一种轴截面为梯形的光电离源

本发明涉及质谱分析仪器，具体说是一种轴截面为梯形的真空紫外灯光电离源。本电离源通过使用具有轴截面梯形圆锥台状通孔的电离源电极和对离子有一定聚焦能力的射频电场，实现了电离源内样品离子的高效传输，大大增强了仪器的灵敏度。

背景技术：

1、光电离(photoionization，pi)是样品分子通过吸收光子，使得能量达到或超过自身电离能后失去电子而产生电离的过程。光电离过程中产生的碎片离子少，绝大部分是分子离子，因此是一种软电离技术，所以将光电离作为质谱的离子源会具有谱图易解析，定性定量容易的优点。

2、光电离的光源主要有同步辐射光源，激光光源和低气压放电灯等，其中商品化真空紫外灯由于体积小，功耗低，性能稳定的优势而获得了极大的应用空间，目前已被广泛用作光电离质谱的光源并应用于复杂组分的在线监测中。然而，这种真空紫外放电灯的光通量相对较低，限制了仪器整体的检测灵敏度及应用领域。

3、提升样品离子在电离源内的传输效率是提升仪器灵敏度的良好手段。目前常用的方法是将光电离源和离子漏斗或者分段四极杆耦合，虽说起到了一定的效果，但无疑增加了光电离源结构的复杂性与加工成本。基于此，本发明通过使用四片简单的具有轴截面梯形圆锥台状通孔的电离源电极和对离子有一定聚焦能力的射频电场，实现了电离源内样品离子的高效传输，从而达到增强仪器灵敏度的效果。

技术实现思路

1、本发明通过优化光电离源结构和增加射频电场，在不增加结构复杂性的基础上增大了样品离子在电离源内的传输效率，从而达到提高质谱检测灵敏度的目的。为实现上述目标，本发明采用的技术方案为：

2、一种轴截面为梯形的光电离源，其特征在于：包括密闭的电离源腔体，气体进样毛细管，真空紫外灯，推斥电极，第一、第二、第三、第四电离源电极，绝缘环以及真空差分电极；电离源腔体的侧壁(如：上侧壁)开设有真空抽气口，真空抽气口外接抽气泵用于维持电离源腔体内真空。

3、真空紫外灯置于电离源腔体内部，沿真空紫外灯光线出射方向从左到右依次设置有推斥电极，第一、第二、第三、第四电离源电极和真空差分电极，相邻两片电极之间均放置绝缘环以达到绝缘目的。

4、推斥电极，第一、第二、第三、第四电离源电极，绝缘环和真空差分电极均为中部开设有通孔的圆形平板结构，其中推斥电极和绝缘环的中部为圆形通孔，第一、第二、第三、第四电离源电极的中部为轴截面梯形的圆锥台形通孔，它们的圆锥台形通孔的圆锥台下底面(面积大的一侧底面)面向真空紫外灯方向，真空差分电极的中部为轴截面梯形的圆锥台形通孔，它的圆锥台形通孔的圆锥台上底面(面积小的一侧底面)面向真空紫外灯方向。

5、于电离源腔体右侧壁面上开设有圆形通孔；真空差分电极置于通孔中，真空差分电极的四周边缘与电离源腔体的圆形通孔内壁面密闭连接，或真空差分电极置于电离源腔体右侧壁面处，真空差分电极的左侧表面或右侧表面与电离源腔体右侧壁面的外壁面或内壁面密闭连接，真空差分电极的中部通孔于电离源腔体右侧壁面上的投影位于电离源腔体右侧壁面上的通孔中。

6、推斥电极，第一、第二、第三、第四电离源电极，绝缘环和真空差分电极均为平行间隔，通孔同轴放置。

7、气体进样毛细管依次穿过电离源腔体的左侧壁面和推斥电极后伸入腔体内部，气体进样毛细管的出口朝向与真空紫外灯光线出射方向相同。

8、推斥电极，第一、第二、第三、第四电离源电极，绝缘环和真空差分电极通孔同轴；它们的通孔均处于真空紫外灯光线出射光路上。

9、沿真空紫外灯光线出射方向从左到右，第一、第二、第三、第四电离源电极的四个中部通孔上的共八个端口的直径逐渐缩小，即相邻电极上的两个相邻通孔的端口直径、靠近推斥电极一侧的电极通孔的端口直径大于靠近真空差分电极一侧的电极通孔的端口直径。

10、于推斥电极和真空差分电极之间，由第一、第二、第三、第四电离源电极的中部通孔围绕成一圆锥台形中空区域，作为光电离区，光电离区与电离源腔体连通，光电离区内真空度与电离源腔体内真空度保持一致；第一、第二、第三、第四电离源电极的中部通孔内壁面均处于中空区域的圆锥台形侧壁面上。

11、第一、第二、第三、第四电离源电极的厚度相同(通孔轴向)，它们之间的绝缘环的厚度相同(通孔轴向)。

12、真空紫外灯为低压惰性气体放电灯，如：氪气(kr)放电灯和氦气(he)放电灯。

13、推斥电极，第一、第二、第三、第四电离源电极和真空差分电极的极片材料均为导电金属(如不锈钢等)或者表面镀有导电金属层的平板；绝缘环是由绝缘高分子材料(如聚醚醚酮)或者陶瓷材料制作而成。

14、所有绝缘环的外径，内径和厚度等尺寸均完全相同，绝缘环的厚度为0.5～5mm；推斥电极的通孔直径大小为0.5～5mm；沿真空紫外灯光线出射方向，第一、第二、第三、第四电离源电极通孔处的整体轴截面为梯形，通孔直径大小由5～15mm逐渐缩小至1～3mm；真空差分电极的通孔前端(左端)直径大小为1～3mm。

15、在推斥电极，第一、第二、第三、第四电离源电极和真空差分电极上按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的轴向直流电压，在电离源轴线方向上形成大小为5～500v/cm的离子传输电场；另外在第一、第二、第三、第四电离源电极上按照相邻电极相位相反，相间电极相位相同的方式施加频率为1～3mhz，峰峰值在50～500v的射频电压，形成离子聚焦电场。

16、本发明通过使用具有轴截面梯形圆锥台状通孔的电离源电极和对离子有一定聚焦能力的射频电场，实现了电离源内样品离子的高效传输，大大增强了仪器的灵敏度。

技术特征：

1.一种轴截面为梯形的光电离源，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的光电离源，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的光电离源，其特征在于：

4.根据权利要求1或3所述的光电离源，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的光电离源，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的光电离源，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的光电离源，其特征在于：

8.根据权利要求1或3或4或5所述的光电离源，其特征在于：

9.根据权利要求1-8任一所述的光电离源，其特征在于：

技术总结
本发明涉及质谱分析仪器，具体说是一种轴截面为梯形的光电离源，其具体结构包括电离源腔体、气体进样毛细管、真空紫外灯、推斥电极、电离源电极、绝缘环以及真空差分电极。本发明通过使用具有圆锥台状通孔的电离源电极和对离子有一定聚焦能力的射频电场，实现了电离源内样品离子的高效传输，大大增强了仪器的灵敏度。

技术研发人员：李海洋,樊志刚,蒋吉春,李函蔚,杨明
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：2024/1/25