一种膜进样离子漏斗电离源装置

本发明涉及一种膜进样离子漏斗电离源装置，属于质谱分析仪。

背景技术：

1、膜进样质谱技术是通过半透膜将分析物从液相或气相中分离出来，引入质谱仪直接检测而不需要色谱分离的技术。利用膜进样技术，可在不受酸、碱、金属、离子、悬浮物或高分子量有机物干扰的情况下，直接测定水中或空气中痕量vocs。膜进样技术结构简单，无需复杂的样品前处理程序，可以对样品进行富集，响应时间短，速度快，单个样品的分析成本低，能够满足在线分析的需要。另外，由于其无需附加的溶剂，有利于便携式仪器的使用，并易于与各种高灵敏度的检测器直接连接以实现自动化操作和在线检测，可以应用于长期的在线分析过程。光电离质谱可直接获得样品的分子量信息，分析速度快，定性能力强，适合用于挥发性半挥发性有机物的快速在线检测。

2、李海洋等人发明了一种基于离子漏斗的紫外光化学电离源(申请号201611019684.5)，具体结构包括，电离源腔体，真空紫外灯、激发电极、试剂气体进样管、推斥电极、样品气体进样管、离子漏斗以及差分电极。优点是电离源利用离子漏斗在中等气压下优越聚焦性能，提高了试剂离子与样品分子反应的充分性以及样品离子的传输效率，实现了对真空紫外光化学电离源的电离效率的增强，能够大大提高了仪器灵敏度。

3、李海洋等人发明了一种用于高通量气体样品分析的真空紫外光电离源(专利号zl201010567335.3)，具体的说是一种用于高通量气体样品分析的真空紫外光电离源，包括电离源腔体和真空紫外光源；于电离源腔体顶部设置有气体入口，气体样品通过气体入口进入到电离源腔体内部；在电离源腔体内部，沿气体样品流动方向依次设置有相互间隔、同轴、平行的离子引出电极、离子漏斗和差分接口极板；真空紫外光源设置于电离源腔体侧壁上，真空紫外光源发出的真空紫外光平行于离子引出电极的极板并穿过极板间相互间隔的区域进入到离子引出极板的通孔区域。

4、现有的装置的检测灵敏度低，检测对象局限于气体检测，检测对象单一，并且检测灵敏度可进一步提高。

技术实现思路

1、针对上述不足本发明提供一种膜进样离子漏斗电离源装置，所述装置检测灵敏度高，不仅可进行气体检测，也能实现液体样品中挥发性有机物的高灵敏检测。

2、本发明解决技术问题采用的装置包括电离源腔体，所述电离源腔体顶部设有真空紫外灯，所述电离源腔体底部设有差分电极；所述真空紫外灯下方设有离子推斥电极，所述离子推斥电极与所述差分电极平行设置，所述离子推斥电极与所述差分电极之间通过绝缘柱连接，所述绝缘柱至少3根且与所述差分电极垂直，所述绝缘柱内侧设有直流传输电极组，所述绝缘柱外侧设有管状膜，所述管状膜与所述直流传输电机组位置对应设置；所述直流传输电极组下方设有离子漏斗装置；

3、所述离子推斥电极、所述直流传输电极组、所述差分电极均为中部设置有圆形通孔的平板状结构，且所有平板状结构平行设置，所有圆形通孔的圆心在同一条中轴线上；

4、所述差分电极底部外侧设有质量分析器；所述电离源腔体内为真空环境，所述电离源腔体设有样品进样管和流出管。

5、优选地，所述绝缘柱的数量为3-6根。所述绝缘柱的材质包括聚醚醚酮(peek)。

6、可选地，所述电离源腔体一侧设有所述样品进样管，所述样品进样管一端与样品相连，所述样品进样管另一端与所述靠近所述离子推斥电极的所述管状膜相连，所述样品进样管外侧设有加热装置；所述样品进样管下方设有所述流出管，所述流出管一端与所述靠近所述离子漏斗装置的所述管状膜相连，所述流出管另一端与所述设置于所述电离源腔体外侧的废液回收瓶相连；所述电离源腔体的另一侧与机械真空泵相连，所述机械真空泵与所述电离源腔体之间设有气体阀门；所述电离源腔体还设有真空计。

7、可选地，所述直流传输电极组为数片中部设有具有圆形孔径的金属板竖直方向等间隔平行设置而成，所述圆形孔径由真空紫外灯端起孔径逐渐变大。

8、可选地，所述离子漏斗装置为数片外径相同内径不同的环形金属极片竖直方向等间隔平行设置而成，所述金属极片由上至下按内径顺次减小设置，所述离子漏斗装置的轴截面为倒梯形，所述金属极片最大的内径与所述直流传输电机组中所述金属板的孔径相同。

9、优选地，所述金属极片数量为2-200片，金属极片的圆形通孔直径为0.5-50mm。

10、可选地，所述离子推斥电极、所述直流传输电极组、所述离子漏斗装置、所述差分电极按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的轴向电压，所述管状膜区域轴线方向形成2～500v/cm的离子激发电场；所述离子漏斗装置所加频率为0.5～3mhz，峰值为10～600v。

11、可选地，所述管状膜的材质为聚二甲基硅氧烷(简称pdms)材质，所述管状膜的厚度为25～300μm，缠绕长度为7～200cm。

12、可选地，所述真空紫外灯出射光线的光轴与所述离子推斥电极、所述直流传输电极组、所述离子漏斗装置、所述差分电极的中部通孔同轴。

13、可选地，所述质量分析器选自飞行时间质量分析器、四极杆质量分析器、离子阱质量分析器中的一种。

14、可选地，所述气体阀门为流量可调节的真空阀门，选自真空挡板阀、真空针阀、真空蝶阀中的一种。所述真空紫外灯选自气体放电灯光源、激光光源、同步辐射光源中的一种。

15、原理：气体或液体样品经样品进样管流经pdms管状膜，其中的挥发性有机物选择性透过pdms膜后进入电离源腔体内部，真空紫外灯照射样品分子直接发生光电离，在离子推斥电极和直流传输电极组的电场作用下，光电离产生的离子向前运动。在离子漏斗射频场的作用下，样品离子在离子漏斗的作用下逐渐聚焦到离子漏斗中心，具有很高的传输效率。同时利用膜进样的富集作用和离子漏斗的聚焦作用，大大提高了仪器的灵敏度。

16、有益效果：本发明基于真空紫外光电离技术，提出了一种膜进样离子漏斗电离源，结合膜进样富集技术与离子漏斗离子聚焦技术，大大提高仪器的检测灵敏度，并且不仅可进行气体检测，也能实现液体样品中挥发性有机物的高灵敏检测。

技术特征：

1.一种膜进样离子漏斗电离源装置，其特征在于，所述装置包括电离源腔体(1)，所述电离源腔体(1)顶部设有真空紫外灯(2)，所述电离源腔体(1)底部设有差分电极(7)；所述真空紫外灯(2)下方设有离子推斥电极(3)，所述离子推斥电极(3)与所述差分电极(7)平行设置，所述离子推斥电极(3)与所述差分电极(7)之间通过绝缘柱(4)连接，所述绝缘柱(4)至少3根且与所述差分电极(7)垂直，所述绝缘柱(4)内侧设有直流传输电极组(5)，所述绝缘柱(4)外侧设有管状膜(8)，所述管状膜(8)与所述直流传输电极组(5)位置对应设置；所述直流传输电极组(5)下方设有离子漏斗装置(6)；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电离源腔体(1)一侧设有样品进样管(10)，所述样品进样管(10)一端与样品相连，所述样品进样管(10)另一端与靠近离子推斥电极(3)的管状膜(8)相连，所述样品进样管(10)外侧设有加热装置(9)；所述样品进样管(10)下方设有流出管(11)，所述流出管(11)一端与靠近离子漏斗装置(6)的管状膜(8)相连，所述流出管(11)另一端与设置于电离源腔体(11)外侧的废液回收瓶(12)相连；所述电离源腔体(1)的另一侧与机械真空泵(14)相连，所述机械真空泵(14)与所述电离源腔体(1)之间设有气体阀门(13)；所述电离源腔体(1)还设有真空计(15)。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流传输电极组(5)为数片中部设有圆形孔径的金属板竖直方向等间隔平行设置而成，所述圆形孔径由真空紫外灯(2)端起孔径逐渐变大。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离子漏斗装置(6)为数片外径相同内径不同的环形金属极片竖直方向等间隔平行设置而成，所述金属极片由上至下按内径顺次减小设置，所述离子漏斗装置(6)的轴截面为倒梯形，所述金属极片最大的内径与所述直流传输电机组(5)中所述金属板的孔径相同。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述金属极片数量为2-200片，金属极片的圆形通孔直径为0.5-50mm。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离子推斥电极(3)、所述直流传输电极组(5)、所述离子漏斗装置(6)、所述差分电极(7)按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的轴向电压，所述管状膜(8)区域轴线方向形成2～500v/cm的离子激发电场；所述离子漏斗装置(6)所加频率为0.5～3mhz，峰值为10～600v。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述管状膜(8)的材质为聚二甲基硅氧烷材质，所述管状膜(8)的厚度为25～300μm，缠绕长度为7～200cm。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述真空紫外灯(2)出射光线的光轴与所述离子推斥电极(3)、所述直流传输电极组(5)、所述离子漏斗装置(6)、所述差分电极(7)的中部通孔同轴。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述质量分析器(16)选自飞行时间质量分析器、四极杆质量分析器、离子阱质量分析器中的一种。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体阀门(13)选自真空挡板阀、真空针阀、真空蝶阀中的一种；所述真空紫外灯(2)选自气体放电灯光源、激光光源、同步辐射光源中的一种。

技术总结
本发明公开了一种膜进样离子漏斗电离源装置，属于质谱分析仪技术领域。所述装置包括电离源腔体，电离源腔体顶部设有真空紫外灯，电离源腔体底部设有差分电极；真空紫外灯下方设有离子推斥电极，离子推斥电极与所述差分电极平行设置，离子推斥电极与所述差分电极之间通过绝缘柱连接，绝缘柱至少3根且与所述差分电极垂直，绝缘柱内侧设有直流传输电极组，绝缘柱外侧设有管状膜，管状膜与所述直流传输电机组位置对应设置；直流传输电极组下方设有离子漏斗装置。本发明基于真空紫外光电离技术，提出了一种膜进样离子漏斗电离源，结合膜进样富集技术与离子漏斗离子聚焦技术，大大提高仪器的检测灵敏度。

技术研发人员：吴称心,李海洋,花磊,陈平,李杨,张振元
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13