一種基于紫外發(fā)光二極管的質(zhì)譜化學(xué)電離源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及質(zhì)譜電離源，具體的說是一種基于紫外發(fā)光二極管的質(zhì)譜化學(xué)電離 源，適用于現(xiàn)場分析的在線質(zhì)譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 揮發(fā)性有機物（VOCs)和半揮發(fā)性有機物（SVOCs)在環(huán)境中的含量很低，但大多具 有生物毒性，會對人體產(chǎn)生致病、致癌作用，因此環(huán)境中的有機污染物在線監(jiān)測具有重要的 意義，也一直受到廣泛的關(guān)注。在眾多的在線監(jiān)測技術(shù)中，在線質(zhì)譜儀具有分辨率和靈敏 度高、通用性好、定性能力強等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)實時、快速的定性和定量分析，滿足日益增長 的海量樣品分析檢測和環(huán)境污染物在線監(jiān)測的需求。在環(huán)境樣品中有機污染物的在線監(jiān)測 中，特別是對突發(fā)性環(huán)境污染事件的現(xiàn)場快速分析，要求在線質(zhì)譜儀具有較快的分析速度、 較低的功耗、較高的集成度、便攜性及穩(wěn)定性。
[0003] 電離源是質(zhì)譜儀的關(guān)鍵部件之一，它通過不同的物理或化學(xué)過程使待測物分子電 離，進而才能夠被質(zhì)量分析器分離和檢測。電離源不僅決定著所能得到的質(zhì)譜圖特征，而 且在很大程度上也決定了整個儀器的靈敏度、分辨率和分析的準(zhǔn)確度。傳統(tǒng)的有機物質(zhì)譜 中通常采用電子轟擊電離源巧I)，運種電離源是在高真空環(huán)境中，利用熱燈絲發(fā)射電子，通 過電場加速使電子獲得約70eV的能量，去轟擊待測物樣品分子，進而得到樣品離子。EI電 離源的結(jié)構(gòu)簡單，電離效率高，電離化合物時能夠產(chǎn)生碎片離子，進而獲得待測物分子的分 子量和結(jié)構(gòu)信息。但是，EI是一種"硬"電離技術(shù)，大部分化合物在70eV的電子能量下都 會產(chǎn)生大量的碎片離子，在分析復(fù)雜混合物樣品時，會造成質(zhì)譜峰的相互重疊，導(dǎo)致識譜困 難，需要與其它的分離分析技術(shù)（如：色譜）進行聯(lián)用。運樣就增加了分析的時間，無法勝 任需要快速得到定性定量結(jié)果的在線分析。
[0004] 相對于EI來說，化學(xué)電離（Cl)的電離過程較為溫和，是一種"軟"電離技術(shù)。CI 是利用試劑離子與待測樣品分子之間的離子分子反應(yīng)實現(xiàn)待測樣品分子的電離，因此在CI 電離源內(nèi)要求有較高的工作氣壓W滿足較高的碰撞頻率，其工作氣壓一般在10 1到幾個 mbar之間。CI產(chǎn)生的碎片離子少，得到的質(zhì)譜圖相對簡單，具有較高的靈敏度；而且能夠利 用的試劑離子種類很多，通過選擇不同的試劑離子，可W提高不同樣品的電離效率和選擇 性。CI電離源中，試劑離子常利用熱燈絲或氣體放電產(chǎn)生。在使用熱燈絲時，為了減小電離 源內(nèi)較高的工作氣壓對燈絲壽命的影響，需要將燈絲安裝在高真空環(huán)境中，再利用電場把 熱燈絲發(fā)射的電子通過小孔引入較高氣壓下的電離室中，運就影響了電離效率；而且在檢 測氧化性或者腐蝕性氣體樣品時，會大大影響燈絲的壽命。利用氣體放電的方法產(chǎn)生試劑 離子時，需要提供較高功率的高壓電源W滿足氣體放電的需求，而且放電的過程通常較為 劇烈，特別是在直流放電中，其金屬放電電極的氧化會影響到電離源的長期穩(wěn)定性。運些都 會影響到用于現(xiàn)場分析在線質(zhì)譜儀的便攜性、功耗及穩(wěn)定性等性能參數(shù)。
[0005] 據(jù)此，本發(fā)明專利采用體積小巧、功耗極低的紫外發(fā)光二極管扣V-LED)，將 UV-LED發(fā)出的紫外光照射在金屬電極表面，使光電效應(yīng)發(fā)射出的光電子在電場下加速并電 離試劑氣體，產(chǎn)生試劑離子，W實現(xiàn)待測樣品的化學(xué)電離。運種基于UV-LED的質(zhì)譜化學(xué)電 離源具有體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、易于集成等優(yōu)點，適用于現(xiàn)場分析的在線質(zhì)譜儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于紫外發(fā)光二極管的質(zhì)譜化學(xué)電離源。本發(fā)明的化 學(xué)電離源利用光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子激發(fā)試劑氣體，從而產(chǎn)生用于化學(xué)電離的試劑離子， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、易于控制的特點。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0008] 一種基于紫外發(fā)光二極管的質(zhì)譜化學(xué)電離源，包括位于電離源腔體內(nèi)部的紫外發(fā) 光二極管、光電子發(fā)射電極、光電子加速柵網(wǎng)電極、離子推斥電極、試劑離子引出電極、化學(xué) 電離反應(yīng)區(qū)電極和差分接口電極；
[0009] 離子推斥電極、試劑離子引出電極、化學(xué)電離反應(yīng)區(qū)電極和差分接口電極均為中 屯、部位設(shè)置有通孔的平板狀電極，其中，化學(xué)電離反應(yīng)區(qū)電極為1塊或2塊W上相互間隔、 同軸、平行設(shè)置的平板狀電極；離子推斥電極、試劑離子引出電極、化學(xué)電離反應(yīng)區(qū)電極和 差分接口電極沿各電極的通孔軸線從上至下依次相互間隔、同軸、平行設(shè)置；
[0010] 差分接口電極設(shè)置于電離源腔體底部的腔體壁上，差分接口電極和電離源腔體之 間設(shè)置有絕緣材料實現(xiàn)真空密封且相互絕緣；
[0011] 光電子發(fā)射電極和光電子加速柵網(wǎng)電極位于離子推斥電極和試劑離子引出電極 之間的間隔區(qū)域，
[0012] 光電子加速柵網(wǎng)電極為二個平板狀的柵網(wǎng)電極或中空圓筒狀柵網(wǎng)電極，光電子發(fā) 射電極為平板狀電極，二個平板狀的柵網(wǎng)電極及平板狀電極依次相互間隔設(shè)置或中空圓筒 狀柵網(wǎng)電極與平板狀電極相互間隔設(shè)置；構(gòu)成光電子加速柵網(wǎng)電極的二個平板狀柵網(wǎng)電極 和光電子發(fā)射電極均與試劑離子引出電極上通孔軸線相平行，且試劑離子引出電極上的通 孔軸線延長線位于構(gòu)成光電子加速柵網(wǎng)電極的二個平板狀柵網(wǎng)電極之間，或者，構(gòu)成光電 子加速柵網(wǎng)電極的中空圓筒狀柵網(wǎng)電極與試劑離子引出電極上通孔同軸、光電子發(fā)射電極 與試劑離子引出電極上通孔軸線相平行，且試劑離子引出電極上的通孔軸線延長線位于構(gòu) 成光電子加速柵網(wǎng)電極的中空圓筒狀柵網(wǎng)電極中；紫外發(fā)光二極管發(fā)出的紫外光束照射在 光電子發(fā)射電極上靠近光電子加速柵網(wǎng)電極的表面。
[0013] 一試劑氣體進樣管穿過電離源腔體的外壁伸入在電離源腔體內(nèi)部，試劑氣體進樣 管氣體出口設(shè)置于離子推斥電極和試劑離子引出電極之間相互間隔的區(qū)域，試劑氣體進樣 管的氣體入口端與試劑氣體氣源相連；
[0014] 一樣品氣體進樣管穿過電離源腔體的外壁伸入在電離源腔體內(nèi)部，樣品氣體進樣 管氣體出口設(shè)置于試劑離子引出電極和化學(xué)電離反應(yīng)區(qū)電極之間相互間隔的區(qū)域，樣品氣 體進樣管的氣體入口端與樣品氣體氣源相連。
[0015] 光電子發(fā)射電極靠近光電子加速柵網(wǎng)電極的一側(cè)表面由金屬或光電發(fā)射材料制 成，其表面的形狀為下述形狀中的一種：平板狀、圓弧狀及銀齒狀；光電子加速柵網(wǎng)電極為 網(wǎng)狀金屬電極，其網(wǎng)孔軸線朝向光電子發(fā)射電極設(shè)置。
[0016] 紫外發(fā)光二極管發(fā)出的紫外光波長為200~400nm。
[0017] 離子推斥電極和試劑離子引出電極間隔的中屯、區(qū)域構(gòu)成試劑離子產(chǎn)生區(qū)，離子推 斥電極和試劑離子引出電極的間距、即試劑離子產(chǎn)生區(qū)的長度為0.1 ~10cm。
[001引于光電子發(fā)射電極和光電子加速柵網(wǎng)電極上按照電勢由高到低的順序依次加載 不同的電壓，在光電子發(fā)射電極和光電子加速柵網(wǎng)電極之間形成電場強度為1~lOOOV/cm 光電子加速電場；
[0019] 紫外光束照射光電子發(fā)射電極上靠近光電子加速柵網(wǎng)電極一側(cè)的表面上，產(chǎn)生的 光電子（e)經(jīng)光電子加速電場的加速，獲得足夠的能量，并穿過光電子加速柵網(wǎng)電極進入 試劑離子產(chǎn)生區(qū)，光電子在試劑離子產(chǎn)生區(qū)內(nèi)通過電子轟擊電離使試劑氣體電離產(chǎn)生試劑 離子肚）。
[0020] 試劑離子引出電極、化學(xué)電離反應(yīng)區(qū)電極和差分接口電極間隔的中屯、區(qū)域構(gòu)成化 學(xué)電離反應(yīng)區(qū)，樣品分子（M)和試劑離子（G+)之間的化學(xué)電離在化學(xué)電離反應(yīng)區(qū)中進行， 試劑離子引出電極和差分接口電極的間距、即化學(xué)電離反應(yīng)區(qū)的長度為0. 1~20cm。
[0021] 于離子推斥電極、試劑離子引出電極、化學(xué)電離反應(yīng)區(qū)電極和差分接口電極上按 照電勢由高到低的順序依次加載不同的電壓，分別在試劑離子產(chǎn)生區(qū)和化學(xué)電離反應(yīng)區(qū)的 軸線方向形成電場強度為1~