專利名稱：一種選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及質(zhì)譜分析領(lǐng)域，具體涉及一種選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀。
背景技術(shù)：
基于選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜技術(shù)主要有選擇離子流動(dòng)管質(zhì)譜、選擇離子質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜和離子-分子反應(yīng)質(zhì)譜等，可用于環(huán)境污染、國(guó)家安全、醫(yī)學(xué)輔助診斷、食品安全等多領(lǐng)域中痕量有機(jī)物快速檢測(cè)與監(jiān)控，因此，對(duì)該技術(shù)的研究近年來備受重視。選擇離子化學(xué)電離質(zhì)譜技術(shù)受到青睞的原因是軟電離、靈敏度高、分析速度快、定性定量可靠、檢測(cè)范圍可改變，在氣/液/固體痕量有機(jī)物檢測(cè)中有廣闊的應(yīng)用潛力。選擇離子化學(xué)電離質(zhì)譜技術(shù)的基本原理是在多種可供選擇的反應(yīng)離子中選擇一 種反應(yīng)離子Ai，在反應(yīng)區(qū)與待測(cè)物B發(fā)生碰撞，通過離子-分子反應(yīng)A±+B — Ci將待測(cè)物離子化為Ci，最終可通過質(zhì)譜檢測(cè)到的Ci和Ai反演B的分子量和濃度信息等。目前，選擇離子化學(xué)電離質(zhì)譜技術(shù)中選擇控制多種高強(qiáng)度純凈反應(yīng)離子方法主要有兩類(I)氣體放電產(chǎn)生的高強(qiáng)度混合離子經(jīng)濾質(zhì)器快速選擇。選擇離子流動(dòng)管質(zhì)譜技術(shù)就是基于此原理，采用四極桿濾質(zhì)器從潮濕空氣放電的混合離子中選擇產(chǎn)生三種純凈反應(yīng)離子(H30+、O2+和NO+)。這種方法獲得的反應(yīng)離子純度高、切換反應(yīng)離子速度快,然而，SIFT-MS中采用的四極桿濾質(zhì)器，加工裝配技術(shù)難度大，且在真空下工作，需要配備體積大、價(jià)格昂貴的真空組件。(2)不同放電氣體經(jīng)氣路切換分別通入離子源，經(jīng)電子轟擊、放電或放射源輻照制備多種高強(qiáng)度純凈反應(yīng)離子。如水蒸氣、氨氣、氧氣放電或放射源輻照可分別產(chǎn)生高強(qiáng)度h3o+、nh4\ 02+，通過反應(yīng)氣體氣路切換則可以選擇產(chǎn)生多種純凈反應(yīng)離子。這種方法簡(jiǎn)單、方便、成本低，但目前僅針對(duì)少數(shù)幾種反應(yīng)離子有效，大多數(shù)氣體經(jīng)放電或輻照產(chǎn)生的都是含雜質(zhì)的多種混合離子；另外，由于放電氣體在儀器中的記憶效應(yīng)以及放電條件的差異性，這種方式難以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)離子間的快速切換。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種新型選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀，本實(shí)用新型具有大氣壓下工作、成本低、可選擇反應(yīng)離子、離子切換速度快、技術(shù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，不僅擴(kuò)大了化學(xué)電離質(zhì)譜儀可檢測(cè)物質(zhì)的范圍，還提高了儀器對(duì)未知樣品的鑒別分析能力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀，包括產(chǎn)生混合離子的離子源、對(duì)混合離子中某一種離子選擇通過的反應(yīng)離子選擇腔、化學(xué)電離反應(yīng)腔和質(zhì)譜探測(cè)腔。所述的離子源與離子選擇腔相連，離子選擇腔前端設(shè)有混合離子入口和載氣入口，所述的離子選擇腔后端設(shè)有被選擇出的反應(yīng)離子出口和載氣出口，所述的離子選擇腔內(nèi)設(shè)有兩片平行板電極，所述平行板電極連接可控的射頻電源，所述載氣出口設(shè)有微型真空泵，所述的反應(yīng)離子出口與化學(xué)電離反應(yīng)腔前端相連，所述化學(xué)電離反應(yīng)腔由多片環(huán)狀電極和絕緣墊片組成，所述化學(xué)電離反應(yīng)腔的側(cè)面具有待測(cè)氣體入口，所述化學(xué)電離反應(yīng)腔后端連接質(zhì)譜探測(cè)腔。所述的離子源內(nèi)混合離子利用試劑氣體放電、光照或放射源輻照的方式制備。所述的離子源內(nèi)制備混合離子的試劑氣體可以是潮濕或干燥空氣、水蒸氣、甲烷、氧氣或其他混合氣體。所述的兩片平行板電極間的距離在0. lmnTlOmm。所述的射頻電源能產(chǎn)生正負(fù)不對(duì)稱的射頻電壓，并在此不對(duì)稱射頻電壓上疊加可調(diào)節(jié)的直流電壓，其中不對(duì)稱射頻電壓形成的電極間電場(chǎng)為2 15kV/cm，頻率為50kHz 5MHz，疊加的直流電壓可調(diào)范圍為-IOOV 100V。所述離子選擇腔氣壓是IO5Pa大氣壓或略低于此值。所述載氣為空氣、氮?dú)?、氫氣、氦氣或其它稀有氣體。所述的離子選擇腔設(shè)有加熱恒溫裝置。所述的離子選擇腔入口和出口孔徑在0. lmnT3mm。所述的化學(xué)電離反應(yīng)腔氣壓范圍為60Pa 105Pa。所述的化學(xué)電離反應(yīng)腔內(nèi)電場(chǎng)范圍10V/cnT700V/cm。由此，本實(shí)用新型通過控制加載在平行板電極上的射頻電壓對(duì)通過板間的混合離子進(jìn)行分離，通過疊加的直流電壓實(shí)現(xiàn)選擇控制一種離子通過離子選擇腔作為化學(xué)電離質(zhì)譜的反應(yīng)離子。本實(shí)用新型所述的一種選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀可以選擇多種純凈的反應(yīng)離子對(duì)待測(cè)物進(jìn)行電離檢測(cè)，降低了選擇離子化學(xué)電離的難度和成本。

圖I為本實(shí)用新型的選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀示意圖；圖2為本實(shí)用新型的不對(duì)稱脈沖射頻電壓波形示意圖；圖3為本實(shí)用新型的反應(yīng)離子分離選擇效果圖；圖4為本實(shí)用新型的反應(yīng)離子選擇腔側(cè)視剖面圖。
具體實(shí)施方式
參見圖I-圖4。圖I為本實(shí)用新型的選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀示意圖，包括產(chǎn)生混合離子的離子源、對(duì)混合離子中某一種離子選擇通過的反應(yīng)離子選擇腔、化學(xué)電離反應(yīng)腔和質(zhì)譜探測(cè)腔。所述的離子源I與離子選擇腔2相連，離子選擇腔2前端設(shè)有混合離子入口 3和載氣入口 4，所述的離子選擇腔2后端設(shè)有被選擇出的反應(yīng)離子出口 5和載氣出口 6，所述的離子選擇腔2內(nèi)設(shè)有兩片平行板電極7，所述平行板電極連接可控的射頻電源8，所述載氣出口 6設(shè)有微型真空泵9，所述的反應(yīng)離子出口 5與化學(xué)電離反應(yīng)腔10前端相連，所述化學(xué)電離反應(yīng)腔10由多片環(huán)狀電極和絕緣墊片組成，所述化學(xué)電離反應(yīng)腔10的側(cè)面具有待測(cè)氣體入口，所述化學(xué)電離反應(yīng)腔10后端連接質(zhì)譜探測(cè)腔11。試劑氣體通入離子源I內(nèi)，經(jīng)放電/光照/放射源輻照等方式產(chǎn)生的混合離子通過離子入口 3進(jìn)入離子選擇腔2，在高速載氣的作用下向離子選擇腔下游漂移。可控射頻電源8產(chǎn)生如圖2所示的不對(duì)稱波形射頻電壓，該電壓在正負(fù)狀態(tài)下電壓幅值不相等Uh幸Ul,但電壓與其持續(xù)的時(shí)間存在如下關(guān)系，從而形成電壓波形的正負(fù)面積Sa=Sbo離子在(Tt1時(shí)間內(nèi)沿電場(chǎng)方向遷移距離S1=KhUhVcI,在時(shí)間內(nèi)向反方向遷移距離為其中d為平行板電極的間距，&和&分別為高場(chǎng)和低場(chǎng)下的離子遷移率。由于離子在高低場(chǎng)下的遷移率一般是不相等的，所以S1不等于s2，當(dāng)Sl>S2時(shí)或Sl〈S2時(shí)，則在每個(gè)周期內(nèi)均有電場(chǎng)平行方向的微小偏移量，多個(gè)周期后，混合離子則被分離為向下或向上的多個(gè)離子束，只有S1=S2的離子束順利通過反應(yīng)離子選擇腔。射頻電源8同時(shí)產(chǎn)生的可調(diào)節(jié)直流電壓疊加在射頻電壓上，直流電壓在平行板電極7間形成的電場(chǎng)作用在離子上，達(dá)到抵消其中一種離子的偏移量的目的，從而可以選擇這種離子順利通過離子選擇腔。圖3為反應(yīng)離子分離選擇效果圖。各種離子在不對(duì)稱雙極脈沖電場(chǎng)和載氣的作用下震蕩前進(jìn)并被分離，通過調(diào)節(jié)疊加的直流電壓可選擇一種離子順利通過離子選擇腔。圖4為本實(shí)用新型的反應(yīng)離子選擇腔側(cè)視剖面圖。如圖1，經(jīng)反應(yīng)離子選擇腔選擇出的離子作為反應(yīng)離子進(jìn)入化學(xué)電離反應(yīng)腔10，與待測(cè)氣體中的有機(jī)物發(fā)生離子-分子反應(yīng)，反應(yīng)離子和待測(cè)物的產(chǎn)物離子在反應(yīng)腔內(nèi)電場(chǎng)作用下進(jìn)入質(zhì)譜探測(cè)腔后被質(zhì)譜儀檢測(cè)。所述的試劑氣體可以是潮濕或干燥空氣、水蒸氣、甲烷、氧氣或其他混合氣體，所述的載氣可以是空氣、氮?dú)?、氫氣、氦氣或其它稀有氣體，在微型氣泵9作用下向離子分離腔下游運(yùn)動(dòng)；所述的平行板電極間距離一般為0. ImnTlOmm;所述的不對(duì)稱雙極脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度為2 15kV/cm，頻率為50kHz 5MHz，疊加的直流電壓可調(diào)范圍為-100疒100V ;所述離子 選擇腔是密封腔，避免外界空氣的干擾，腔內(nèi)氣壓是IO5Pa大氣壓或略低于此值；所述的離子選擇腔設(shè)有加熱恒溫裝置，以保證裝置的穩(wěn)定性；所述的離子選擇腔入口和出口孔徑大小需根據(jù)化學(xué)電離反應(yīng)區(qū)氣壓高低來選擇，一般在0. lmnT3mm。所述化學(xué)電離反應(yīng)腔10由多片環(huán)狀電極和絕緣墊片組成，其氣壓范圍為60Pa 105Pa，化學(xué)電離反應(yīng)腔內(nèi)電場(chǎng)范圍為10V/CnT700V/Cm，質(zhì)譜腔的高真空由分子泵及其前級(jí)泵維持。
權(quán)利要求1.一種選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀，包括產(chǎn)生混合離子的離子源、對(duì)混合離子中某一種離子選擇通過的反應(yīng)離子選擇腔、化學(xué)電離反應(yīng)腔和質(zhì)譜探測(cè)腔，所述的離子源(I)與離子選擇腔(2)相連，離子選擇腔(2)前端設(shè)有混合離子入口(3)和載氣入口(4)，所述的離子選擇腔(2)后端設(shè)有被選擇出的反應(yīng)離子出口(5)和載氣出口(6)，所述的離子選擇腔(2)內(nèi)設(shè)有兩片平行板電極(7)，所述平行板電極連接可控的射頻電源(8)，所述載氣出口(6)設(shè)有微型真空泵(9)，所述的反應(yīng)離子出口(5)與化學(xué)電離反應(yīng)腔(10)前端相連，所述化學(xué)電離反應(yīng)腔(10)由多片環(huán)狀電極和絕緣墊片組成，所述化學(xué)電離反應(yīng)腔(10)的側(cè)面具有待測(cè)氣體入口，所述化學(xué)電離反應(yīng)腔(10 )后端連接質(zhì)譜探測(cè)腔(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀，其特征在于所述的兩片平行板(7)電極間的距離在0. lmnTlOmm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀，其特征在于所述的射頻電源能產(chǎn)生正負(fù)不對(duì)稱的射頻電壓，并在此不對(duì)稱射頻電壓上疊加可調(diào)節(jié)的直流電壓，其中不對(duì)稱射頻電壓形成的電極間電場(chǎng)為2 15kV/cm，頻率為50kHz 5MHz，疊加的直流 電壓可調(diào)范圍為-100V 100V。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀，其特征在于所述離子選擇腔氣壓是IO5Pa大氣壓或略低于此值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀，其特征在于所述載氣為空氣、氮?dú)?、氫氣、氦氣或其它稀有氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀，其特征在于所述的離子選擇腔設(shè)有加熱恒溫裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀，其特征在于所述的離子選擇腔入口和出口孔徑在0. lmnT3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀，其特征在于所述的化學(xué)電離反應(yīng)腔氣壓范圍為60Pa 105Pa。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀，其特征在于所述的 化學(xué)電離反應(yīng)腔內(nèi)電場(chǎng)范圍10V/cnT700V/cm。
專利摘要本實(shí)用新型公布了一種選擇控制反應(yīng)離子的化學(xué)電離質(zhì)譜儀，包括產(chǎn)生混合離子的離子源、對(duì)混合離子中某一種離子選擇通過的反應(yīng)離子選擇腔、化學(xué)電離反應(yīng)腔和質(zhì)譜探測(cè)腔，離子選擇腔內(nèi)設(shè)有兩片平行板電極，平行板電極連接可控的射頻電源。本實(shí)用新型通過控制加載在平行板電極上的射頻電壓交流分量對(duì)混合離子進(jìn)行分離，利用直流分量對(duì)一種離子進(jìn)行選擇，從而實(shí)現(xiàn)選擇控制任意一種離子通過，該離子進(jìn)入化學(xué)電離反應(yīng)腔作為化學(xué)電離的反應(yīng)離子，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物電離，并進(jìn)入質(zhì)譜探測(cè)腔被檢測(cè)。本實(shí)用新型裝置可在大氣壓下工作，具有技術(shù)簡(jiǎn)單、成本低廉的特點(diǎn)，選擇控制多種反應(yīng)離子擴(kuò)大了化學(xué)電離質(zhì)譜儀可檢測(cè)物質(zhì)的范圍，提高了儀器對(duì)未知樣品的鑒別分析能力。
文檔編號(hào)H01J49/26GK202513123SQ201220218200
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者儲(chǔ)焰南, 劉升, 志中華, 楊彬, 沈成銀, 王宏志, 王鴻梅, 黃超群 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院