基于新型试剂离子和自校准的化学电离源的制作方法

本实用新型涉及一种电离源，特别是涉及一种基于新型试剂离子和自校准的化学电离源。

背景技术：

单光子电离源是一种应用于质谱分析的常用电离源，其离子源通常为真空紫外灯(VUV灯)。单光子电离源应用阈值电离技术，即化合物的电离能低于光子的能量才能被电离和检测，目前存在以下问题：

(1)VUV灯产生的光子对样品分子电离的干扰，VUV灯光窗易污染，导致检测灵敏度衰减，引起仪器的不稳定；

(2)单光子电离源中，接近VUV灯光子能量的化合物电离效率低，灵敏度差。

对于问题(1)，目前没有很好的解决方案。

对于问题(2)，现有解决方案是：采用单光子-化学电离源，选择二溴甲烷作为试剂气体，二溴甲烷的电离能(Ionization Energy，简称IE)为10.41eV，VUV灯发出的光子首先电离二溴甲烷，产生二溴甲烷试剂离子，之后试剂离子与样品发生分子离子反应，实现样品分子电离，如此可以大幅度提高电离能接近10.41eV化合物的电离效率和灵敏度。其存在的问题为：现有技术使用的VUV灯，光子能量10.6eV，试剂气体只能选择电离能低于10.6eV的物质，电离效率需要进一步提高；其次，仍然存在光窗污染导致的灵敏度衰减问题。

技术实现要素：

本实用新型旨在克服现有化学电离源的至少一个缺陷，提供了一种基于新型试剂离子和自校准的化学电离源，通过分隔的试剂离子产生区和样品分子电离区解决VUV灯光窗污染导致的仪器不稳定问题。

为此，本实用新型提供了一种基于新型试剂离子和自校准的化学电离源，用于用于电离样品分子，包括光源和电离腔；其中，电离腔包括：

试剂离子产生区，设置在电离腔靠近光源的一侧，其内设有同轴的多片电极；试剂离子产生区的侧壁设有供光源所产生光子进入的透光孔和供试剂分子进入的试剂分子入口；

样品分子电离区，设置在电离腔远离光源的一侧，其内设有同轴的多片电极；试剂离子产生区的侧壁设有样品离子出口；

遮光孔电极，设置在试剂离子产生区和样品分子电离区之间；遮光孔电极上设有至少一个供试剂分子电离产生的试剂离子穿行的通孔。

进一步地，本实用新型的化学电离源还包括试剂气体产生腔、三通接口、尾气口以及两通阀；

试剂气体产生腔的出口与三通接口其中一个端口相连，三通接口另两个端口分别连接两通阀的一个端口和尾气口；

两通阀的另一个端口与试剂离子产生区连接。

进一步地，所述试剂气体产生腔包括动态校准仪、高浓度试剂分子标气腔、高纯氮气腔、试剂气体调速阀、氮气调速阀；

高浓度试剂分子标气腔经由试剂气体调速阀连接动态校准仪的一个入口，高纯氮气腔经由氮气调速阀连接动态校准仪的另一个入口。

进一步地，所述试剂气体产生腔包括：高浓度试剂分子标气腔、高纯氮气腔、试剂气体调速阀、氮气调速阀、总调速阀、第一三通接口和第二三通接口；

第一三通接口的第一端口经由氮气调速阀连接高纯氮气腔，第一三通接口的第二端口经由试剂气体调速阀连接高浓度试剂分子标气腔，第一三通接口的第二端口经由总调速阀连接第二三通接口的第一端口；

第二三通接口的第二端口连接所述两通阀的一个端口，第二三通接口的第三端口经由试剂气体调速阀连接高浓度试剂分子标气腔。

进一步地，所述高浓度试剂分子标气腔内的气体包括二溴氯甲烷。

进一步地，本实用新型的化学电离源还包括射频电压产生器，连接样品分子电离区内的多个电极。

进一步地，样品分子电离区内的多个电极包括位于光源照射路径一侧的正电离电极和位于光源照射路径另一侧的负电离电极；

射频电压产生器的第一极连接所述正电离电极，射频电压产生器的第二极连接所述负电离电极。

进一步地，所述光源为真空紫外氘灯。

进一步地，所述真空紫外氘灯所产生光子的能量为10.78eV。

本实用新型的基于新型试剂离子和自校准的化学电离源，通过分隔的试剂离子产生区和样品分子电离区，解决了VUV灯光窗污染导致的仪器不稳定。

进一步地，将试剂离子产生区与样品分子电离区分开，延长化学反应时间，使化学反应更充分，进一步提高电离效率。

进一步地，通过动态校准仪自校准试剂分子浓度，获得稳定的试剂离子强度，使化学电离效率保持恒定。

进一步地，射频电压产生器向样品分子电离区施加射频电场，大大提高试剂离子的碰撞路径，进一步提高样品分子的电离效率。

进一步地，试剂气体选用二溴氯甲烷，其电离能为10.6eV，相比于二溴甲烷，对接近光子能量的化合物电离效率更高，可以获得更高的灵敏度，并且一定程度上再次拓宽了化合物检测范围。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的化学电离源的示意性结构图；

图2是根据本实用新型另一个实施例的化学电离源的示意性结构图；

图3是根据本实用新型再一个实施例的化学电离源的示意性结构图。

具体实施方式

实施例1：

本实用新型的化学电离源基于新型试剂离子和自校准的化学电离源，用于电离样子分子，产生适用于质谱分析的样品离子。

图1是根据本实用新型一实施例的化学电离源的示意性结构图。如图1所示，本实用新型实施例提供了一种化学电离源，该化学电离源包括光源10和电离腔20。其中，电离腔20包括：试剂离子产生区21、样品分子电离区22和设置在试剂离子产生区21和样品分子电离区22之间的遮光孔电极23。

试剂离子产生区21设置在电离腔20靠近光源10的一侧，其内设有同轴的多片电极；试剂离子产生区21的侧壁设有供光源10所产生光子进入的透光孔和供试剂分子进入的试剂分子入口，透光孔位于其侧壁正对光源10的一侧。样品分子电离区22设置在电离腔20远离光源10的一侧，其内设有同轴的多片电极，试剂离子产生区21的侧壁设有样品离子出口。遮光孔电极23设置在试剂离子产生区21和样品分子电离区22之间；遮光孔电极23上设有至少一个供试剂分子电离产生的试剂离子穿行的通孔。

试剂离子产生区21用于对试剂分子电离产生试剂离子，试剂离子经由遮光孔电极23的通过进入样品分子电离区22，试剂离子与样品分子发生离子分子反应，使得样品分子电离为用于质谱测量的样品离子，样品离子经由样品离子出口进入外接的质谱仪。

进一步地，上述试剂离子产生区21的透光孔、遮光孔电极23上的通孔、试剂离子产生区21的样品离子出口同轴，轴线与光源10正对的方向平行，并且试剂离子产生区21和样品分子电离区22内的多个电极均围绕轴线设置。

由于单光子-化学电离是单光子电离和化学电离两个过程的组合，这两个过程均会受到VUV灯衰减的影响，试剂离子恒定，只能保证化学电离过程稳定，但单光子电离过程的不稳定仍然存在。因此将试剂离子产生区21与样品分子电离区22分开，电极试剂离子传输至样品分子电离区22中实现样品分子电离，并通过电离腔20内遮光孔遮挡绝大部分光子。如此，单光子电离过程不复存在，只要保证试剂离子浓度恒定即可保证仪器稳定，解决了VUV灯光窗污染导致的仪器不稳定。另一方面，将试剂离子产生区21与样品分子电离区22分开，延长化学反应时间，使化学反应更充分，进一步提高电离效率。

如图1所示，该化学电离源还包括试剂气体产生腔50、三通接口40、尾气口以及两通阀30。

试剂气体产生腔50的出口与三通接口40其中一个端口相连，三通接口40另两个端口分别连接两通阀30的一个端口和尾气口；两通阀30的另一个端口与试剂离子产生区21连接，两通阀30用于仪器停止时切断试剂离子产生区21与外界大气。

进一步地，本实施例中的试剂气体选用二溴氯甲烷，其电离能为10.6eV，相比于二溴甲烷，对接近光子能量的化合物电离效率更高，可以获得更高的灵敏度，并且一定程度上再次拓宽了化合物检测范围。相应地，使用光子能量更高的真空紫外(VUV)氘灯(滨松L13301)作为光源10，其产生的电子能量为10.78eV。

实施例2：

图2是根据本实施例的一种化学电离源的示意性结构图，实施例2的化学电离源在实施例1的基础上进行改进，其区别点在于：通过反馈调节，控制试剂分子浓度，使产生的试剂离子浓度保持恒定。

具体地，如图2所示，试剂气体产生腔50包括动态校准仪501、高浓度试剂分子标气腔51、高纯氮气腔52、试剂气体调速阀53、氮气调速阀54；高浓度试剂分子标气腔51经由试剂气体调速阀53连接动态校准仪501的一个入口，高纯氮气腔52经由氮气调速阀54连接动态校准仪501的另一个入口。

与此同时，将质谱图中试剂离子的强度进行反馈调节，通过程序自动控制试剂分子浓度，使试剂离子强度保持不变，提高仪器稳定性。

化学电离源工作时，试剂离子亦经样品离子出口进入外接的质谱仪。首先通过软件设置一个试剂离子(CHBr2Cl)的目标强度，当测得的试剂离子强度低于此目标强度时，则通过动态校准仪501增加试剂分子浓度，反之，则减小试剂分子浓度，因此获得稳定的试剂离子强度，使化学电离效率保持恒定。

实施例3：

图3是根据本实施例的一种化学电离源的示意性结构图，实施例3的化学电离源在实施例1的基础上进行改进，其区别点在于：该化学电离源还包括射频电压产生器，射频电压产生器连接样品分子电离区22内的多个电极并向样品分子电离区22施加射频电场。

进一步地，样品分子电离区22内的多个电极包括位于光源10照射路径一侧的正电离电极和位于光源10照射路径另一侧的负电离电极。射频电压产生器的第一极(RF+)连接正电离电极，射频电压产生器的第二极(RF-)连接负电离电极；射频电压产生器的第一极和第二极根据需要分别施加正压或负压。

射频电压产生器向样品分子电离区22施加射频电场，大大提高试剂离子的碰撞路径，进一步提高样品分子的电离效率。

进一步地，如图3所示，试剂气体产生腔50包括：高浓度试剂分子标气腔、高纯氮气腔、试剂气体调速阀53、氮气调速阀54、总调速阀55、第一三通接口56和第二三通接口57；

第一三通接口56的第一端口经由氮气调速阀54连接高纯氮气腔，第一三通接口56的第二端口经由试剂气体调速阀53连接高浓度试剂分子标气腔，第一三通接口56的第二端口经由总调速阀55连接第二三通接口57的第一端口；

第二三通接口57的第二端口连接所述两通阀30的一个端口，第二三通接口57的第三端口经由试剂气体调速阀53连接高浓度试剂分子标气腔51。

试剂气体产生腔50通过多个调速阀灵活控制输入电离腔20内气体的试剂分子浓度。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。