一种光电子电离源

1.本实用新型涉及质谱分析仪器，具体来说是一种新型的利用光电子电离的电离源装置。本电离源通过使用具有圆锥台结构的真空紫外灯固定座实现了多个真空紫外灯间的无干扰照射，从而有效提升了电离源内样品离子的数量，最终增强了仪器的灵敏度。


背景技术：

2.单光子光电离(single photoionization，spi)是样品分子通过吸收一个光子，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。单光子电离过程中产生的碎片离子少，绝大部分是分子离子，是一种软电离技术，这极大的简化了谱图分析，非常适合作为在线监测质谱离子源。
3.但是由于电离能高于光子能量的物质无法得到电离，受限于目前可获得的光子能量，spi所能电离的物种往往局限于有机物分子。对于电离能高于光子能量的物质，spi无能为力；而光电子电离(photoelectron ionization，pei)是一种可以有效提高spi电离物种范围的方法，pei是由真空紫外光光子照在金属电极上产生的光电子经过电场加速后与样品分子发生碰撞从而实现电离的方法，同时由于pei源可以与spi源具有一致的结构，因而非常容易与spi源结合。
4.虽然pei源可以拓展spi源对高电离能物质的电离能力，但是高能量pei模式会带来大量的离子碎片，而低能量pei源的灵敏度又太低，难以满足大部分应用需求。一种有效提高pei源灵敏度的方法是利用磁场对电子的作用来提高电离效率，该方法可将灵敏度提升一个数量级以上，但无疑增加了电离源本身结构的复杂性与加工成本。
5.基于此，本实用新型通过使用具有圆锥台结构的真空紫外灯固定座实现了多个真空紫外灯间的无干扰照射；相比于传统的单个真空紫外灯照射，多灯照射可以有效地提升电离源内光电子的数量，从而提升样品离子的数量，最终实现仪器灵敏度的增强。


技术实现要素：

6.本实用新型通过使用具有圆锥台结构的真空紫外灯固定座实现了多个真空紫外灯间的无干扰照射，在不增加结构复杂性的基础上增大了电离源内的样品离子数量，从而达到提高质谱检测灵敏度的目的。为实现上述目标，本实用新型采用的技术方案为：
7.一种光电子电离源，其特征在于：包括气体进样毛细管，真空紫外灯，真空紫外灯固定座，橡胶密封圈，电离源腔体，金属栅网，绝缘环以及中部带通孔的电离源电极。
8.电离源腔体的左侧壁或右侧壁上开设有真空抽气口，真空抽气口外接抽气泵用于维持电离源腔体内所需的真空度。
9.电离源腔体为一上端开口下端密闭的中空圆筒；真空紫外灯固定座为圆锥台结构，其轴截面为等腰梯形；电离源腔体的上开口端端面与真空紫外灯固定座的下底面密闭连接，通过真空紫外灯固定座的下底面将电离源腔体的上开口端密闭。
10.气体进样毛细管的出口端沿真空紫外灯固定座的轴线方向穿过真空紫外灯固定
座后伸入电离源腔体内；于电离源腔体内部气体进样毛细管出口端下方从上到下依次设置有金属栅网和电离源电极，于金属栅网和电离源电极之间、以及于电离源电极和电离源腔体内的下底面之间均放置绝缘环以达到它们间相互绝缘的目的。
11.真空紫外灯固定座的轴截面为等腰梯形；于真空紫外灯固定座的侧壁面和下底面间开设有多个圆形通孔，圆形通孔的轴线均垂直于轴线所在的真空紫外灯固定座轴截面等腰梯形的腰所在的直线，于真空紫外灯固定座侧壁面外侧的每个圆形通孔处均分别放置一真空紫外灯，真空紫外灯的出射光依次穿过其对应的圆形通孔和金属栅网后照射至电离源电极的上表面上。
12.于真空紫外灯固定座下表面和电离源腔体上开口端端面间设置有橡胶密封圈，防止电离源腔体抽真空时漏气；气体进样毛细管依次穿过真空紫外灯固定座、橡胶密封圈中部通孔和电离源腔体上开口端后伸入电离源腔体内部；气体进样毛细管的出口端位于电离源腔体上侧壁和金属栅网之间。
13.金属栅网、绝缘环和电离源电极均位于电离源腔体内部，于金属栅网上施加电压v1；电离源电极为中部开设有圆形通孔的平板结构，于电离源电极上施加电压v2(v2《v1)；于金属栅网上施加的电压v1大小为10～40v，于电离源电极上施加的电压v2大小为-15～5v，同时保证任意时刻的电压值都要满足v2《v1；金属栅网、绝缘环和电离源电极为平行层叠、通孔同轴放置。
14.在金属栅网和电离源电极之间，由金属栅网和电离源电极之间的绝缘环的中部通孔围绕成一圆形中空区域，作为光电子电离区；当来自真空紫外灯的光子照在电离源电极表面时，若光子能量超过电离源电极极片材料的功函数，则会有光电子产生(光电效应)；产生的光电子在电场的作用(v2《v1)下向金属栅网方向运动并获得能量，当与样品分子碰撞时，部分能量会被样品分子吸收，如果吸收的能量超过电离能便会使样品分子逸出电子实现光电子碰撞电离；产生的样品离子在电场的作用(v2《v1)下向电离源电极方向移动并依次穿过电离源电极中部通孔和差分通孔后进入后续传输系统。
15.所述真空紫外灯为低压惰性气体放电灯，如：氪气(kr)放电灯或氦气(he)放电灯中的一种或两种；所述真空紫外灯固定座侧壁面和下底面间开设的多个圆形通孔是指2个以上的圆形通孔，多个圆形通孔的轴线与轴线所在的真空紫外灯固定座侧壁面的交点位于同一垂直于真空紫外灯固定座轴线的截面上，且沿截面与真空紫外灯固定座侧壁面相交的圆周均匀分布。
16.于电离源腔体的下端面中部开设有圆形差分通孔，用作离子通路以及实现电离源腔体和后续传输系统之间的真空差分；电离源腔体内部和外部气压不同，因此在电离源腔体的下端面中部开设有差分通孔，用于维持电离源腔体内外的真空度(或气压)差别。
17.电离源腔体的上开口端端面与真空紫外灯固定座的下底面四周边缘密闭连接；真空紫外灯固定座的中部沿轴线开设有垂直方向的圆形通孔a，气体进样毛细管的出口端穿过圆形通孔a伸入至电离源腔体内；电离源腔体内的气体进样毛细管保持垂直放置，金属栅网、电离源电极、绝缘环均沿水平方向放置，气体进样毛细管的出口端面向金属栅网上表面的中部。
18.电离源电极的极片材料为导电金属(如铜、铝及其合金或者不锈钢等中的一种或两种以上)，且要求电离源电极极片材料的功函数要小于真空紫外灯发射的光子所具有的
能量；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；金属栅网是金属网或由多根金属丝于同一平面内平行排列构成的金属栅，金属栅网的材料由导电金属或合金(如铜、铝及其合金或者不锈钢等中的一种或两种以上)制成。
19.金属栅网和电离源电极之间、以及电离源电极和电离源腔体内的下底面之间的两个绝缘环的外径和内径尺寸均分别完全相同，金属栅网和电离源电极之间的绝缘环厚度(轴向高度)为5～15mm，电离源电极和电离源腔体下底面之间的绝缘环厚度(轴向高度)为2～5mm；电离源电极的中部通孔直径大小为1～5mm；差分通孔的直径大小为1～2mm。
20.本实用新型通过使用具有圆锥台结构的真空紫外灯固定座实现了多个真空紫外灯间的无干扰照射，从而有效提升了电离源内样品离子的数量，最终增强了仪器的灵敏度。
附图说明
21.图1为本实用新型的一种新型光电子电离源的结构示意图。
22.图2为光电子电离源中真空紫外灯固定座的机械设计图，此固定座最多可以固定四个真空紫外灯；其中，a为真空紫外灯固定座的俯视图；b为真空紫外灯固定座的截面图。
具体实施方式
23.请参阅图1，为本实用新型的结构示意图，包括：气体进样毛细管1，真空紫外灯2，真空紫外灯固定座3，橡胶密封圈4，电离源腔体5，金属栅网6，绝缘环7以及中部带通孔的电离源电极9。
24.电离源腔体5的左侧壁上开设有真空抽气口11，真空抽气口11外接抽气泵用于维持电离源腔体5内所需的真空度。
25.电离源腔体5为一上端开口下端密闭的中空圆筒；真空紫外灯固定座3为圆锥台结构，其轴截面为等腰梯形；电离源腔体5的上开口端端面与真空紫外灯固定座3的下底面密闭连接，通过真空紫外灯固定座3的下底面将电离源腔体5的上开口端密闭。
26.气体进样毛细管1的出口端沿真空紫外灯固定座3的轴线方向穿过真空紫外灯固定座3后伸入电离源腔体5内；于电离源腔体5内部气体进样毛细管1出口端下方从上到下依次设置有金属栅网6和电离源电极9，于金属栅网6和电离源电极9之间、以及于电离源电极9和电离源腔体5内的下底面之间均放置绝缘环7以达到它们间相互绝缘的目的。
27.真空紫外灯固定座3的轴截面为等腰梯形；于真空紫外灯固定座3的侧壁面和下底面间开设有四个圆形通孔，圆形通孔的轴线均垂直于轴线所在的真空紫外灯固定座3轴截面等腰梯形的腰所在的直线，于真空紫外灯固定座3侧壁面外侧的每个圆形通孔处均分别放置一真空紫外灯2，四个真空紫外灯2的出射光均依次穿过其对应的圆形通孔和金属栅网6后照射至电离源电极9的上表面上。
28.于电离源腔体5的下端面中部开设有圆形差分通孔8。
29.于真空紫外灯固定座3下表面和电离源腔体5上开口端端面间设置有橡胶密封圈4，防止电离源腔体5抽真空时漏气；气体进样毛细管1依次穿过真空紫外灯固定座3、橡胶密封圈4中部通孔和电离源腔体5上开口端后伸入电离源腔体5内部；气体进样毛细管1的出口端位于电离源腔体5上侧壁和金属栅网6之间。
30.金属栅网6、绝缘环7和电离源电极9均位于电离源腔体5内部，于金属栅网6上施加
电压v1＝20v；电离源电极9为中部开设有圆形通孔的平板结构，于电离源电极9上施加电压v2＝20v。
31.金属栅网6、绝缘环7和电离源电极9为平行层叠、通孔同轴放置。
32.在金属栅网6和电离源电极9之间，由金属栅网6和电离源电极9之间的绝缘环7的中部通孔围绕成一圆形中空区域，作为光电子电离区；当来自真空紫外灯2的光子12照在电离源电极9表面时，若光子12能量超过电离源电极9极片材料的功函数，则会有光电子10产生(光电效应)；产生的光电子10在电场的作用(v2《v1)下向金属栅网6方向运动并获得能量，当与样品分子碰撞时，部分能量会被样品分子吸收，如果吸收的能量超过电离能便会使样品分子逸出电子实现光电子碰撞电离；产生的样品离子在电场的作用(v2《v1)下向电离源电极9方向移动并依次穿过电离源电极9中部通孔和差分通孔8后进入后续传输系统。
33.所述四个真空紫外灯均为低压氪气(kr)放电灯；真空紫外灯固定座3侧壁面和下底面间开设有四个圆形通孔，四个圆形通孔的轴线与轴线所在的真空紫外灯固定座3侧壁面的交点均位于同一垂直于真空紫外灯固定座3轴线的截面上，且沿截面与真空紫外灯固定座3侧壁面相交的圆周均匀分布。
34.电离源腔体5内部和外部气压不同，因此在电离源腔体5的下侧壁开设有差分通孔8，用于维持电离源腔体5内外的真空度(或气压)差别。
35.电离源腔体5的上开口端端面与真空紫外灯固定座3的下底面四周边缘密闭连接；真空紫外灯固定座3的中部沿轴线开设有垂直方向的圆形通孔，气体进样毛细管1的出口端穿过圆形通孔伸入至电离源腔体5内；电离源腔体5内的气体进样毛细管1保持垂直放置，金属栅网6、电离源电极9、绝缘环7均沿水平方向放置，气体进样毛细管1的出口端面向金属栅网6上表面的中部。
36.电离源电极9的极片材料为不锈钢平板，其功函数小于真空紫外灯2发射的光子所具有的能量；绝缘环7是由绝缘高分子材料(聚醚醚酮)料制作而成；金属栅网6是金属网，金属栅网6的材料由镉镍合金制成。
37.金属栅网6和电离源电极9之间、以及电离源电极9和电离源腔体5内的下底面之间的两个绝缘环7的外径和内径尺寸均分别完全相同，金属栅网6和电离源电极9之间的绝缘环7厚度(轴向高度)为10mm，电离源电极9和电离源腔体5下底面之间的绝缘环7厚度(轴向高度)为3mm；电离源电极9的中部通孔直径大小为2mm；差分通孔8的直径大小为1.5mm。
38.实施例
39.如图1所示为本实用新型所述的光电子电离源。工作时在金属栅网6和电离源电极9上施加的电压v1和v2大小分别为20v和5v；当来自真空紫外灯2的光子12照在电离源电极9表面时，若光子12的能量超过电离源电极9极片材料的功函数，则会有光电子10产生(光电效应)；产生的光电子10在电场的作用(v2《v1)下向金属栅网6方向运动并获得能量，当与样品分子碰撞时，部分能量会被样品分子吸收，如果吸收的能量超过电离能便会使样品分子逸出电子实现光电子碰撞电离；产生的样品离子在电场的作用(v2《v1)下向电离源电极9方向移动并依次穿过电离源电极9中部通孔和差分通孔8后进入后续传输系统。
40.如图2所示，当真空紫外灯固定座3上同时固定四个真空紫外灯2时，那么电离源电极9上可被光子照射到的面积也就扩大了四倍，因此产生的光电子数量便会提高，从而提升电离源内样品离子的数量，最终实现仪器灵敏度的提升。