【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及分析儀器領(lǐng)域，特別是涉及一種真空電噴霧離子源及質(zhì)譜儀。

背景技術(shù)：

質(zhì)譜分析法具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高、分析速度快以及定性能力強(qiáng)等特點，是應(yīng)用最廣泛的分析技術(shù)之一。為了滿足現(xiàn)場實時分析和在線快速檢測分析的迫切需求，小型化和便攜化已經(jīng)成為質(zhì)譜儀發(fā)展的一個重要方向。

傳統(tǒng)的電噴霧離子源結(jié)構(gòu)簡單，其工作過程可簡單描述為：樣品溶液以低流速通過毛細(xì)管。毛細(xì)管上通入高電壓，該電壓的正負(fù)取決于待測物的性質(zhì)。電壓提供液體表面電荷分離所需要的電場梯度。在電場的作用下，液體在毛細(xì)管尖端形成“泰勒錐”。當(dāng)泰勒錐尖端的溶液到達(dá)瑞利極限即表面電荷的庫侖斥力與溶液表面張力相當(dāng)?shù)呐R界點時，錐尖將產(chǎn)生含有大量電荷的液滴。隨著溶劑蒸發(fā)，液滴收縮，液滴內(nèi)電荷間排斥力增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)并超越瑞利極限，液滴會發(fā)生庫侖爆炸，除去液滴表面的過量電荷，生成更小的帶電小液滴。生成的帶電小液滴進(jìn)一步發(fā)生新一輪爆炸，往復(fù)循環(huán)，最終得到氣相離子，最終被質(zhì)量分析器檢測到。

傳統(tǒng)電噴霧離子源，在大氣壓環(huán)境下產(chǎn)生氣相離子，然后經(jīng)過進(jìn)樣裝置傳輸?shù)秸婵涨惑w內(nèi)再被質(zhì)量分析器檢測到，這一過程會造成離子傳輸損耗，制約了檢測物質(zhì)的信號強(qiáng)度和檢測限。因此，開發(fā)一種簡易的真空電噴霧離子源，以簡化儀器結(jié)構(gòu)、降低離子損耗、提高檢測物質(zhì)的信號強(qiáng)度和檢測限，有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種真空電噴霧離子源及質(zhì)譜儀，可降低離子傳輸過程中的損耗，提高檢測時的信號強(qiáng)度和檢測限。

本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：

一種真空電噴霧離子源，包括中空毛細(xì)管、真空腔體、進(jìn)氣管、供氣裝置和調(diào)節(jié)裝置，所述中空毛細(xì)管的第一端為取樣端口，第二端作為真空電噴霧的噴頭，伸入所述真空腔體內(nèi)，所述真空腔體中的氣壓在10^-4～200pa的范圍內(nèi)；所述進(jìn)氣管的一端伸入所述真空腔體內(nèi)，另一端與供氣裝置相連；所述調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)所述進(jìn)氣管內(nèi)間歇性地流過氣體。

上述真空電噴霧離子源中，通過取樣端和噴頭的內(nèi)外壓差作為驅(qū)動力使進(jìn)入毛細(xì)管中的待測液體樣品被吸入到位于真空腔體內(nèi)的噴頭端，同時通過調(diào)節(jié)裝置、進(jìn)氣管控制氣體間歇性地進(jìn)入真空腔體內(nèi)，以營造瞬時大氣壓環(huán)境，使噴頭可在真空腔體下產(chǎn)生穩(wěn)定的電噴霧。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，

所述真空電噴霧離子源還包括三通接頭；所述進(jìn)氣管包括第一中空管和第二中空管；所述中空毛細(xì)管的第二端依次穿過所述三通接頭的第一接口、第二接口，伸入所述真空腔體內(nèi)；所述第一中空管的一端與所述第二中空管的一端在所述三通接頭內(nèi)相連，所述第一中空管的另一端從所述第二接口穿過，伸入所述真空腔體內(nèi)；所述第二中空管的另一端從所述第三接口穿過，與所述供氣裝置相連。

上述方案中，通過三通接頭與毛細(xì)管、第一中空管和第二中空管的連接設(shè)置，可實現(xiàn)一種結(jié)構(gòu)較為簡湊的真空電噴霧離子源，從而便于集成化和便攜化。

進(jìn)一步優(yōu)選地，

所述中空毛細(xì)管在所述三通接頭內(nèi)穿過所述第一中空管的內(nèi)部，與所述第一中空管在同一位置穿過所述第二接口、伸入所述真空腔體內(nèi)。

在所述真空腔體內(nèi)，所述中空毛細(xì)管的端口相對于所述第一中空管的端口平齊或間距1cm以內(nèi)。優(yōu)選地，中空毛細(xì)管的端口相對于第一中空管的端口縮進(jìn)1cm的范圍內(nèi)，這樣，中空毛細(xì)管噴出的液體樣品較好地沉浸于第一中空管通入的氣體營造的大氣壓環(huán)境下，從而可提高電離效果。

進(jìn)一步優(yōu)選地，

所述進(jìn)氣管還包括第三中空管、硅膠軟管；所述調(diào)節(jié)裝置包括夾管閥；所述第三中空管的一端與所述第二中空管的一端通過硅膠軟管在所述夾管閥內(nèi)相連，所述第三中空管的另一端與所述供氣裝置相連，所述夾管閥用于控制所述第三中空管與所述第二中空管之間的氣流流通。通過硅膠軟管和夾管閥的設(shè)置，可較便捷地實現(xiàn)進(jìn)氣的間歇性控制，以及方便地控制進(jìn)氣引起的真空腔體的氣壓變化，實現(xiàn)最優(yōu)氣壓，獲得盡可能高地檢測強(qiáng)度和檢測限。

進(jìn)一步優(yōu)選地，

所述供氣裝置供應(yīng)的氣體為氦氣。通入的氣體可為空氣、氮氣、氦氣、氫氣、氬氣中的一種或多種的混合，但優(yōu)選地為氦氣。通入的氣體除了用于營造瞬時大氣壓環(huán)境之外，還會作為緩沖氣分子與電離產(chǎn)生的離子進(jìn)行碰撞。當(dāng)通入氦氣時，其為分子量相對較小的氣體，作為緩沖氣分子與離子進(jìn)行的碰撞比較溫和，使電噴霧離子不產(chǎn)生碎片，有利于進(jìn)一步提高信號強(qiáng)度。

所述中空毛細(xì)管的取樣端口直接置于液體樣品中，所述液體樣品置于大氣壓環(huán)境下，所述液體樣品中插入有電極，所述電極上加載有高壓電。這樣，通過毛細(xì)管直接置于樣品中，避免采用注射器或者注射泵注入液體樣品到系統(tǒng)中，從而避免樣品污染問題。

所述高壓電為-5000v～-1000v的負(fù)高壓電，或者為1000v～5000v的正高壓電。

本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決：

一種質(zhì)譜儀，包括如上所述的真空電噴霧離子源，所述真空電噴霧離子源的真空腔體與所述質(zhì)譜儀的真空腔體連通。

優(yōu)選地，所述真空電噴霧離子源的真空腔體內(nèi)的真空由機(jī)械泵保持，所述質(zhì)譜儀的真空腔體內(nèi)的真空由渦輪分子泵保持，所述機(jī)械泵與所述渦輪分子泵連接，作為所述渦輪分子泵的前級泵。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是：

本發(fā)明可實現(xiàn)在真空環(huán)境下電噴霧電離，這樣，將離子源的真空腔體與質(zhì)譜儀的真空腔體連通，借由間歇性氣體流入后的引導(dǎo)，可直接帶動離子到質(zhì)譜儀的真空腔體中。這樣，可減少離子的傳輸損耗，從而提高信號強(qiáng)度和檢測限，避免了采用進(jìn)樣裝置輸送離子進(jìn)入質(zhì)譜儀導(dǎo)致的損耗和信號強(qiáng)度下降問題。與此同時，氣體的引入也可增強(qiáng)電噴霧的去溶效果，提高離子產(chǎn)率。本發(fā)明的離子源，實現(xiàn)了在真空環(huán)境下產(chǎn)生電噴霧，避免了大氣壓下電噴霧離子源傳輸過程中的損耗，有助于減少樣品消耗量，同時，電噴霧離子源的結(jié)構(gòu)簡化，尤其適用于作為便攜式質(zhì)譜儀的離子源，可實現(xiàn)樣品實時在線檢測分析和電噴霧離子化。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明具體實施方式的真空電噴霧離子源的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明具體實施方式的真空電噴霧離子源構(gòu)成的質(zhì)譜檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】

下面結(jié)合具體實施方式并對照附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明的構(gòu)思是：在大氣環(huán)境下產(chǎn)生電離需要借助進(jìn)樣裝置將離子輸入到質(zhì)譜儀真空腔中，造成離子損耗，而直接在真空環(huán)境下液體樣品又會在毛細(xì)管尖端結(jié)晶，使得無法產(chǎn)生電噴霧。有部分方案中使用激光加熱、恒壓進(jìn)樣等輔助裝置以實現(xiàn)在真空環(huán)境下產(chǎn)生電噴霧，但是這些輔助裝置體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于集成化，不適用于便攜式質(zhì)譜儀。本發(fā)明通過離子源結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，由中空毛細(xì)管將待測液體樣品吸入到位于真空腔體內(nèi)的噴頭端，同時通過調(diào)節(jié)裝置、進(jìn)氣管控制氣體間歇性地進(jìn)入真空腔體，以營造瞬時大氣壓環(huán)境，從而實現(xiàn)直接在真空腔體內(nèi)產(chǎn)生電噴霧，減少離子傳輸損耗。

如圖1所示，為本具體實施方式中真空電噴霧離子源的結(jié)構(gòu)示意圖。真空電噴霧離子源包括中空毛細(xì)管1、三通接頭2、第一中空管3、真空腔體4、第二中空管5、第三中空管6、硅膠軟管11和夾管閥7。

其中，中空毛細(xì)管1的一端作為取樣端口8，另一端穿過三通接頭2作為真空電噴霧的噴頭9，噴頭9穿過第一中空管3內(nèi)直接伸入真空腔體4內(nèi)，其內(nèi)氣壓在10^-4～200pa的范圍內(nèi)。取樣端8處于大氣壓環(huán)境或者高于噴頭9所處氣壓的環(huán)境中，這樣，噴頭9與取樣端口8處于不同的氣壓環(huán)境下，形成氣壓差，以使取樣端中進(jìn)入的液體樣品通過負(fù)壓進(jìn)入真空腔體4內(nèi)。

第一中空管3的一端與第二中空管5的一端在三通接頭2內(nèi)相連接，第一中空管3的另一端10從三通接頭2的第二接口穿過，另一端10伸入真空腔體4內(nèi)。噴頭端口9與端口10平齊或縮進(jìn)、伸出管口1cm(也即相對于平齊點正負(fù)1cm)。

第二中空管5的另一端與外部的供氣裝置(圖中未示出)連接。具體地，通過硅膠軟管11與第三中空管6的一端在所夾管閥7內(nèi)相連，夾管閥7連接第二中空管5和第三中空管6。通過控制夾管閥7的開關(guān)可控制第三中空管6與第二中空管5的連通，通過控制夾管閥7以使氣體通過第三中空管6、第二中空管5、第一中空管3，從第一中空管3的端口10噴出到達(dá)真空腔體4內(nèi)，通過控制夾管閥，上述通入氣體的過程是間斷性地，即通入一段時間的氣體后關(guān)閉，然后再開啟通入一段時間的氣體，再關(guān)閉。如此重復(fù)，以實現(xiàn)間歇性地通入氣體，在真空腔體4的真空環(huán)境下營造瞬時大氣壓環(huán)境。

上述離子源中，中空毛細(xì)管1為中空的玻璃毛細(xì)管，加載有高壓電的液體樣品從中空毛細(xì)管1的取樣端口進(jìn)入。工作時，毛細(xì)管1兩端存在氣壓差，在壓差的驅(qū)動下，液體樣品經(jīng)中空毛細(xì)管1被吸入真空腔體4內(nèi)，在加載的高壓電場的作用下，在噴頭9處產(chǎn)生電噴霧，同時夾管閥7間歇性地開啟，外界空氣通過第三中空管6、第二中空管5、第一中空管3進(jìn)入真空腔體4內(nèi)，以營造瞬時高氣壓環(huán)境，相當(dāng)于營造大氣壓環(huán)境，從而在營造的大氣壓環(huán)境下，噴頭9處產(chǎn)生電噴霧。與此同時，產(chǎn)生的電噴霧在氣流場的帶動下進(jìn)入后續(xù)的質(zhì)譜儀中的質(zhì)量分析器中，最終被離子檢測器檢測出來。

本具體實施方式中，間歇性引入氣體以營造產(chǎn)生電噴霧所需要的大氣氣壓環(huán)境，傳統(tǒng)電噴霧在大氣壓環(huán)節(jié)產(chǎn)生，本具體實施方式中電噴霧在真空環(huán)境下產(chǎn)生。與此同時，引入的氣體也可發(fā)揮輔助性吹氣的作用，加速噴霧液滴中溶劑揮發(fā)，改進(jìn)去溶效果，更利于產(chǎn)生氣相離子。本具體實施方式作為一種離子源，可以在真空環(huán)境下產(chǎn)生電噴霧，避免了大氣壓下電噴霧離子源傳輸過程中的損耗，尤其適用于作為便攜式質(zhì)譜儀的離子源，實現(xiàn)樣品實時在線檢測分析和電噴霧離子化。

如圖2所示，為上述結(jié)構(gòu)的離子源與前后的儲液裝置、質(zhì)譜儀連接構(gòu)成質(zhì)譜檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。液體樣品70置于大氣壓環(huán)境下，液體樣品70中插入電極60，電極60上加載高壓電，中空毛細(xì)管1為中空玻璃毛細(xì)管，其一端直接插入液體樣品70中，作為采樣端。中空毛細(xì)管1貫穿三通接頭2和第一中空管3伸入真空腔體4內(nèi)。

真空電噴霧離子源的真空腔體4與質(zhì)譜儀的真空腔體連通。具體地，真空腔體4與質(zhì)譜儀的真空腔體合并，或者直接將質(zhì)譜儀的真空腔體作為上述離子源中真空腔體來使用，則質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器20和離子檢測器30、離子源的噴頭9以及端口10均置于同一真空腔體4內(nèi)。真空腔體4與渦輪分子泵40、機(jī)械泵50相連，渦輪分子泵40與機(jī)械泵50相連。工作時，渦輪分子泵40和機(jī)械泵50共同維持真空腔體4內(nèi)的氣壓在10^-4～200pa的真空氣壓范圍內(nèi)。

系統(tǒng)工作時，中空毛細(xì)管1的兩端存在氣壓差，加電的液體樣品70被直接吸入中空毛細(xì)管，被吸入真空腔體4內(nèi)。與此同時，夾管閥7瞬間打開，外界氣體通過中空管6、中空管5、中空管3進(jìn)入真空腔體4內(nèi)，在該瞬時高氣壓環(huán)境以及加電形成的高壓電場的作用下，噴頭端口9處產(chǎn)生電噴霧。而且，引入的外界氣體還可促進(jìn)電噴霧的去溶，輔助形成電噴霧，進(jìn)一步提高離子產(chǎn)率。在引入的氣流的帶動下，電噴霧產(chǎn)生的氣相離子可被帶動直接進(jìn)入質(zhì)譜儀的真空環(huán)境中，進(jìn)而進(jìn)入質(zhì)量分析器20中，最終被離子檢測器30檢測出來。

本具體實施方式的離子源可實現(xiàn)在真空環(huán)境下產(chǎn)生穩(wěn)定的電噴霧，直接在真空環(huán)境中產(chǎn)生，從而可直接送入質(zhì)譜儀中，減少了離子傳輸損耗，提高信號強(qiáng)度和檢測限，避免了傳輸裝置的使用，也簡化了電噴霧離子源的結(jié)構(gòu)，有助于減少樣品消耗量。而且，引入的氣體除提供真空環(huán)境下產(chǎn)生電噴霧所需要的瞬時大氣壓之外，還可加速噴霧液滴溶劑揮發(fā)，增強(qiáng)去溶效果，更利于產(chǎn)生氣相離子，提高離子產(chǎn)率。該離子源與質(zhì)譜儀構(gòu)成檢測系統(tǒng)，檢測時的信號強(qiáng)度和檢測限均有所提高。離子源尤其適合在便攜式質(zhì)譜儀中使用，樣品消耗量小，可實現(xiàn)實時在線的現(xiàn)場分析檢測。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。