專利名稱：一種真空紫外燈電離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及質(zhì)譜電離源，在電離過程中設(shè)計永磁聚焦環(huán)以提高離子傳輸效率；這 種技術(shù)不僅提高了電離傳輸效率，而且實現(xiàn)了紫外光和電子碰撞電離模式和紫外光電離模 式的切換。
背景技術(shù)：
真空紫外燈電離源具有體積小，功耗低，靈敏度高，壽命長，譜圖簡單等優(yōu)點，適合 于復(fù)雜樣品分析及樣品的在線監(jiān)測，過程監(jiān)控等領(lǐng)域。但與電子碰撞電離源相比，真空紫外 燈電離源要求被電離樣品的電離能低于其光電子能量，且化合物的碎片信息較少，難以獲 得樣品化合物的結(jié)構(gòu)信息。電子碰撞電離源具有結(jié)構(gòu)簡單，能獲得化合物碎片信息，與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對照可以實 現(xiàn)對化合物的鑒定的優(yōu)點。但其功耗高，壽命短，由于譜圖比較復(fù)雜，且分子離子峰往往較 弱，難以對復(fù)雜樣品進(jìn)行鑒別。將兩種電離源相結(jié)合一直是重要的研究課題。目前的解決方案主要是將電子碰撞 電離裝置集成到紫外光電離裝置中。這種方案對氣壓，功耗以及使用壽命都有苛刻的要求， 且集成過程中技術(shù)復(fù)雜，導(dǎo)致成本大大增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于質(zhì)譜的真空紫外燈電離裝置，具有檢測線低，靈 敏度高，樣品選擇范圍寬，壽命長，功耗低等優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為—種真空紫外燈電離裝置，包括一電離腔，在電離腔上方安裝有作為電離源的真 空紫外燈，在距真空紫外燈窗口下方l_4mm處設(shè)置有一推斥板，在距離推斥板正下方10_30mm處設(shè)置有一永磁聚焦環(huán)，永磁聚焦環(huán)為中間開孔的 圓板，孔徑為2mm-20mm，并與推斥板同軸；在永磁聚焦環(huán)的正下方0. I-IOOmm處設(shè)有一小孔板，小孔板為中間開孔的圓板， 孔徑為0. lmm-20mm，并與推斥板同軸；在小孔板正下方l_4mm處設(shè)有同軸的三個透鏡，與推斥板同軸；在永磁聚焦環(huán)、小孔板及透鏡之間分別設(shè)有l(wèi)_3mm厚的絕緣密封墊阻隔；一進(jìn)樣毛細(xì)管將氣體樣品從電離室的一側(cè)引入真空紫外燈前端的窗口下方進(jìn)行 電離，真空紫外燈的光軸同氣體樣品的進(jìn)樣方向相垂直；推斥板、永磁聚焦環(huán)、小孔板及透鏡均設(shè)置電離腔內(nèi)部、并與真空紫外燈的光軸同 軸；在透鏡正下方的電離腔壁面上開有孔，在孔的正下方設(shè)置有一質(zhì)量分析器。在電離腔的側(cè)壁上設(shè)置有泵接口 ；在推斥板上施加1-100V的電壓；在永磁聚焦環(huán) 上施加的電壓為推斥板電壓的60-95% ；永磁聚焦環(huán)為具有100 2000高斯的永磁體，并具有導(dǎo)電性能。
在真空紫外光電離模式下，于小孔板上施加的電壓為0 -20V。在真空紫外光和電子碰撞電離模式下，于小孔板上施加的電壓為-10 -150V。由紫外燈發(fā)出的真空紫外光照在小孔板上產(chǎn)生光電子，光電子在小孔板與推斥板 之間的電場中被加速，與電離腔中的樣品分子發(fā)生電子碰撞電離。真空紫外燈發(fā)出的真空 紫外光還可以將樣品分子直接光電離，形成樣品離子。產(chǎn)生的樣品離子被永磁聚焦環(huán)聚焦 后引入小孔板，通過透鏡系統(tǒng)調(diào)整后進(jìn)入質(zhì)量分析器。由于使用永磁聚焦環(huán)和小孔板的結(jié)構(gòu)設(shè)計，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.凸形電場能夠?qū)⑤^大范圍內(nèi)的正離子匯聚到小孔板的孔中，大大提高了離子傳 輸效率。2.永磁聚焦環(huán)與推斥板之間的電壓壓差較小，這樣形成的離子束在軸方向上能量 分散比較小，有利于透鏡系統(tǒng)的整形。3.通過調(diào)節(jié)小孔板電壓，可以實現(xiàn)紫外光電離模式和紫外光和電子碰撞電離模式轉(zhuǎn)換。4.永磁聚焦環(huán)上對周圍空間施加的磁場可以使電子以螺旋軌跡運動，增強(qiáng)了電子 與樣品分子的碰撞幾率，提高紫外光和電子碰撞電離模式下電離源的靈敏度。在紫外光和電子碰撞電離模式下，電離源具有紫外光電離和電子碰撞電離兩種電 離源的優(yōu)點。本電離源能夠在電子碰撞電離產(chǎn)生的碎片的基礎(chǔ)上增強(qiáng)其分子離子的信號 峰，而且其壽命和功耗均優(yōu)于由于電子碰撞電離源。紫外光和電子碰撞電離源與電子碰撞 電離源和紫外光電離源的比較結(jié)果如表1所示，從表中的比較可以看出，紫外光和電子碰 撞電離源集中了電子碰撞電離源和紫外光電離源的優(yōu)點。由于真空紫外燈的單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光子數(shù)比較少(KTphotons/s)，因此其靈敏 度不高一直是制約真空紫外燈光電離應(yīng)用的重要因素。在本發(fā)明中，使用永磁聚焦環(huán)，能 夠使較大范圍內(nèi)產(chǎn)生的離子聚焦至小孔板中，然后通過透鏡對離子整形從而獲得更強(qiáng)的離 子信號。在本發(fā)明中，由永磁聚焦環(huán)和小孔板所形成的電場為凸形電場，對正離子有匯聚作 用。電子受到磁場的約束，以螺旋運動方式前進(jìn)。Simion模擬結(jié)果如圖4所示。從圖中可 以看出凸形電場對離子的匯聚作用以及磁場對電子路徑的延長作用。本發(fā)明中與未加永磁 聚焦環(huán)相比，紫外燈電離模式下信號強(qiáng)度能提高2個數(shù)量級左右，電子電離模式下信號提 高5-10倍左右。本發(fā)明在沒有富集的情況下與飛行時間質(zhì)量分析器連接后，2如內(nèi)30萬次 累加，得到的質(zhì)譜圖中苯檢測線可以達(dá)到0. lppm，大大優(yōu)于文獻(xiàn)報道的同類電離源。綜上所述，本發(fā)明具有待測樣品范圍廣，靈敏度高，功耗低，壽命長，工作氣壓范圍 寬等特點，在過程監(jiān)控以及有機(jī)污染物實時在線分析方面有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明中加磁場后與未加磁場時空氣信號強(qiáng)度的對比圖3為對永磁聚焦環(huán)增強(qiáng)EI電離機(jī)理的Simion模擬結(jié)果
具體實施例方式如圖1所示，一種真空紫外燈電離裝置，包括一電離腔2，在電離腔2上方安裝有作為電離源的真空紫外燈1，在距真空紫外燈1窗口下方l_4mm處設(shè)置有一推斥板3，在距離推斥板3正下方30mm處設(shè)置有一永磁聚焦環(huán)5，永磁聚焦環(huán)5為中間開孔 的圓板，孔徑為6mm，并與推斥板3同軸；在永磁聚焦環(huán)5的正下方Imm處設(shè)有一小孔板7，小孔板7為中間開孔的圓板，孔 徑為1mm，并與推斥板3同軸；在小孔板7正下方Imm處設(shè)有同軸的三個透鏡8，與推斥板3同軸；在永磁聚焦環(huán)5、小孔板7及透鏡8之間分別設(shè)有Imm厚的絕緣密封墊阻隔；一進(jìn)樣毛細(xì)管4將氣體樣品從電離室的一側(cè)引入真空紫外燈1前端的窗口下方進(jìn) 行電離，真空紫外燈1的光軸同氣體樣品的進(jìn)樣方向相垂直；推斥板3、永磁聚焦環(huán)4、小孔板7及透鏡8均設(shè)置電離腔內(nèi)部、并與真空紫外燈1 的光軸同軸；在透鏡8的正下方的電離腔壁面上開有孔，在孔的正下方設(shè)置有設(shè)置有一質(zhì) 量分析器9。在電離腔2的側(cè)壁上設(shè)置有泵接口 6。本發(fā)明中利用毛細(xì)管長度及管徑調(diào)整保證電離區(qū)中的氣壓，將樣品從大氣引入至 電離區(qū)，與紫外燈光柱垂直。推斥板與紫外燈同軸相距1mm，加IOV電壓，永磁聚焦環(huán)在推斥 板下方20mm處，所加電壓為推斥板電壓的90%。小孔板在永磁聚焦環(huán)下方Imm處，根據(jù)使 用模式不同，所加電壓不同。在真空紫外光電離模式下，小孔板接地，為-4V。在真空紫外光 和電子碰撞電離模式下，小孔板所加電壓為-60V。透鏡系統(tǒng)在小孔板下方Imm處，由絕緣墊 片密封阻隔，所加電壓與推斥板電壓和小孔板電壓相關(guān)。在紫外光電離模式下，小孔板為-4V。紫外燈所發(fā)射的光子與由毛細(xì)管垂直引入的 樣品相互作用，使樣品發(fā)生電離，電離后產(chǎn)生的正離子在匯聚電場的作用下匯聚到小孔板 的小孔后，進(jìn)入透鏡系統(tǒng)。通過電壓調(diào)節(jié)，透鏡對離子束進(jìn)行整形。在紫外光和電子碰撞電離模式下，小孔板接負(fù)電壓，當(dāng)接-60V左右時，獲得的電 子碰撞電離的效果較好，由電子碰撞電離產(chǎn)生的信號與未加磁場時相比提高為原來的5-10 倍。由磁場引起的電子螺旋運動由圖3所示由毛細(xì)管引入的樣品氣體一部分被紫外光電 離，產(chǎn)物多形成分子離子。另一部分被加速了的電子碰撞，產(chǎn)物為碎片離子和分子離子。由 兩種電離產(chǎn)生的離子信號均被聚焦后引入透鏡系統(tǒng)整形，最后進(jìn)入質(zhì)量分析器中進(jìn)行分 析。有無磁場條件下質(zhì)譜信號如圖2所示。測試使用的是苯，甲苯，二甲苯各IOOppm 的混合氣，氮氣為平衡氣。加磁場條件下的氮氣信號和氬氣信號(紅色)比不加磁場條件 下(黑色)提高了 7倍，而苯，甲苯，二甲苯的信號幾乎不受影響。此圖同時證明了磁場對 光電子碰撞電離的增強(qiáng)作用。用Simion模擬磁場條件下電子和離子的運行軌跡，結(jié)果如圖3所示。從圖中可以 看到電子的螺旋運動軌跡很明顯(綠色)，而離子卻沒有明顯的螺旋運動軌跡，說明受到磁 場的影響較小(紅色)。表1為本發(fā)明與電子碰撞電離的優(yōu)缺點比較結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種真空紫外燈電離裝置，其特征在于包括一電離腔0)，在電離腔(2)上方安裝有作為電離源的真空紫外燈(1)，在距真空紫外燈(1)窗口下方 設(shè)置有一推斥板(3)，在距離推斥板(3)正下方設(shè)置有一永磁聚焦環(huán)(5)，永磁聚焦環(huán)(5)為中間開孔的圓 板，并與推斥板⑶同軸；在永磁聚焦環(huán)(5)的正下方設(shè)有一小孔板(7)，小孔板(7)為中間開孔的圓板，并與推 斥板(3)同軸；在小孔板(7)正下方l_4mm處設(shè)有同軸的三個透鏡(8)，與推斥板(3)同軸； 在永磁聚焦環(huán)(5)、小孔板(7)及透鏡(8)之間分別設(shè)有絕緣密封墊阻隔； 在電離腔⑵的側(cè)壁上設(shè)置有伸入電離腔⑵內(nèi)部的進(jìn)樣毛細(xì)管⑷； 推斥板(3)、永磁聚焦環(huán)(5)、小孔板(7)及透鏡⑶均設(shè)置在電離腔(2)內(nèi)部、并與真 空紫外燈(1)的光軸同軸；在透鏡(8)正下方的電離腔(2)壁面上開有孔，在孔的正下方設(shè)置有一質(zhì)量分析器⑶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于電離腔O)的內(nèi)部、于推斥板(3)和永磁聚焦環(huán)(5)間形成電離室，進(jìn)樣毛細(xì)管(4)將 氣體樣品從電離室的一側(cè)引入真空紫外燈(1)前端的窗口下方進(jìn)行電離，真空紫外燈(1) 的光軸同氣體樣品的進(jìn)樣方向相垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于在電離腔(2)的側(cè)壁上設(shè)置有泵接口(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于在推斥板(3)上施加1-100V的電壓；在永 磁聚焦環(huán)(5)上施加的電壓為推斥板電壓的10 500%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于永磁聚焦環(huán)( 為中間孔直徑為2-20mm，具 有100-2000高斯的永磁體，并具有導(dǎo)電性能；小孔板⑵為中間開孔的孔徑為0. lmm-20mm ；在永磁聚焦環(huán)(5)、小孔板(7)及透鏡(8)之間分別設(shè)有0. I-IOmm厚的絕緣密封墊阻隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于在真空紫外光電離模式下，于小孔板(7)上 施加的電壓為0 -20V。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于在真空紫外光和電子碰撞電離模式下，于小 孔板(7)上施加的電壓為-10 -150V。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于在距真空紫外燈(1)窗口下方l_4mm處、電離腔O)內(nèi)部設(shè)置有一推斥板(3)， 在距離推斥板( 正下方10-30mm處設(shè)置有一永磁聚焦環(huán)(5)，永磁聚焦環(huán)( 為中間 開孔的圓板，并與推斥板(3)同軸；在永磁聚焦環(huán)(5)的正下方0. I-IOOmm處設(shè)有一小孔板(7)，小孔板(7)為中間開孔的 圓板，并與推斥板⑶同軸。
全文摘要
一種真空紫外燈電離裝置，包括電離腔，紫外燈，推斥板，永磁聚焦環(huán)，小孔板，毛細(xì)管進(jìn)樣以及透鏡系統(tǒng)。本發(fā)明中的電離源有兩種工作模式，一種是紫外光電離模式，另一種是紫外光和電子碰撞電離模式，兩種模式可以通過電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換。利用永磁聚焦環(huán)對電子的作用，使電子沿螺旋線運動，增強(qiáng)了電子碰撞幾率，提高了電子碰撞電離模式的檢測靈敏度。本發(fā)明具有待測樣品范圍廣，靈敏度高，功耗低，壽命長，工作氣壓范圍寬等特點，在過程監(jiān)控以及環(huán)境在線分析方面有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號H01J49/16GK102103972SQ20091026544
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者侯可勇, 吳慶浩, 崔華鵬, 李海洋, 花磊, 陳平 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所