一种低气压电喷雾光电离复合电离源

摘要

本发明公开了一种低气压电喷雾光电离复合电离源，应用于质谱分析仪器，其结构包括，电离源腔体、真空紫外灯、电喷雾装置、推斥电极、离子漏斗装置以及差分电极。本电离源中低气压电喷雾即可直接电离溶液中的样品，同时电喷雾又可作为液体样品的雾化装置，液体样品雾化后被真空紫外光电离。该电离源兼具低气压电喷雾与光电离的优势，即可电离液体样品中的极性物质，又可电离非极性物质，并且利用离子漏斗在较低气压下良好的聚焦性能，提高离子的电离效率和传输效率。

说明书

技术领域

本发明涉及质谱分析技术领域，尤其涉及一种低气压电喷雾光电离复合电离源。

背景技术

常压电喷雾产生的离子大部分损失在采样锥的小孔处或内部的加热毛细管处，离子从大气压传输到低真空质量分析器的损失限制了电喷雾的灵敏度和检测限。在采样锥小孔处的离子损失通常是由于电喷雾羽流中带电液滴/离子的弥散引起的，弥散的面积大于入口可以有效采样的面积。增大采样毛细管内径，可提高传输效率。但是需要增加后级泵的抽速来维持仪器的高真空度，这对于高效的去溶剂化是一个挑战。多毛细管采样同时对电喷雾羽流的不同区域进行采样，通过减少入口前端的离子损失提高了质谱的灵敏度。但是离子在入口毛细管内壁的损失仍然很大。

因此，将电喷雾装置直接放置于低气压条件下，可减小离子传输带来的损失。在较低压力下，液滴可以更显著地冷却，甚至冻结，减缓脱溶和抑制离子地形成，需要研究有效脱溶与离子产生条件的最佳条件。

株式会社岛津制作所(专利申请号：CN 103295873)提出一种低压下产生分析用离子的方法和装置。该发明涉及一种产生分析用离子的方法和装置，特别是在较低气压下通过多种方式产生离子并将该多种离子源复合使用的电离方法和装置。该方法和装置中将电喷雾离子源和其它解吸/电离装置(如激光解吸离子源)放置于同一真空腔体中，对该真空腔体内的样品分子分别独立作用或者共同作用，电离产生的离子通过离子聚焦装置被送入离子分析器以待分析。徐雪峰 (专利申请号：CN 209880539 U)提出一种电喷雾离子源辅助增强装置。该实用新型公开了一种电喷雾离子源辅助增强装置，包括电喷雾离子源、辐射光源、保护外壳，所述电喷雾离子源、辐射光源均设置在外壳上，在保护外壳上与电喷雾离子源相对的一侧设置有通孔，在通孔外设置有真空腔体，通孔与真空腔体的真空接口相接；在真空腔体内部设置有离子分析装置；所述辐射光源发射产生有激发高能态环境，激发高能态环境设置在电喷雾离子源与通孔之间；通过特定波段范围的短波辐射，在周围空间环境形成高能等离子体氛围，直接将周围空气和电喷雾液滴中的水全面离子化，以达到提高电喷雾电离源的去溶剂化效率和离子化效率，以改善高流速电喷雾离子源的分辨率。但是缺少离子聚焦设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：本发明的目的在于通过合理地设计，基于真空紫外光电离和低气压电喷雾电离的特性，结合离子漏斗技术，实现气液体样品的快速高灵敏检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种低气压电喷雾光电离复合电离源，其结构包括，电离源腔体、真空紫外灯、电喷雾装置、推斥电极、离子漏斗装置以及差分电极；

真空紫外灯密封放置于电离源腔体顶部，沿真空紫外灯光线出射方向依次设置有离子推斥电极、离子漏斗装置和差分电极；

离子推斥电极和差分电极均为中部设置有圆形通孔的平板结构；

真空紫外灯出射光线的光轴与离子推斥电极、离子漏斗装置和差分电极中部通孔同轴；

离子漏斗装置包括若干个极片，所述极片为环形平板，环形中部为圆形通孔，沿真空紫外灯出射光线方向，通孔内径依次逐渐减小，极片平行、等间隔、通孔同轴，所述极片固定于绝缘PEEK柱上。

电喷雾装置包括微量注射泵、石英毛细管、PEEK管Ⅰ、PEEK管Ⅱ和绝缘两通接头、高压两通接头和三通转接头；电喷雾装置中微量注射泵，通过绝缘两通接头与微量注射泵联通的石英毛细管；石英毛细管末端通过三通转接头连接嵌套到石英毛细管末端的PEEK管Ⅱ；三通转接头第三端连接PEEK管Ⅰ；

绝缘两通接头与三通转接头之间石英毛细管上设有高压两通接头；高压两通接头上连接电喷雾高压端。

电喷雾装置中嵌套PEEK管Ⅱ的石英毛细管深入到电离源腔体内部，嵌套PEEK管Ⅱ的石英毛细管末端即为电喷雾溶液出口；电喷雾溶液出口正对离子推斥电极与离子漏斗装置之间的中心位置；电离源腔体侧壁开有抽气口，抽气口正对电喷雾出口。

离子推斥电极通孔直径为4-10mm，差分电极中心孔直径为0.1-3mm；离子漏斗装置极片均为金属极片，通孔处的内径逐渐减小，轴截面为倒梯形，极片数量为2-200片，极片的圆形通孔直径为0.5-50mm。

离子推斥电极、离子漏斗装置和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电压，在真空紫外光光线方向形成大小为2～500V/cm的离子激发电场；离子漏斗装置所加频率为0.5～5MHz，峰峰值为10～600V。

石英毛细管内径为0.05-2mm，其外径小于PEEK管Ⅱ内径；PEEK管Ⅱ内径为2-6mm，石英毛细管出口端嵌套于PEEK管Ⅱ内部，出口处长度比PEEK管Ⅱ长0.1-3mm；电喷雾高压端可通过高压两通接头施加于电喷雾溶液，电喷雾溶液流速由微量注射泵控制，经石英毛细管进入电离源腔体形成羽状喷雾，鞘流气由PEEK管Ⅰ进入，经三通转接头进入PEEK管Ⅱ。

差分电极的差分接口小孔与质量分析器相连；所述的质量分析器为飞行时间质量分析器、四极杆质量分析器或离子阱质量分析器。

所述的真空紫外灯为气体放电灯光源、激光光源或同步辐射光源。

本实用新型专利基于真空紫外光电离和低气压电喷雾电离技术，提出了一种低气压电喷雾光电离复合电离源，结合光电离技术、低气压电喷雾技术与离子漏斗聚焦技术的优势，实现液体样品低气压电离条件下的高灵敏检测。

本发明提供的低气压电喷雾光电离复合电离源工作原理如下：液体样品经电喷雾装置在低气压条件下产生羽状喷雾进入到电离源腔体内，液体样品中的极性分子在电喷雾条件下可直接进行电离，电离能低于真空紫外光的其他中性分子可在真空紫外灯照射下发生光电离。在离子推斥电极电场作用下，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，经差分电极小孔进入质量分析器进行检测。

附图说明

图1一种低气压电喷雾光电离复合电离源结构示意图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1，本发明的低气压电喷雾光电离复合电离源，一种低气压电喷雾光电离复合电离源，其结构包括，电离源腔体2、真空紫外灯1、电喷雾装置、推斥电极3、离子漏斗装置 4以及差分电极6；

真空紫外灯1密封放置于电离源腔体2顶部，沿真空紫外灯1光线出射方向依次设置有离子推斥电极3、离子漏斗装置4和差分电极6；

离子推斥电极3和差分电极6均为中部设置有圆形通孔的平板结构；

真空紫外灯1出射光线的光轴与离子推斥电极3、离子漏斗装置4和差分电极6中部通孔同轴；

离子漏斗装置4极片为环形平板，环形中部为圆形通孔，2个以上极片平行、等间隔、通孔同轴固定于绝缘PEEK柱5上，PEEK柱有4根，底部固定于电离源腔体2上；

电喷雾装置包括微量注射泵7、石英毛细管14、PEEK管Ⅰ11和PEEK管Ⅱ13、绝缘两通接头8、高压两通接头9和三通转接头12；电喷雾装置中微量注射泵7，通过绝缘两通接头8与微量注射泵7联通的石英毛细管14；石英毛细管14末端通过三通转接头12连接嵌套到石英毛细管14末端的PEEK管Ⅱ13；三通转接头12第三端连接PEEK管11；

绝缘两通接头8与三通转接头12之间石英毛细管14上设有高压两通接头9；高压两通接头9上连接电喷雾高压端10。

电喷雾装置中嵌套PEEK管Ⅱ13的石英毛细管14深入到电离源腔体2内部，嵌套PEEK 管Ⅱ13的石英毛细管14末端即为电喷雾溶液出口；

电喷雾溶液出口正对离子推斥电极3与离子漏斗装置4之间的中心位置；电离源腔体2 侧壁开有抽气口15，抽气口正对电喷雾出口。

离子推斥电极3通孔直径为6mm，差分电极6中心孔直径为1mm；离子漏斗装置4极片均为金属极片，通孔处的内径逐渐减小，轴截面为倒梯形，极片数量为100片，前55片极片的圆形通孔直径为25.4mm，后45片极片孔径逐渐减小至2mm。

离子推斥电极3、离子漏斗装置4和差分电极6上按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的轴向电压，在真空紫外光光线方向形成大小为10V/cm的离子激发电场；离子漏斗装置4 所加频率为1MHz，峰峰值为50V。

石英毛细管14内径为0.1mm，其外径小于PEEK管Ⅱ13内径；PEEK管Ⅰ11和13内径为1.5mm，石英毛细管14出口端嵌套于PEEK管Ⅱ13内部，出口处长度比PEEK管Ⅱ13长1 mm；电喷雾高压端10可通过高压两通接头9施加于电喷雾溶液，电喷雾溶液流速由微量注射泵7控制，经石英毛细管14进入电离源腔体2形成羽状喷雾，鞘流气由PEEK管Ⅰ11进入，经三通转接头12进入PEEK管Ⅱ13。

差分电极6的差分接口小孔与质量分析器16相连；所述的质量分析器为飞行时间质量分析器。

所述的真空紫外灯1为氪灯。

本发明提供的低气压电喷雾光电离复合电离源工作原理如下：液体样品经电喷雾装置在低气压条件下产生羽状喷雾进入到电离源腔体内，液体样品中的极性分子在电喷雾条件下可直接进行电离，电离能低于真空紫外光的其他中性分子可在真空紫外灯照射下发生光电离。在离子推斥电极电场作用下，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，经差分电极小孔进入质量分析器进行检测。