專利名稱：同軸嵌套型多模式離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于質(zhì)譜離子源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種同軸嵌套型電子轟擊復(fù)合電噴霧多模式多功能質(zhì)譜離子源技術(shù)。
背景技術(shù)：
在質(zhì)譜儀中，有機(jī)化合物以及生物分子的離子化是制約質(zhì)譜儀靈敏度的關(guān)鍵因素。自質(zhì)譜儀誕生以來，人們就化合物的離子化技術(shù)展開了不斷的研究。目前，應(yīng)用于質(zhì)譜儀中的離子化技術(shù)主要有四大類，四種類型的電離技術(shù)能夠?qū)⒆匀唤绱嬖诘膸缀跛袣鈶B(tài)、液態(tài)和固態(tài)的分子進(jìn)行電離。其中，電子轟擊電離(EI)技術(shù)與電噴霧電離(ESI)技術(shù)是最為常用的兩種化合物離子化技術(shù)。電子轟擊電離與電噴霧電離能夠?qū)^大多數(shù)化合物進(jìn)行電離，配合高分辨的質(zhì)量 濾質(zhì)器與檢測器，電子轟擊電離質(zhì)譜法與電噴霧電離質(zhì)譜法能夠滿足日常絕大部分有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)與含量分析，成為目前有機(jī)化合物分析領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的兩類質(zhì)譜分析法。電子轟擊電離是一種“硬”電離技術(shù)，需要較高的真空度(10_4pa)，且只能電離處于氣態(tài)的化合物，因此電子轟擊電離質(zhì)譜儀一般與氣相色譜(GC)聯(lián)合使用，用于分析易于氣化且在高溫下較為穩(wěn)定的有機(jī)化合物；電噴霧電離是一種“軟”電離技術(shù)，電離過程在大氣壓環(huán)境在即可進(jìn)行，而且對處于溶液中的有機(jī)化合物能夠進(jìn)行有效電離，因此電噴霧電離質(zhì)譜法一般與液相色譜(LC)聯(lián)用，用于分析難于汽化且在高溫下不穩(wěn)定的化合物。質(zhì)譜儀檢測靈敏度和檢測效率的提高與化合物在離子源中電離效率有直接的關(guān)系。為了提高化合物的電離效率以及能夠使離子源適用不同狀態(tài)的樣品，人們在傳統(tǒng)離子源的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。其中，將兩種不同類型的電離技術(shù)復(fù)合在同一離子源中被證明是行之有效的發(fā)法。目前，已經(jīng)有將電噴霧電離與解吸電離耦合形成單一離子源的技術(shù)。上述將激光解吸電離與電噴霧電離結(jié)合而形成的新電離技術(shù)在提高待測物中化合物的離子化效率與質(zhì)譜檢測器的靈敏度方面有重要的意義。然而，無論是DESI還是ELDI電離源都無法實(shí)現(xiàn)對多種狀態(tài)樣品(如氣態(tài)樣品、液態(tài)樣品)的同時(shí)電離，無法滿足利用質(zhì)譜進(jìn)行快速檢測的目的，因而其應(yīng)用范圍受到一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種同軸嵌套型多模式離子源，為質(zhì)譜儀僅使用一個(gè)離子源就能同時(shí)分析氣態(tài)樣品和液態(tài)樣品提供了可能，配備此離子源的質(zhì)譜在多個(gè)工作模式間可自動快速切換，是一種緊湊且高效的離子源設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
提供一種同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其特征在于由排布在同一進(jìn)樣錐軸線上的電子轟擊離子源和電噴霧離子源耦合嵌套而成，所述的電子轟擊離子源包括燈絲、陽極、推斥極、電透鏡組、石英毛細(xì)管柱、轟擊電離室以及必要的電路連接組件，在電子轟擊源所處的質(zhì)譜真空腔室前端固定電噴霧離子源；所述的電噴霧離子源包括電噴霧噴針、進(jìn)樣錐、噴霧室、不銹鋼毛細(xì)導(dǎo)管、采樣錐以及必要的電路和氣路裝置；所述進(jìn)樣錐軸線位置固定了兩種同軸嵌套的毛細(xì)管不銹鋼毛細(xì)導(dǎo)管用來傳輸電噴霧離子流，石英毛細(xì)管柱則用來傳送氣態(tài)樣品。所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其電子轟擊電離功能和電噴霧電離功能相對獨(dú)立，能夠只啟用電子轟擊電離功能用以分析氣態(tài)樣品，或只啟用電噴霧電離功能用以分析液態(tài)樣品，也能夠同時(shí)使用上述兩種電離功能完成對同一種樣品不同電離方式的分析，或同時(shí)電離兩種不同樣品以研究其分子離子反應(yīng)機(jī)理，其相應(yīng)的工作模式分別為電子轟擊模式、電噴霧模式和電子轟擊電噴霧模式，離子源可在三種工作模式之間完成自動快速切換。所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其特征在于電噴霧離子流經(jīng)由不銹鋼毛細(xì)導(dǎo)管輸入電子轟擊源所處的質(zhì)譜真空腔室內(nèi)，離子穿過兩個(gè)平行采樣錐和電子轟擊源后進(jìn)入后續(xù)調(diào)制裝置；氣態(tài)樣品通過石英毛細(xì)管柱進(jìn)入轟擊電離室后直接在此處電離，電離產(chǎn)生的的離子在推斥極的推斥下進(jìn)入后續(xù)調(diào)制裝置。
所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其特征在于所述不銹鋼毛細(xì)導(dǎo)管為一圓周形管道，管道中間設(shè)有一小孔通道為石英毛細(xì)管柱入口，以便石英毛細(xì)管柱能夠進(jìn)入質(zhì)譜
真空腔室內(nèi)。所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其特征在于電噴霧噴針位于噴霧室的頂端，在進(jìn)樣錐的正上方，與進(jìn)樣錐的角度為60 90度；在噴霧室的前端與石英毛細(xì)管柱入口相對的位置設(shè)有一開口，以便電子轟擊石英毛細(xì)管柱通過。所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其特征在于在進(jìn)樣錐的后方設(shè)置兩個(gè)平行的采樣錐，在第一個(gè)采樣錐與進(jìn)樣錐之間、兩個(gè)平行采樣錐之間、第二個(gè)采樣錐之后各設(shè)一個(gè)真空抽口，均連接前級機(jī)械泵和分子渦輪泵。所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其特征在于所述轟擊電離室設(shè)在第二個(gè)采樣錐之后，由石英毛細(xì)管柱進(jìn)樣的氣態(tài)樣品在此處經(jīng)電子轟擊而電離成帶電碎片離子，其離子通道將和電噴霧離子通道交匯重合。所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，由于同軸嵌套型多模式離子源中的電噴霧離子通道長于常規(guī)的電噴霧離子源，其末端離子通道完全暴露在轟擊電離室內(nèi)。本設(shè)計(jì)采用在其離子通道上增設(shè)離子傳輸裝置、調(diào)整電子轟擊離子源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)置輔助氣路的方案來保證電噴霧離子化模式的離子傳輸效率。本發(fā)明的特點(diǎn)在于通過將電噴霧離子源與電子轟擊離子源進(jìn)行同一進(jìn)樣錐軸線上的嵌套耦合，從而使一種一體化多模式多功能離子源成為可能。這種新型離子源的同軸嵌套結(jié)構(gòu)是一種緊湊型設(shè)計(jì)方案，其全部的電子轟擊離子通道和末端的電噴霧離子通道完全重合，在保證電離效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了空間的高效利用。


圖I為同軸嵌套型多模式離子源結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為進(jìn)樣錐前端俯視圖。附圖中1.電子轟擊石英毛細(xì)管柱；2.噴霧室開口 ；3.毛細(xì)管入口 ；4.電噴霧噴針；5.噴霧室；6.電噴霧不銹鋼毛細(xì)導(dǎo)管；7.進(jìn)樣錐；8.真空抽口 ；9.采樣錐；10.推斥極；11.燈絲；12.陽極；13.轟擊電離室；14.電透鏡組；15.質(zhì)譜真空腔室。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源
如附圖I所示，本發(fā)明為一種由電子轟擊離子源和電噴霧離子源同軸嵌套而成的新型離子源裝置，其中電子轟擊電離相關(guān)配件位于質(zhì)譜真空腔室(15)內(nèi)部，由燈絲(11)、陽極
(12)、推斥極(10)、電透鏡組(14)、石英毛細(xì)管柱(I)以及轟擊電離室(13)組成；電噴霧噴針(4)位于噴霧室(5)內(nèi)，噴霧室(5)則位于質(zhì)譜真空腔室(15)的前端正前方；在噴霧室
(5)與石英毛細(xì)管柱(I)入口相對的位置開設(shè)另一小口(2)，以便石英毛細(xì)管柱(I)能進(jìn)入噴霧室(5)內(nèi)；不銹鋼毛細(xì)導(dǎo)管(6)位于質(zhì)譜真空腔室(15)的正前方，穿過進(jìn)樣錐(7)中心的毛細(xì)管入口(3)而插入質(zhì)譜真空腔(15)內(nèi)；在毛細(xì)導(dǎo)管(6)的正中心開有一小孔，為石英毛細(xì)管柱(I)入口 ；轟擊電離室(13)的前部固定有兩個(gè)平行的采樣錐(9)，采樣錐(9)前后 的真空抽口(8)保證了電子轟擊離子源所處空間的高真空度；氣態(tài)樣品通過石英毛細(xì)管柱
(I)直接輸入轟擊電離室(5)后被電離為帶電碎片離子，經(jīng)電透鏡組(14)調(diào)制后再進(jìn)入后續(xù)調(diào)制裝置；電噴霧離子經(jīng)由不銹鋼毛細(xì)導(dǎo)管(6)輸入質(zhì)譜真空腔室(15)內(nèi)，離子穿過平行采樣錐(9)和電子轟擊源后進(jìn)入后續(xù)調(diào)制裝置。實(shí)施例2:電子轟擊電離工作模式
如圖I所示，氣態(tài)待測化合物隨氦氣流進(jìn)入石英毛細(xì)管柱(1)，經(jīng)過位于噴霧室(5)的開口(2)、位于質(zhì)譜真空腔室(15)中進(jìn)樣錐(7)中心的毛細(xì)管入口(3)(圖2)和兩個(gè)平行采樣錐(9)后達(dá)到轟擊電離室(13);轟擊電離室(13)的真空度在前級機(jī)械泵和分子渦輪泵的共同作用下達(dá)到10_4 Pa以下，此時(shí)加載于燈絲(11)上的電壓發(fā)射出能量為70 eV的電子束流，與垂直方向上的樣品分子發(fā)生碰撞并使之?dāng)嗔殉刹煌|(zhì)量的帶電荷碎片；帶電荷碎片離子在推斥極(10)的作用下被推入電透鏡組(14)，經(jīng)電透鏡組(14)調(diào)制后形成電子轟擊離子束流并輸入后續(xù)調(diào)制裝置，最終在質(zhì)量分析器中完成精確定性定量分析。此時(shí)電噴霧離子源停止工作，處于待命狀態(tài)。實(shí)施例3 電噴霧電離模式
如圖I所示，液態(tài)樣品注入電噴霧噴針(4)后，對電噴霧噴針(4)施加以高壓直流電，使流出的液滴電離，帶電液滴在噴霧室(5)內(nèi)迅速霧化并去溶劑化，而后由穿過毛細(xì)管入口
(3)的不銹鋼毛細(xì)導(dǎo)管(6)將帶電離子輸入質(zhì)譜真空腔室(15)內(nèi)；電噴霧離子經(jīng)過兩個(gè)平行采樣錐(9)的去溶后，再穿過電子轟擊源所在的區(qū)域并進(jìn)入后續(xù)調(diào)制裝置，經(jīng)調(diào)制形成電噴霧離子束流，最終輸入在質(zhì)量分析器中進(jìn)行質(zhì)量分析。此時(shí)電子轟擊離子源停止工作，處于待命狀態(tài)。實(shí)施例4 電子轟擊電噴霧電離模式
轟擊電離室(13)所處的質(zhì)譜真空腔室(15)內(nèi)的真空度在前級機(jī)械泵和分子渦輪泵的共同作用下達(dá)到10_4 pa以下，此時(shí)位于質(zhì)譜真空腔室(15)前方的噴霧室(5)的壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；當(dāng)電子轟擊離子源所處空間的真空度達(dá)到工作要求后，此時(shí)氣態(tài)樣品可按照實(shí)施例I所示的途徑和方法在轟擊電離室(13)中電離，同時(shí)液態(tài)樣品則按照實(shí)施例2所示的途徑在噴霧室(5)中霧化電離，兩束離子在轟擊電離室(13)內(nèi)交匯混合，一并經(jīng)后續(xù)調(diào)制裝置調(diào)制后，共同輸入質(zhì)量分析器中進(jìn)行質(zhì)量分析。
權(quán)利要求
1.一種同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其特征在于由排布在同一進(jìn)樣錐軸線上的電子轟擊離子源和電噴霧離子源耦合嵌套而成，所述的電子轟擊離子源包括燈絲、陽極、推斥極、電透鏡組、石英毛細(xì)管柱、轟擊電離室以及必要的電路連接組件，在電子轟擊源所處的質(zhì)譜真空腔室前端固定電噴霧離子源；所述的電噴霧離子源包括電噴霧噴針、進(jìn)樣錐、噴霧室、不銹鋼毛細(xì)導(dǎo)管、采樣錐以及必要的電路和氣路裝置；所述進(jìn)樣錐軸線位置固定了兩種同軸嵌套的毛細(xì)管不銹鋼毛細(xì)導(dǎo)管用來傳輸電噴霧離子流，石英毛細(xì)管柱則用來傳送氣態(tài)樣品。
2.權(quán)利要求I所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其電子轟擊電離功能和電噴霧電離功能相對獨(dú)立，能夠只啟用電子轟擊電離功能用以分析氣態(tài)樣品，或只啟用電噴霧電離功能用以分析液態(tài)樣品，也能夠同時(shí)使用上述兩種電離功能完成對同一種樣品不同電離方式的分析，或同時(shí)電離兩種不同樣品以研究其分子離子反應(yīng)機(jī)理，其相應(yīng)的工作模式分別為電子轟擊模式、電噴霧模式和電子轟擊電噴霧模式，離子源可在三種工作模式之間完成自動快速切換。
3.權(quán)利要求I所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其特征在于電噴霧離子流經(jīng)由不銹鋼毛細(xì)導(dǎo)管輸入電子轟擊源所處的質(zhì)譜真空腔室內(nèi)，離子穿過兩個(gè)平行采樣錐和電子轟擊源后進(jìn)入后續(xù)調(diào)制裝置；氣態(tài)樣品通過石英毛細(xì)管柱進(jìn)入轟擊電離室后直接在此處電離，電離產(chǎn)生的離子在推斥極的推斥下進(jìn)入后續(xù)調(diào)制裝置。
4.權(quán)利要求I所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其特征在于所述不銹鋼毛細(xì)導(dǎo)管為一圓周形管道，管道中間設(shè)有一小孔通道為石英毛細(xì)管柱入口，以便石英毛細(xì)管柱能夠進(jìn)入質(zhì)譜真空腔室內(nèi)。
5.權(quán)利要求I所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其特征在于電噴霧噴針位于噴霧室的頂端，在進(jìn)樣錐的正上方，與進(jìn)樣錐的角度為60 90度；在噴霧室的前端與石英毛細(xì)管柱入口相對的位置設(shè)有一開口，以便電子轟擊石英毛細(xì)管柱通過。
6.權(quán)利要求I所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其特征在于在進(jìn)樣錐的后方設(shè)置兩個(gè)平行的采樣錐，在第一個(gè)采樣錐與進(jìn)樣錐之間、兩個(gè)平行采樣錐之間、第二個(gè)采樣錐之后各設(shè)一個(gè)真空抽口，均連接前級機(jī)械泵和分子渦輪泵。
7.權(quán)利要求6所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其特征在于所述轟擊電離室設(shè)在第二個(gè)采樣錐之后，由石英毛細(xì)管柱進(jìn)樣的氣態(tài)樣品在此處經(jīng)電子轟擊而電離成帶電碎片離子，其離子通道將和電噴霧離子通道交匯重合。
8.權(quán)利要求I所述的同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源，其特征在于同軸嵌套結(jié)構(gòu)的多模式離子源中的電噴霧離子通道長于常規(guī)的電噴霧離子源，其末端離子通道完全暴露在轟擊電離室內(nèi)。
全文摘要
一種同軸嵌套型多模式離子源，其特征在于由排布在同一進(jìn)樣錐軸線上的電子轟擊離子源和電噴霧離子源耦合嵌套而成。其中，電子轟擊電離功能和電噴霧電離功能相對獨(dú)立，能夠只啟用電子轟擊電離功能用以分析氣態(tài)樣品，或只啟用電噴霧電離功能用以分析液態(tài)樣品，也能夠同時(shí)使用上述兩種電離功能完成對同一種樣品不同電離方式的分析，或同時(shí)電離兩種不同樣品以研究其分子離子反應(yīng)機(jī)理，其相應(yīng)的工作模式分別為電子轟擊模式、電噴霧模式和電子轟擊電噴霧模式，離子源可在三種工作模式之間完成自動快速切換。本發(fā)明使電子轟擊電噴霧一體化多模式的離子化方法成為可能，具備結(jié)構(gòu)緊湊、電離充分、一源多用等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01J49/16GK102820201SQ20121031827
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月2日
發(fā)明者王利兵, 丁利, 清江, 于艷軍, 胥傳來, 侯堯 申請人:王利兵