超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置。該裝置包括質譜機構，所述質譜機構包括相鄰連接的質譜室和光電離室，所述質譜室的一側壁上設有后取樣錐，另一側壁上設有質譜室真空泵接口，質譜室內設有離子傳輸系統和質量分析器；所述后取樣錐伸入電離室內，所述電離室的一側設有前取樣錐，另一側設有電離室真空泵接口；所述光電離室的頂部設有真空紫外光源；還包括超聲霧化機構、加熱氣化機構和揮發溶劑引入機構。本實用新型借助超聲霧化和加熱氣化脫溶劑對不易揮發的待測物進行直接取樣，無需預處理，從而實現靈敏、快速的質譜分析，在食品、農藥、環境等快速質譜分析等方面具有廣闊的應用前景。
【專利說明】超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于質譜分析【技術領域】，具體涉及難揮發、復雜有機分子及混合物的快速質譜分析裝置。
【背景技術】
[0002]質譜技術是鑒定分子結構的重要方法。現代質譜儀器主要由真空系統、進樣系統、離子源、離子光學系統、質量分析器、檢測器以及數據處理系統組成。根據待分析物結構、性質的不同，質譜電離方式多種多樣，商用質譜儀主要有五種離子源，電子轟擊電離、化學電離、電噴霧電離、大氣壓光電離以及基質輔助激光解吸電離；真空紫外光電離是一種利用波長小于200nm的真空紫外光使中性分子離子化的方法。他是一種軟電離方式，幾乎沒有碎片離子生成，對分子的極性沒有歧視，在復雜混合物的質譜分析上有著極大的優勢，越來越得到人們的重視。現在，一些商品化質譜儀上已經配備了大氣壓光電離源，根據電離源結構設計的不同可分為Photomate和Photospray,例如AB MDS SCIEX公司生產的質譜儀中就配備有PhotoSpray,然而Syagen technologies公司推銷的大氣壓光電離源卻是Photomate，它們都得到了廣泛的應用。大氣壓光電離源無法對待測物進行直接進樣分析，需要與色譜聯用，對待測物進行預處理和分離；其次，大氣壓下空氣分子、溶劑等會吸收一部分真空紫外光，不僅影響待測物的電離效率，還會縮短紫外燈的使用壽命；第三，大氣壓光電離源需要在操作過程施加高電壓；最后，在大氣壓光電離中碰撞頻率增加，分子離子反應劇烈，對于特別易碎的待測物仍然不適用。
實用新型內容
[0003]為了解決上述存在的缺陷，本實用新型提供一種超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置。
[0004]超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置包括質譜機構，所述質譜機構包括相鄰連接的質譜室和電離室，所述質譜室的一側壁上設有后取樣錐，另一側壁上設有質譜室真空泵接口，質譜室內設有離子傳輸系統和質量分析器；所述后取樣錐伸入電離室內，所述電離室的一側設有前取樣錐，另一側設有電離室真空泵接口 ；所述電離室為光電離室，頂部設有真空紫外光源；還包括超聲霧化機構、加熱氣化機構和揮發溶劑引入機構；所述超聲霧化機構包括超聲耦合室和超聲霧化室，超聲耦合室由隔板分割為上室和下室，下室內設有由壓電陶瓷片、振動片、電子振蕩控制器組成的超聲裝置，超聲裝置的壓電陶瓷片位于上室內的底部，上室內裝有耦合水；所述超聲霧化室為直立的管狀，上端口為敞口狀，下端口由薄膜封口，載氣管的出口端為直角折管狀，從超聲霧化室的一側管壁伸入超聲霧化室內，超聲霧化室的另一側管壁連通著加熱管的一端，待測物溶液設于超聲霧化室內；所述加熱氣化機構包括加熱管和冷凝管，加熱管的外部均布著加熱絲，加熱管的另一端連通著冷凝管的一端，冷凝管的另一端為出口，且所述出口和電離室的前取樣錐相對應，冷凝管呈直立狀；所述揮發溶劑引入機構包括裝有氣相揮發溶劑的容器，頂部設有出氣口和載氣入口，兩者均在揮發溶劑液面以上，且出氣口和載氣入口的直徑均小于容器的直徑，所述出氣口對應位于冷凝管的出口管的管口下方。
[0005]電離室的前取樣錐和質譜室的后取樣錐均在同一水平位置，且相互垂直。
[0006]所述薄膜為聚酯材料薄膜，薄膜包裹在超聲霧化室的下端，并由O形密封圈密封。
[0007]所述耦合水的溫度穩定保持為40°C以下。
[0008]所述冷凝管的管壁上設有上下貫通的冷卻水道，冷卻水道的一端為進水口，另一端為出水口，且進水口和出水口均伸至冷凝管外部，所述冷凝管的出口連通著引流管的入口端，引流管的出口端和電離室的前取樣錐在同一平面內；直立狀的冷凝管的底部連通著U形水封管。
[0009]超聲霧化室外部的載氣管上設有流量計。
[0010]所述氣相揮發溶劑為丙酮或甲苯。
[0011]真空紫外光源的出光孔垂直于前取樣錐，光電離室的真空度為I?lOOOPa。
[0012]質譜室的真空度小于10_2Pa。
[0013]加熱管與冷凝管之間的夾角大于90°，小于150°。
[0014]本實用新型的有益技術效果體現在以下方面:
[0015]1.本實用新型裝置可對未經預處理的待測物進行直接分析，例如土壤、食品、農作物等；
[0016]2.該裝置的電離過程發生于低壓條件下，既可以有效的電離待測物，也可以避免紫外燈表面被污染。圖2就是在光電離室真空為130Pa，溫度在110°C時，正離子模式條件下，甲苯作為揮發溶劑，1.16mg/ml尿嘧啶水溶液的質譜圖。圖3是同樣的真空與溫度時，負離子模式條件下，甲苯作為揮發溶劑，0.04mg/mll,4-萘醌溶于甲醇與水的混合溶劑獲得的質譜圖；
[0017]3.該裝置對于待測物也可進行定量分析，圖4是光電離室真空為130Pa，溫度為110°C時，甲苯作為揮發溶劑，待測物9，10_菲醌溶于甲醇與水的混合溶劑，獲得的(M+H) +峰面積與濃度的線性關系；
[0018]4.本實用新型裝置無論是在離子傳輸還是電離的過程中，均無高壓和劇烈的分子離子碰撞，因此其有可能成為一種比大氣壓光電離更軟的電離方式。在結構復雜且易碎的中草藥分析領域具有很大的應用潛力；
[0019]5.本實用新型將未經處理的待測樣品(如土壤、污水等)直接投入超聲霧化裝置中，不易揮發待測物在溶劑中溶解后，借助超聲霧化和加熱氣化脫溶劑處理后，進入低壓光電離室，被垂直放置的真空紫外光源電離，從而實現靈敏、快速的質譜分析，在食品、農藥、環境等快速質譜分析等方面具有廣闊的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型結構示意圖。
[0021]圖2為正離子模式獲得的尿嘧啶的質譜圖。
[0022]圖3為負離子模式獲得的1，4-萘醌的質譜圖。
[0023]圖4為9，10-菲醌的線性關系。
[0024]圖中序號:載氣管1、流量計2、出口端3、待測物溶液4、超聲霧化室5、加熱絲6、加熱管7、冷凝管8、引流管9、前取樣錐10、真空紫外光源11、光電離室12、電離室真空泵接口13、后取樣錐14、離子傳輸系統15、質譜室真空泵接口 16、質譜室17、質量分析器18、載氣入口 19，揮發溶劑引入機構20、U形水封管21、0形密封圈22、壓電陶瓷片23、超聲裝置24、超聲率禹合室25、聚酯薄膜26。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖，通過實施例對本實用新型做進一步描述。
[0026]參見圖1，超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置包括質譜機構、超聲霧化機構、加熱氣化機構和揮發溶劑引入機構。
[0027]所述質譜機構包括相鄰連接的質譜室17和光電離室12。質譜室17的一側壁上安裝有后取樣錐14，另一側壁上開設有質譜室真空泵接口 16，質譜室17內安裝有離子傳輸系統15和質量分析器18 ;后取樣錐14伸入光電離室12內；質譜室17的真空度小于10_2Pa。光電離室12的頂部安裝有真空紫外光源11，一側安裝有前取樣錐10，另一側設有電離室真空泵接口 13。光電離室12的前取樣錐10和質譜室17的后取樣錐14均在同一水平位置，且相互垂直；光電離室12的真空度為130Pa，溫度控制在110°C。
[0028]所述超聲霧化機構包括超聲耦合室25和超聲霧化室5，超聲耦合室25由隔板分割為上室和下室，下室內安裝有由壓電陶瓷片23、振動片、電子振蕩控制器組成的超聲裝置24，超聲裝置24的壓電陶瓷片23位于上室內的底部，上室內裝有耦合水，耦合水的溫度穩定保持為40°C以下。超聲霧化室5為直立的管狀，上端口為敞口狀，工作時需用塞子密封，下端口由聚酯薄膜26封口，聚酯薄膜26包裹在超聲霧化室5的下端，并由O形密封圈22密封。載氣管I的出口端3為直角折管狀，從超聲霧化室5的一側管壁伸入超聲霧化室內，載氣管I的入口端連通著載氣通道，載氣管I上安裝有流量計2，霧化之后調節流量計，將載氣流量控制在300ml/min ;超聲霧化室5的另一側管壁連通著加熱管7的一端，待測物溶液4置于超聲霧化室5內。
[0029]所述加熱氣化機構包括加熱管7和冷凝管8，加熱管7和冷凝管8之間的夾角為105°。加熱管7的外部均布著加熱絲6，加熱管7的另一端連通著冷凝管8的一端，冷凝管8的另一端為出口，冷凝管8的出口連通著引流管9的入口端，冷凝管8呈直立狀；引流管9的出口端和光電離室12的前取樣錐10在同一平面內；直立狀的冷凝管8的底部連通著U形水封管21 ;冷凝管8的出口和光電離室12的前取樣錐10相對應；所述冷凝管8的管壁上設有上下貫通的冷卻水道，冷卻水道的一端為進水口，另一端為出水口，且進水口和出水口均伸至冷凝管外部。
[0030]所述揮發溶劑引入機構20包括裝有氣相揮發溶劑的容器，頂部設有出氣口和載氣入口 19，兩者均在揮發溶劑液面以上，且出氣口和載氣入口 19的直徑均小于容器的直徑，所述出氣口對應位于冷凝管8的出口管的管口下方。氣相揮發溶劑為甲苯(或丙酮)。
[0031]本實用新型的工作原理說明如下:
[0032]待測樣品在經質譜分析前，首先溶于有機溶劑或者水中形成待測物溶液4，然后將加熱管7加熱lOmin，使加熱管7內壁的溫度穩定在200°C左右；將待測物溶液4加入超聲霧化室5，開啟超聲裝置24，超聲裝置24的壓電陶瓷片23開始工作，超聲波的頻率在
1.53-1.87MHz，同時打開冷凝管8上冷卻水道的進水口，使冷卻水對冷凝管8實施冷卻，當霧化產生的液滴充滿超聲霧化室5時，打開氣體流量計2，載氣管I輸入氮氣，輸入的氮氣將待測物溶液4霧化成的極其細小的液滴帶入加熱管7和冷凝管8 ;在揮發溶劑引入機構20中，氣相揮發溶劑甲苯被從載氣入口 19穩定輸入的氮氣帶出出氣口，在大氣壓與光電離室12產生的壓差的作用下，甲苯同氣化的待測物溶液4中的分子和揮發溶劑等一起進入光電離室12，被真空紫外光源11在130Pa，110°C條件下電離，生成的離子在前取樣錐10、后取樣錐14和離子傳輸系統15電場的共同作用下，進入質譜室17，最終被質量分析器18檢測和分析。
【權利要求】
1.超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置，包括質譜機構，所述質譜機構包括相鄰連接的質譜室和電離室，所述質譜室的一側壁上設有后取樣錐，另一側壁上設有質譜室真空泵接口，質譜室內設有離子傳輸系統和質量分析器；所述后取樣錐伸入電離室內，所述電離室的一側設有前取樣錐，另一側設有電離室真空泵接口 ；其特征在于:所述電離室為光電離室，頂部設有真空紫外光源；還包括超聲霧化機構、加熱氣化機構和揮發溶劑引入機構；所述超聲霧化機構包括超聲耦合室和超聲霧化室，超聲耦合室由隔板分割為上室和下室，下室內設有由壓電陶瓷片、振動片、電子振蕩控制器組成的超聲裝置，超聲裝置的壓電陶瓷片位于上室內的底部，上室內裝有耦合水；所述超聲霧化室為直立的管狀，上端口為敞口狀，下端口由薄膜封口，載氣管的出口端為直角折管狀，從超聲霧化室的一側管壁伸入超聲霧化室內，超聲霧化室的另一側管壁連通著加熱管的一端，待測物溶液設于超聲霧化室內；所述加熱氣化機構包括加熱管和冷凝管，加熱管的外部均布著加熱絲，加熱管的另一端連通著冷凝管的一端，冷凝管的另一端為出口，且所述出口和電離室的前取樣錐相對應，冷凝管呈直立狀；所述揮發溶劑引入機構包括裝有氣相揮發溶劑的容器，頂部設有出氣口和載氣入口，兩者均在揮發溶劑液面以上，且出氣口和載氣入口的直徑均小于容器的直徑，所述出氣口對應位于冷凝管的出口管的管口下方。
2.根據權利要求1所述的超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置，其特征在于:電離室的前取樣錐和質譜室的后取樣錐均在同一水平位置，且相互垂直。
3.根據權利要求1所述的超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置，其特征在于:所述薄膜為聚酯材料薄膜，薄膜包裹在超聲霧化室的下端，并由O形密封圈密封。
4.根據權利要求1所述的超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置，其特征在于:所述耦合水的溫度穩定保持為40°C以下。
5.根據權利要求1所述的超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置，其特征在于:所述冷凝管的管壁上設有上下貫通的冷卻水道，冷卻水道的一端為進水口，另一端為出水口，且進水口和出水口均伸至冷凝管外部，冷凝管的出口連通著引流管的入口端，引流管的出口端和電離室的前取樣錐在同一平面內；直立狀的冷凝管的底部連通著U形水封管。
6.根據權利要求1所述的超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置，其特征在于:超聲霧化室外部的載氣管上設有流量計。
7.根據權利要求1所述的超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置，其特征在于:所述氣相揮發溶劑為丙酮或甲苯。
8.根據權利要求1所述的超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置，其特征在于:真空紫外光源的出光孔垂直于前取樣錐，光電離室的真空度為I?lOOOPa。
9.根據權利要求1所述的超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置，其特征在于:質譜室的真空度小于10_2Pa。
10.根據權利要求1所述的超聲霧化進樣的揮發溶劑輔助電離低壓光電離質譜裝置，其特征在于:加熱管與冷凝管之間的夾角大于90 ，小于150 。
【文檔編號】H01J49/02GK203707078SQ201420051352
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月27日 優先權日:2014年1月27日
【發明者】潘洋, 劉成園, 齊飛, 王健, 朱志祥 申請人:中國科學技術大學