方向與光子諧 振方向以及離子引出垂直。所述樣品分子進(jìn)入方向22 (或x方向)；諧振腔內(nèi)的光子諧振方向21 (或y 方向)；以及離子引出方向23 (或z方向)垂直。在與設(shè)有通孔的地電極36相鄰的位置設(shè)有聚焦極37,所述聚焦極37設(shè)有 與地電極36的通孔相通的第二通孔。在所述聚焦極37遠(yuǎn)離地電極的一側(cè)設(shè)有侵入極38,所述侵入極38設(shè)有與 聚焦極37的第二通孔相通的第三通孔。使用時(shí)，光源31產(chǎn)生的光子通過反射鏡32 (全反射鏡也可以)進(jìn)入光學(xué)諧振 腔內(nèi)反復(fù)震蕩；汽化后的樣品分子通過毛細(xì)管進(jìn)樣口34進(jìn)入光學(xué)諧振腔內(nèi)；兩個(gè) 電極共同形成的電場將正離子或負(fù)離子從地電極36的通孔中引出，其中光子震蕩 方向、樣品分子進(jìn)入方向和離子引出方向互相垂直。該正交結(jié)構(gòu)可以減少污染， 延長使用壽命。諧振腔方向、樣品束方向以及離子束方向在三維空間處于正交結(jié) 構(gòu)，如圖2所示，可以減少1、 樣品對(duì)反射鏡的污染；2、 樣品對(duì)質(zhì)譜4義的污染3、 光子對(duì)質(zhì)譜儀的干擾從而提高無人值守狀況下的可靠性，延長平均無故障時(shí)間(MTBF)。與CI源類似，諧振腔內(nèi)的真空度可以10— 10Pa之間，較高的氣壓可以減 少碎片離子的產(chǎn)生。從地電極36的通孔中引出的正離子或負(fù)離子依次經(jīng)過聚焦極37上設(shè)有的第 二通孔、侵入極38設(shè)有的第三通孔后進(jìn)入離子傳輸^^徑39中。按組成諧振腔的兩塊反射鏡的形狀及它們的相對(duì)位置，可將光學(xué)諧振腔分為平行平面腔，平凹腔，對(duì)稱凹面腔，凸面腔等。平凹腔中如杲凹面鏡的焦點(diǎn)正好 落在平面鏡上，則稱為半共焦腔；如果凹面鏡的球心落在平面鏡上，便構(gòu)成半共 心腔。對(duì)稱凹面腔中兩塊反射球面鏡的曲率半徑相同。如果反射鏡焦點(diǎn)都位于腔 的中點(diǎn)，便稱為對(duì)稱共焦腔。如果兩球面鏡的球心在腔的中心，稱為共心腔。氣 態(tài)樣品分子在焦點(diǎn)處進(jìn)入諧振腔可以得到較好的光離子化效果，如圖l所示。
如圖3所示另一具體實(shí)施例，光源31采用Kr氣體真空紫外燈；進(jìn)入透鏡32采用 雙面鍍膜的BeF2透鏡，鍍膜的厚度能夠讓紫外光進(jìn)入諧振腔但不能逃出；反射透 鏡33采用的是對(duì)紫外光全反射的鍍膜透鏡，它與32共同組成光學(xué)諧振腔；不銹鋼 進(jìn)樣口34垂直于紙面，將氣體導(dǎo)入諧振腔；35、 36電極共同形成電場，當(dāng)35施加 正電壓時(shí)將引出正離子，反之引出負(fù)離子，離子從36上的小孔引出；37、 38電極 是聚焦離子的需要，可以4艮據(jù)實(shí)際需要增減；最終離子束進(jìn)入離子傳輸39,并由 其傳入質(zhì)譜的質(zhì)量分析器。
本發(fā)明將樣品汽化后引入光學(xué)諧振腔，由于光子在諧振腔中反復(fù)震蕩，可以 大幅度提高光子和樣品分子的作用機(jī)會(huì)，從而提高光離子化的效率。
上述實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案。任何不脫離本發(fā)明精神 和范圍的技術(shù)方案均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種增強(qiáng)光離子化效率的裝置，其特征在于該裝置包括光源，用于產(chǎn)生光子；與光源相鄰的光學(xué)諧振腔，光源產(chǎn)生的光子進(jìn)入后產(chǎn)生諧振；施加在光學(xué)諧振腔上的電場，用于引出離子，該電場包括推斥電極以及與推斥電極相向設(shè)置并設(shè)有通孔的地電極；所述光學(xué)諧振腔、推斥電極以及地電極圍成一個(gè)收容腔；進(jìn)樣口，與光學(xué)諧振腔連通用于進(jìn)入汽化后的樣品分子。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種增強(qiáng)光離子化效率的裝置，其特征在于所述 進(jìn)樣口位于光學(xué)諧振腔的焦點(diǎn)處并且所述樣品分子進(jìn)入方向與光子諧振方 向以及離子引出垂直。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種增強(qiáng)光離子化效率的裝置，其特征在于所述 光學(xué)諧振腔由半透反射鏡和全反射鏡相向設(shè)置構(gòu)成。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種增強(qiáng)光離子化效率的裝置，其特征在于在與設(shè) 有通孔的地電極相鄰的位置設(shè)有聚焦極，所述聚焦極設(shè)有與地電極的通孔相 通的第二通孔。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種增強(qiáng)光離子化效率的裝置，其特征在于在所述 聚焦極遠(yuǎn)離地電極的 一側(cè)設(shè)有侵入極，所述侵入極設(shè)有與聚焦極的第二通孔 相通的第三通孔。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種增強(qiáng)光離子化效率的裝置，其特征在于所述進(jìn) 樣口為毛細(xì)管進(jìn)樣口。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種增強(qiáng)光離子化效率的裝置，其特征在于所述光 源為Kr氣體真空紫外燈。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種增強(qiáng)光離子化效率的裝置，其特征在于所述半 透反射鏡采用雙面鍍膜的BeFz透鏡。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種增強(qiáng)光離子化效率的裝置，其特征在于所述光 學(xué)諧振腔為半共焦腔、半共心腔、對(duì)稱共焦腔或共心腔。
10. —種利用權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述的裝置增強(qiáng)光離子化效率的方法， 其特征在于該方法包括以下步驟1〉，光源產(chǎn)生的光子通過反射鏡進(jìn)入光學(xué)諧振腔內(nèi)反復(fù)震蕩；2〉，汽化后的樣品分子通過進(jìn)樣口進(jìn)入光學(xué)諧振腔內(nèi)；3〉，兩個(gè)電極共同形成的電場將正離子或負(fù)離子從地電極的通孔中引出，其 中光子震蕩方向、樣品分子進(jìn)入方向和離子引出方向互相垂直。
全文摘要
本發(fā)明涉及增強(qiáng)光離子化效率的方法及裝置，該裝置包括產(chǎn)生光子的光源、光子在其中運(yùn)動(dòng)的光學(xué)諧振腔，施加在光學(xué)諧振腔上的電場以及與光學(xué)諧振腔連通的進(jìn)樣口，由于光子在諧振腔中反復(fù)震蕩，可以大幅度提高光子和樣品分子的作用機(jī)會(huì)，從而提高光離子化的效率。光學(xué)諧振腔中光子諧振的方向、樣品從進(jìn)樣口進(jìn)入的方向以及電場形成的離子運(yùn)動(dòng)方向在三維空間處于正交結(jié)構(gòu)，從而減少污染，延長使用壽命。
文檔編號(hào)G01N27/64GK101592628SQ200910054219
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者徐國賓, 潘鑫淵, 磊 聶 申請(qǐng)人:上海華質(zhì)生物技術(shù)有限公司