專利名稱：一種基于離子漏斗的質子轉移離子源裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及離子傳輸領域，尤其是一種基于離子漏斗的質子轉移離子源裝置。
背景技術：
質譜是對分子結構分析最精確的方法之一可用來對未知物進行定性分析和對混合物中已知組分進行定量檢測。離子源是質譜的關鍵組成部分，最常用的離子源是EI (electron ionization)源，它采用高能電子束轟擊樣品，從而使樣品發生電離產生電子和
分子離子。原理如下M+可繼續斷裂并進行分子重排，產生多種碎片離子。EI源的電離效率高，重復性好，并已有完整的譜庫，是目前使用最廣泛的離子源。然而由于EI源產生的碎片峰較多，對于混合未知物的解譜非常困難。為了解決這一問題，產生了一系列的軟電離(soft ionization)方法。化學電離(chemical ionizatior^CI)就是一種典型的軟電離的方式。它通過引入一種反應氣體(通常是甲烷等)，電子首先電離反應氣體，然后反應氣體離子再與樣品分子發生一系列的離子分子反應產生樣品分子的準分子離子，因此質譜峰數目少，能方便的確定分子量。質子轉移離子源就是CI的一種，目前可用來與質譜分析器結合形成了目前最常用的用來實時、在線檢測大氣中的揮發性有機物(VOCs)的質子轉移質譜儀(PTRMS)儀器裝置。質子轉移反應離子源是通過初始反應離子與待測樣品分子發生質子轉移反應(proton transfer reaction)的原理從而使樣品分子帶上質子，然后通過質量分析器進行檢測。初始反應離子一般通過對水蒸氣和空氣的混合氣體進行放電產生水合氫離子(H30+)，并以其作為反應離子。反應離子H3O+在漂移管中與有機分子發生質子轉移反應，使得樣品分子離子化。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種對質子轉移反應后的離子束進行調節，使得離子聚焦，并對中性分子進行阻擋的質子轉移離子源裝置。為了解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是一種基于離子漏斗的質子轉移離子源裝置，包括一質子轉移反應漂移區，所述質子轉移反應漂移區的前端設有質子供體引入通道和載氣引入通道，后端設有載氣引出通道，所述質子轉移反應漂移區連接有一調節質子反應后離子束的離子漏斗，所述離子漏斗的后端為一離子束引出通道。進一步，所述離子漏斗采用多個極片環與絕緣環間隔疊放的結構，所述極片環的外沿貫穿有便于固定極片環和安裝離子漏斗的支撐桿，所述極片環連接有在極片環間形成分壓電場的高壓電源。進一步作為優選的實施方式，所述離子漏斗極片環的形狀為圓環狀或者方環狀。進一步作為優選的實施方式，所述離子漏斗極片環的材料為不銹鋼等金屬或者鍍了金屬的極片。進一步作為優選的實施方式，所述離子漏斗極片環的數量為2-1000片，極片環的徑向直徑為2-200毫米。進一步作為優選的實施方式，所述載氣為氮氣、空氣、稀有氣體或者其他永久氣體。進一步作為優選的實施方式，所述質子供體為水和氫離子。進一步作為優選的實施方式，所述離子漏斗上還設有使極片環恒溫的加熱裝置。本實用新型的有益效果是本實用新型通過在質子轉移反應區之后設有一離子漏斗，導入的質子供體與伴隨載氣加入的樣品分子在質子反應區反應完后，離子漏斗對離子束進行調節，使離子束在漏斗形狀的極片環間電場中進行聚焦，便于離子束的傳輸；本實用新型裝置改善了對離子束的提純效果，清除了離子束中絕大部分的中性分子，提高了質子轉移離子源的離子化效率，減少了離子源對質譜分析器的污染；本實用新型在離子漏斗上加裝了加熱裝置，可以提高離子的傳輸效率。
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步說明
圖1是本實用新型質子轉移離子源裝置的結構示意圖；圖2是本實用新型離子漏斗調節質子轉移離子源的離子束的傳輸效果圖；圖3是離子漏斗徑向二維圖；圖4是離子漏斗軸向二維圖；圖5是離子漏斗二維剖視圖；圖6是離子漏斗調節質子轉移反應離子束質子轉移離子源三維圖；圖7是離子漏斗調節質子轉移離子源裝置實施例圖。附圖標記[0026]1質子供體引入通道[0027]2載氣引入通道[0028]3質子轉移反應漂移區[0029]4載氣引出通道[0030]5離子漏斗[0031]6離子束引出通道[0032]7空心陰極管的陽極板[0033]8空心陰極管的陰極板[0034]9調節電極[0035]10第一隔板[0036]11、12真空腔板14質譜分析器接口座。
具體實施方式
如
圖1所示，一種基于離子漏斗的質子轉移離子源裝置，包括一質子轉移反應漂移區3，所述質子轉移反應漂移區3的前端設有質子供體引入通道1和載氣引入通道2，后端設有載氣引出通道4，所述質子轉移反應漂移區3連接有一調節質子反應后離子束的離子漏斗5，所述離子漏斗5的后端為一離子束引出通道6。所述質子供體為高濃度高純度的水和氫離子，即以輝光放電等形式對水蒸氣進行放電，產生水蒸汽相關的離子，引出后的離子繼續與新加入的水蒸氣進行反應，得到高濃度高純度的水和氫離子。質子供體與空氣載氣和包含在其中的分析物VOCs等進行質子轉移反應，然后通過離子漏斗5對反應后的離子束進行調節；所述離子漏斗5在軸向采用極片環與絕緣環間隔疊放的結構，所述極片環的外沿貫穿有便于固定極片環和安裝離子漏斗的支撐桿，所述極片環連接有在極片環間形成分壓電場的高壓電源，通過漏斗形式的電場對質子轉移反應的離子束進行調節，對離子束進行聚焦，便于離子束傳輸和適合質譜分析器進行分析，對載氣分子和質子轉移反應產物中性分子進行離心，使得通過離子通道的離子束中的其他物質最小，相對的提高了離子化率并減少對質譜分析器的污染。所述離子漏斗極片環的形狀為圓環狀或者方環狀。所述離子漏斗極片環的材料為不銹鋼等金屬或者鍍了金屬的極片。所述載氣為氮氣、空氣、稀有氣體或者其他永久氣體。所述質子供體為水和氫離子。進一步作為優選的實施方式，所述離子漏斗極片環的數量為2-1000片，極片環的徑向直徑為2-200毫米。進一步作為優選的實施方式，所述離子漏斗上還設有使極片環恒溫的加熱裝置， 以提高離子的傳輸效率。圖2為離子漏斗調節質子轉移反應離子束的離子束傳輸效果圖，通過離子漏斗5 對質子轉移反應離子束進行聚焦便于離子束的傳輸質譜分析器對離子束進行分析。圖3為離子漏斗徑向二維圖，以徑向視圖反應離子漏斗5結構。圖4為離子漏斗軸向二維圖，以軸向視圖反應離子漏斗5的結構。圖5為離子漏斗二維剖視圖，以中心軸通過面對離子漏斗5進行剖視，反映離子漏洞5的漏斗形式和離子漏斗各零件之間的相互關系，所述離子漏斗5在軸向采用極片環與絕緣環間隔疊放的結構，所述極片環的外沿貫穿有便于固定極片環和安裝離子漏斗的支撐桿。圖6為離子漏斗調節質子轉移反應離子束質子轉移離子源三維圖，以空心陰極管對水蒸氣進行放電，產生水蒸氣相關的離子，然后通過可控的真空度和可控電場對引進的新的水蒸氣對離子束進行調節產生高濃度高純度的水合氫離子作質子轉移反應的質子供體，以此供體與空氣載氣和包含在其中的分析物VOCs等進行質子轉移反應，然后通過離子漏斗5對離子束進行調節，對離子束進行聚焦，便于離子束的傳輸和適合質譜分析器對離子束進行分析，并且離子漏斗5通過電場對載氣分子和質子轉移反應產物的中性分子進行離心，使得離子束通過離子漏斗時將中性分子阻擋在分析器外，減少對質譜分析器的污染。圖7是離子漏斗調節質子轉移離子源裝置實施例圖，包括對水蒸氣進行放電電離
5的空心陰極管的陽極板7和空心陰極管的陰極板8，其后連接有可調節控制的調節電極9， 產生的電場對水蒸氣相關離子進行調節，所述調節電極與質子轉移反應區之間設有第一隔板10，第一隔板10后連接有真空腔11、12，真空腔11內設有質子轉移反應區3，真空腔11 前端設有供空氣載氣與包含在其中的分析物VOCs引入的載氣引入通道2，真空腔12內設有對質子轉移反應離子束調節的離子漏斗5，離子漏斗5的后部設有將質子轉移反應離子源與質譜分析器隔開的第二隔板13，所述第二隔板連接有質譜分析器接口座14。本實用新型通過離子漏斗5對質子轉移反應離子束進行調節。質子轉移反應區中的離子束截面積很大，不利于離子束的傳輸和質譜分析器的分析。通過離子漏洞對離子束進行聚焦，這樣就利于離子束的傳輸和質譜分析器對離子束的分析。離子漏斗對載氣中性分子和質子轉移反應產物中性分子離心，當離子束經過離子通道時，阻擋了大部分的中性分子，減少對質譜分析器的污染，同時相對的提高了離子化率，最終提高儀器的檢測靈敏度。本實用新型裝置的具體參數如下離子漏斗電壓-10KV 10kV。工作壓力KT6Pa IOkPa (真空負壓)載氣氮氣、空氣、稀有其他等永久氣體離子漏斗電極可以是圓環狀或者方環狀，材料可以是不銹鋼等金屬或者鍍了金屬的極片，離子漏斗的極片環片數范圍在2-1000片，徑向直徑在2-200毫米之間。此實用新型注重于對質子轉移反應離子束的調節。通過離子漏斗對產生了質子供體與分析物進行質子轉移反應的離子束和反應產物進行調節。離子漏斗對離子束進行聚焦，使得調節好的離子束便于離子傳輸和便于質譜分析器的分析，同時離子漏斗對載氣分子和質子轉移反應產物的中性分子進行離心，當調節好的離子束通過小孔的離子通道時， 增加的離子通過率，相當于提高了離子產生率，同時阻擋了載氣等中性分子，使得分析器更干凈，減少了分析器的污染。本實用新型是為真空環境下的工作的質譜儀提供離子源，特別是在用以飛行時間分析器進行檢測時，更大的離子量才更利于檢測。這樣的結構在調節離子束狀態上既適合飛行時間分析器也適合于四極桿分析器。以上是對本實用新型的較佳實施進行了具體說明，但本實用新型創造并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本實用新型精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
權利要求1.一種基于離子漏斗的質子轉移離子源裝置，包括一質子轉移反應漂移區(3)，所述質子轉移反應漂移區(3)的前端設有質子供體引入通道(1)和供樣品分子、載氣引入的載氣引入通道(2)，后端設有載氣引出通道(4)，其特征在于所述質子轉移反應漂移區(3)連接有一調節質子反應后離子束的離子漏斗(5)，所述離子漏斗(5)的后端為一離子束引出通道(6)。
2.根據權利要求1所述的一種基于離子漏斗的質子轉移離子源裝置，其特征在于所述離子漏斗(5)采用多個極片環與絕緣環間隔疊放的結構，所述極片環的外沿貫穿有便于固定極片環和安裝離子漏斗(5)的支撐桿，所述極片環連接有在極片環間形成分壓電場的高壓電源。
3.根據權利要求2所述的一種基于離子漏斗的質子轉移離子源裝置，其特征在于所述離子漏斗(5)極片環的形狀為圓環狀或者方環狀。
4.根據權利要求2所述的一種基于離子漏斗的質子轉移離子源裝置，其特征在于所述離子漏斗(5)極片環的材料為不銹鋼等金屬或者鍍了金屬的極片。
5.根據權利要求2所述的一種基于離子漏斗的質子轉移離子源裝置，其特征在于所述離子漏斗(5)極片環的數量為2-1000片，極片環的徑向直徑為2-200毫米。
6.根據權利要求1所述的一種基于離子漏斗的質子轉移離子源裝置，其特征在于所述載氣為氮氣、空氣、稀有氣體或者其他永久氣體。
7.根據權利要求1所述的一種基于離子漏斗的質子轉移離子源裝置，其特征在于所述質子供體為水和氫離子。
8.根據權利要求2所述的一種基于離子漏斗的質子轉移離子源裝置，其特征在于所述離子漏斗(5)上還設有使極片環恒溫的加熱裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種基于離子漏斗的質子轉移離子源裝置，包括一質子轉移反應漂移區，所述質子轉移反應漂移區的前端設有質子供體引入通道和載氣引入通道，后端設有載氣引出通道，所述質子轉移反應漂移區連接有一調節質子反應后離子束的離子漏斗，所述離子漏斗的后端為一離子束引出通道。本實用新型通過在質子轉移反應區之后設有一離子漏斗，導入的質子供體與伴隨載氣加入的樣品分子在質子反應區反應完后，離子漏斗對離子束進行調節，使離子束在漏斗形狀的極片環間電場中進行聚焦，便于離子束的傳輸，從而提高了質子轉移離子源的離子化效率，減少了離子源對質譜分析器的污染。本實用新型可應用于離子傳輸領域。
文檔編號H01J49/14GK202167455SQ20112023046
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月1日 優先權日2011年7月1日
發明者傅忠, 周振, 程平, 董俊國, 陳應, 高偉, 黃正旭 申請人:上海大學, 昆山禾信質譜技術有限公司