一種用于傳輸質子轉移反應離子源中離子的傳輸裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于傳輸質子轉移反應離子源中離子的傳輸裝置，包括同軸設置的環狀傳輸聚焦電極、引入電極和引出電極，環狀傳輸聚焦電極位于引入電極和引出電極之間，引入電極中心設置有離子引入口，引出電極中心設置有離子引出口；環狀傳輸聚焦電極中心有漏斗型的離子聚焦傳輸通道，離子聚焦傳輸通道末端朝向離子引出口，離子引入口、離子傳輸通道、離子引出口相連通，離子傳輸通道內設置有射流阻擋電極。本實用新型可提高質子轉移反應質譜離子源的離子利用效率，彌補現有離子傳輸方法傳輸效率不足的問題，最終提高質子轉移反應質譜儀的靈敏度。
【專利說明】
一種用于傳輸質子轉移反應離子源中離子的傳輸裝置
技術領域
[0001]本實用新型及質子轉移反應質譜領域，尤其涉及一種用于傳輸質子轉移反應離子源中離子的傳輸裝置。
【背景技術】
[0002]揮發性有機物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是大氣、水和土壤環境中的主要污染物，長時間攝入會有致癌、致畸、致突變的危險。此外，空氣中揮發性有機物還會參加光化學反應從而導致氣候的惡劣變化，如光化學煙霧、有機氣溶膠、溫室效應的出現。另夕卜，食品中也含有大量的揮發性有機物，通過分析食品的揮發物，可以監控食品的成分和質量，保證食品安全。揮發性有機物還是人體呼出氣體中的重要成分，它們常常和某些疾病有著密切的關系。因此通過分析呼出氣體中的揮發性有機物，可以了解人體的新陳代謝過程，實現對疾病的早期診斷。目前，檢測揮發性有機物的主要質譜手段是氣相色譜質譜聯用(Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC_MS)方法。這種技術在測定痕量揮發性有機物方面一直發揮著重要作用。但是，GC-MS涉及到色譜分離技術以及樣品的采集、濃縮提取，導致測量耗時又費力，且不適于現場、實時在線分析;此外，該聯用技術所采用的電子轟擊電離源是一種硬電離技術，不僅會形成多種離子碎片，使得質譜圖復雜、分析難度大，而且還會將空氣中的常規組分N2、02、C02和Ar等分子電離，干擾小分子量揮發性有機物的實時檢測。
【實用新型內容】
[0003]出于對揮發性有機物快速實施監測手段的迫切需求，且目前并沒有與之匹配的分析手段，本項目擬研制一種具有高靈敏度快速測量的質譜儀，用于揮發性有機物的快速實時檢測分析。質子轉移反應質譜(Proton Transfer React1n Mass Spectrometry,PTR-MS)技術是一種基于質子轉移反應的化學電離源質譜技術，其基本原理是先用各種電離手段將水蒸氣分子離子化，產生反應試劑離子H30+，反應試劑離子再與樣品分子碰撞發生反應并使樣品離子化，從而進行質譜檢測。高濃度的H30+與被分析物發生質子轉移反應，有助于提高樣品分子的離子化效率，從使得儀器具有較高的檢測靈敏度。軟電離技術使得PTR-MS直接檢測揮發性有機物可不受空氣背景干擾。PTR-MS具有的快速分析、絕對量測量的特點，使其具有氣相色譜質譜聯用不可比擬的優勢。為了提高質子轉移反應質譜系統的性能，目前出現了諸如輝光放電、空心陰極放電、微波等離子體、射頻放電以及放射源等多種質子轉移反應質譜離子源。要提高質子轉移反應質譜儀的靈敏度，一個關鍵的問題就是提高各類質子轉移反應質譜儀器離子源中的離子利用效率，亦即，提高離子傳輸系統的離子傳輸效率以及對各類離子源的兼容性，這也是本實用新型的初衷。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型目的在于為各種形式的質子轉移反應質譜離子源與各類型質譜質量分析器之間提供一種高效的離子傳輸與聚焦裝置，以提高質子轉移反應質譜離子源的離子利用效率，彌補現有離子傳輸方法傳輸效率不足的問題，最終提高質子轉移反應質譜儀的靈敏度。
[0005]為達到上述目的，本實用新型采取的技術方案如下:
[0006]一種用于傳輸質子轉移反應離子源中離子的傳輸裝置，包括同軸設置的環狀傳輸聚焦電極、引入電極和引出電極，所述環狀傳輸聚焦電極位于引入電極和引出電極之間，所述引入電極中心設置有離子引入口，引出電極中心設置有離子引出口；所述環狀傳輸聚焦電極中心有漏斗型的離子聚焦傳輸通道，離子聚焦傳輸通道末端朝向離子引出口，所述離子引入口、離子傳輸通道、離子引出口相連通，所述離子傳輸通道內設置有射流阻擋電極。
[0007]進一步的，傳輸裝置還包括真空腔體，所述環狀傳輸聚焦電極、引入電極和引出電極設于真空腔體內部，所述引入電極設于真空腔體前端，引出電極設于真空腔體后端，真空腔體前、后端均設有貫通其內部的開口，所述開口與離子聚焦傳輸通道正對，真空腔體與環狀傳輸聚焦電極、引入電極、射流阻擋電極以及引出電極之間絕緣電隔離，所述真空腔體側壁設有真空抽氣口。
[0008]優選的，所述環狀傳輸聚焦電極采用多個極片環同軸間隔設置的結構，相鄰兩個極片環之間電絕緣，極片環的內徑從離子引入口到離子引出口依次減小從而在環狀傳輸聚焦電極中心形成漏斗型的離子聚焦傳輸通道。
[0009]進一步的，所述極片環的形狀為圓形環狀或方形環狀
[0010]進一步的，極片環的內徑為0.1mm?200mm，極片環厚度為0.1mm?10mm，相鄰兩個極片環之間的距離為0.1mm?20mm。
[0011]進一步的，相鄰兩個極片環上施加有相位差為170°?190°的正弦或余弦射頻低電壓，所述射頻低電壓的絕對值小于500V，頻率100k Hz?1M Hz0
[0012]優選的，射流阻擋電極設于離子傳輸通道的軸線上。
[0013]進一步的，射流阻擋電極為圓板狀，射流阻擋電極遠離離子聚焦傳輸通道末端。
[0014]進一步的，所述射流阻擋電極安裝在離子聚焦傳輸通道前端十分之三處。
[0015]進一步的，所述射流阻擋電極上施加有直流電壓和/或射頻低電壓，所述直流電壓、射頻低電壓的絕對值小于500V。
[0016]進一步的，相鄰兩個極片環之間設有絕緣隔墊，所述極片環和絕緣隔墊外沿貫穿有便于固定極片環和安裝環狀傳輸聚焦電極的固定螺桿。
[0017]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0018]1.由于本實用新型所述的用于質子轉移反應質譜離子源的離子傳輸裝置經過特別的射頻電壓幅值、頻率以及多片環狀電極形狀的相互匹配，可以高效率地在漂移管后端10Pa-0.1Pa的氣壓下，大面積捕獲并聚焦傳輸質荷比500以下的小質量離子，最終有針對性地特別提高質子轉移反應質譜儀的離子傳輸效率，進而提高系統的靈敏度。
[0019]2.本實用新型裝置特別地在中心設置有射流阻擋電極，可以在基本不影響離子傳輸效率的情況下阻擋由離子源進入離子傳輸裝置的中性分子氣流，提高傳輸系統后級的真空度，最終達到減小后級質譜質量分析器的本底噪聲，提高信噪比，進一步提高系統靈敏度。
[0020]3.本實用新型裝置具有兼容各類型質子轉移反應質譜離子源的特性，包括但不僅限于基于微波等離子體、介質阻擋放電、直流輝光放電、空心陰極放電、射頻放電、放射源的質子轉移反應質譜離子源。并且可以將這些離子源的離子高效傳輸到包括但不僅限于四級桿、飛行時間、離子阱等各類離子質量分析器。
【附圖說明】
[0021]圖1是實施例1的結構示意圖；
[0022]圖2是實施例2的結構示意圖；
[0023]圖3是實施例3的結構示意圖；
[0024]圖中:1-真空腔體、2-真空抽氣口、3-環狀傳輸聚焦電極、4-射頻電源、5-引入電極、6-射流阻擋電極、7-引出電極、8-離子源接口、9-質量分析器接口、10-固定螺栓、11-絕緣帽、12-固定螺桿、13-絕緣隔墊。
【具體實施方式】
[0025]為使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖和實用新型人給出的實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0026]實施例1
[0027]如圖1所示，本實施例公開的用于傳輸質子轉移反應離子源中離子的傳輸裝置，包括同軸設置的環狀傳輸聚焦電極3、引入電極5和引出電極7，環狀傳輸聚焦電極3位于引入電極5和引出電極7之間，引入電極5中心設置有離子引入口，引出電極7中心設置有離子引出口；環狀傳輸聚焦電極3中心有漏斗型的離子聚焦傳輸通道，離子聚焦傳輸通道末端朝向離子引出口，離子引入口、離子傳輸通道、離子引出口相連通，離子傳輸通道內設置有射流阻擋電極6。來自質子轉移反應質譜離子源的離子通過離子引入口被引入離子聚焦傳輸通道進行離子束的傳輸與聚焦。聚焦以后的離子束通過傳輸裝置尾端引出電極7上的離子引出口引出。由于氣壓差從離子源射入傳輸裝置的中性氣體分子射流通過射流阻擋電極6抑制，防止氣體射流直接進入傳輸裝置尾端的離子引出口。
[0028]優選的，環狀傳輸聚焦電極3采用多個極片環同軸間隔設置的結構，相鄰兩個極片環之間由任何介電方式實現電絕緣，極片環的內徑從離子引入口到離子引出口依次減小從而在環狀傳輸聚焦電極3中心形成漏斗型的離子聚焦傳輸通道。極片環的內徑從前往后依次減小安裝的目的是使得離子能更好的被約束聚焦。進一步的，極片環的形狀為圓形環狀或方形環狀，極片環可由任何導電或者表面導電材料制作，極片環的內徑為0.1mm?200_，極片環厚度為0.1mm?10mm，相鄰兩個極片環之間的距離為0.1mm?20mm。使用導電或者表面導電材料的目的是為極片環中心鏤空部分提供有效地直流以及交變電場;使用圓形或者方形形狀的目的是使極片環中心鏤空內的電場分布對稱均勻。限制安裝間距的目的是為了配合直流以及交變電場為離子提供盡可能大的傳輸通道。
[0029]進一步的，相鄰兩個極片環上施加有相位差為180°±10°的正弦或余弦射頻低電壓4，所述射頻低電壓4的絕對值小于500V，頻率100k Hz?1M Hz。在相鄰極片環施加反相的正弦或余弦電壓的目的在于為中心傳輸通道中的離子提供束縛電壓，避免離子運行到電極上，并配合環狀傳輸聚焦電極3將離子聚焦在離子聚焦傳輸通道中心。
[0030]優選的，射流阻擋電極6設于離子傳輸通道的軸線上，進一步，射流阻擋電極6的面積比離子引出口的面積大。射流阻擋電極6可以安裝在軸線上的任意位置，射流阻擋電極6可以為板狀也可以是任意形狀，射流阻擋電極6可以設置一個或多個。射流阻擋電極6可以阻擋前級離子源的氣體射流直接進入傳輸裝置尾端的離子引出口，減少離子引出口輸出的中性氣體分子，提高后級真空度，減小系統噪聲，提高質譜系統的信噪比。在射流阻擋電極6上施加有直流電壓和/或射頻低電壓，使得射流阻擋電極6在阻擋中性氣體分子的同時可以排斥離子碰撞電極，最大限度保證傳輸裝置對離子的傳輸效率。直流電壓和射頻低電壓的絕對值小于500V。
[0031 ]進一步的，傳輸裝置的外殼為一個真空腔體I，環狀傳輸聚焦電極3、引入電極5和引出電極7設于真空腔體I內部，引入電極5設于真空腔體I前端，引出電極7設于真空腔體I后端，真空腔體I前、后端均設有貫通其內部的開口，開口與離子聚焦傳輸通道正對，真空腔體I前端的開口應比離子引入口大；后端的開后應比離子引出口大，真空腔體I與環狀傳輸聚焦電極3、引入電極5、射流阻擋電極6以及引出電極7之間絕緣電隔離，真空腔體I側壁設有真空抽氣口 2。真空腔體I不銹鋼或者鋁合金制。真空腔體I為傳輸裝置提供所需的密閉環境，通過連接在真空抽氣口2上的機械栗或分子栗維持真空度；當然傳輸裝置也可以在沒有真空腔體I的情況下，在其它真空環境中工作。傳輸裝置內部工作氣壓為絕對壓力0.1Pa至
IOOPa之間。
[0032]實施例2
[0033]如圖2所示，本實施例與實施例1的區別在于:相鄰兩個極片環之間設置絕緣隔墊13來介電，絕緣隔墊13的材質優選四氟乙烯。優選的，極片環為圓形狀，極片環的材質為不銹鋼，極片環厚度為1mm。相位差180°的兩組正弦射頻低壓電壓被加在相鄰的極片環上，極片環有3-1000片，極片環的內徑為0.1mm?100mm，前端極片環的內徑為0.1-1OOmm，后端極片環的內徑為0.1-lOOmm，離子引入口的直徑為100mm，離子引出口的直徑為1mm。離子引入電極5由厚度2mm不銹鋼片制作，引出電極7由厚度Imm的不銹鋼片制作。
[0034]極片環和絕緣隔墊13外沿貫穿有便于固定極片環和安裝環狀傳輸聚焦電極3的固定螺桿12。通過螺帽固緊。螺帽與引入電極5通過絕緣帽11進行絕緣處理。螺桿絕緣或者螺桿比螺孔小來實現絕緣。
[0035]進一步的，射流阻擋電極6為圓板狀，射流阻擋電極6遠離離子聚焦傳輸通道末端。優選的，射流阻擋電極6安裝在離子聚焦傳輸通道前端十分之三處，在本實施例中射流阻擋電極6安裝在第30片極片環處，射流阻擋電極6為圓板狀，射流阻擋電極6通過四根金屬絲安裝在離子聚焦傳輸通道軸線上，同時通過四根金屬絲與外部電源相連，以在射流阻擋電極6上附加1V的直流電壓。
[0036]實施例3
[0037]如圖3所示，本實施例與實施例1或實施例2的區別在于:圖3為包含真空腔體的傳輸裝置四分之一剖面圖，傳輸裝置被鋁合金制真空腔體I包裹，以提供封閉環境，傳輸裝置內部通過真空抽氣口 2與真空獲得裝置相連，以獲得真空腔體I內的真空狀態，傳輸裝置工作氣壓為IPa;真空抽氣口 2同時為傳輸裝置所需的直流、交流電壓提供穿導位置。
[0038]固定螺桿12另一端固定于質量分析器接口9底座上，離子引出口與質量分析器接口 9相連，并起到真空阻隔的作用。整個離子傳輸裝置通過質量分析器接口 9與四級桿質量分析器相連。整個傳輸裝置通過前端的離子源接口 8與質子轉移反應質譜離子源對接。
[0039]當然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據本實用新型作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型所附的權利要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種用于傳輸質子轉移反應離子源中離子的傳輸裝置，其特征在于:包括同軸設置的環狀傳輸聚焦電極(3)、引入電極(5)和引出電極(7)，所述環狀傳輸聚焦電極(3)位于引入電極(5)和引出電極(7)之間，所述引入電極(5)中心設置有離子引入口，引出電極(7)中心設置有離子引出口；所述環狀傳輸聚焦電極(3)中心有漏斗型的離子聚焦傳輸通道，離子聚焦傳輸通道末端朝向離子引出口，所述離子引入口、離子傳輸通道、離子引出口相連通，所述離子傳輸通道內設置有射流阻擋電極(6)。2.根據權利要求1所述的傳輸裝置，其特征在于:還包括真空腔體(I)，所述環狀傳輸聚焦電極(3)、引入電極(5)和引出電極(7)設于真空腔體(I)內部，所述引入電極(5)設于真空腔體(I)前端，引出電極(7)設于真空腔體(I)后端，真空腔體(I)前、后端均設有貫通其內部的開口，所述開口與離子聚焦傳輸通道正對，真空腔體(I)與環狀傳輸聚焦電極(3)、引入電極(5)、射流阻擋電極(6)以及引出電極(7)之間絕緣電隔離，所述真空腔體(I)側壁設有真空抽氣口(2)。3.根據權利要求1或2所述的傳輸裝置，其特征在于:所述環狀傳輸聚焦電極(3)采用多個極片環同軸間隔設置的結構，相鄰兩個極片環之間電絕緣，極片環的內徑從離子引入口到離子引出口依次減小。4.根據權利要求3所述的傳輸裝置，其特征在于:所述極片環的形狀為圓形環狀或方形環狀。5.根據權利要求4所述的傳輸裝置，其特征在于:所述極片環的內徑為0.1mm?200mm，極片環厚度為0.1mm?10mm，相鄰兩個極片環之間的距離為0.1mm?20mmo6.根據權利要求3所述的傳輸裝置，其特征在于:相鄰兩個極片環上施加有相位差為170°?190°的正弦或余弦射頻低電壓(4)，所述射頻低電壓(4)的絕對值小于500V，頻率100k Hz?1M Hz07.根據權利要求1所述的傳輸裝置，其特征在于:所述射流阻擋電極(6)設于離子傳輸通道的軸線上。8.根據權利要求1或7所述的傳輸裝置，其特征在于:所述射流阻擋電極(6)為圓板狀，射流阻擋電極(6)遠離離子聚焦傳輸通道末端。9.根據權利要求1或7所述的傳輸裝置，其特征在于:所述射流阻擋電極(6)上施加有直流電壓和/或射頻低電壓，所述直流電壓、射頻低電壓的絕對值小于500V。10.根據權利要求3所述的傳輸裝置，其特征在于:相鄰兩個極片環之間設有絕緣隔墊(13)，所述極片環和絕緣隔墊(13)外沿貫穿有便于固定極片環和安裝環狀傳輸聚焦電極(3)的固定螺桿(12)。
【文檔編號】H01J49/00GK205595303SQ201620224044
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月22日
【發明人】趙忠俊, 段憶翔
【申請人】四川大學