专利名称：大气压接口离子源及质谱仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于分析仪器领域的大气压接口离子源及质谱仪。
背景技术：
液质联用系统广泛应用于科学研究和生物检测分析领域，其结构主要包括液相色谱仪和质谱仪。其中液相色谱仪用于初步处理待检测的液体样品，以形成较为纯净的液体样品。质谱仪主要包括大气压接口离子源和质量分析器等。大气压接口离子源包括一根带电喷针、毛细管和给毛细管加热的加热装置，带电喷针设置在大气中，用于接收经液相色谱仪处理过的较纯净的液体样品，并将液体样品电离气化形成气态的带电离子；毛细管一端伸入到质谱仪内，另一端设置在大气中，所述质谱仪内与大气之间的气压差使经电离气化后的样品离子形成样品离子流，并通过所述毛细管吸入到质谱仪内。传统的大气压接口离子源中，毛细管与质谱仪中的质量分析器安装在同一中心线上，所以离子流以直线形式飞进质量分析器。如图1所示，毛细管2上的电压与喷针1有一高压电位差，可以利用一个高压供电电源使毛细管2与喷针1之间保持这种高压电位差，当然也可以通过其他方式在二者之间保持高压电位差。喷针1的喷口处由电场作用形成泰勒锥，使液体样品转换成大量的带有电荷的液滴，带电液滴发生库仑爆炸效应，蒸发掉部分溶剂，变成更小的带电雾滴；这些小雾滴在气流的导引、裹携作用下形成样品离子流进入毛细管2，在毛细管2的高温作用下小雾滴内的溶剂进一步被蒸发，因此小雾滴在通过毛细管2的过程中会越来越小，最后进入质量分析器中。通常情况下，在液体样品雾滴通过毛细管转变为离子流的同时，也会存在一些未电离成功的液体样品，如杂质颗粒、溶剂颗粒、溶剂分子团等中性颗粒，还会存在一些去溶剂不完全的大质荷比的带电雾滴。而传统的大气压接口离子源中，所有这些离子、带电雾滴及杂质颗粒、溶剂颗粒、溶剂分子团等由于原始运动方向直接对准质量分析器的入口，所以会一并进入到质量分析器中，从而污染了质量分析器中的电极等部件，造成局部静电累积， 破坏质量分析器内部的理想电场分布，从而严重影响了质谱仪的分析精度和灵敏度；同时雾滴直接进入质量分析器还会产生噪声信号，降低质谱仪的信噪比。为了减少进入质量分析器的杂质颗粒、溶剂颗粒、溶剂分子团等中性颗粒，传统的大气压接口离子源中还设有吹气装置，其吹出的高温氮气方向与毛细管内样品离子流的方向相反，目的在于使这些中性颗粒中的溶剂进一步蒸发，变成质量小的粒子，以减小对质量分析器的污染。然而这会浪费大量的氮气、电能等资源。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种不影响分析精度和灵敏度的大气压接口离子源及质谱仪，以解决上述现有技术中由于大气压接口离子源的缺陷而导致分析精度和灵敏度低的技术问题。[0006]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案本实用新型的大气压接口离子源，大气压接口离子源，包括一端伸入到质谱仪内、 另一端设置在大气中的毛细管，所述质谱仪内与大气之间的气压差使经电离气化后的样品离子形成样品离子流，并通过所述毛细管吸入到所述质谱仪内，其特征在于所述大气压接口离子源还包括推斥电极，所述毛细管的中心线与质谱仪的质量分析器的中心线之间的夹角α为80° 150°，所述推斥电极安装在所述夹角α的外侧，所述推斥电极上加有 110 380伏特的直流电压，该直流电压产生的电场使通过所述毛细管的样品离子流中动能小的样品离子的飞行方向改变180° -α角后进入所述质量分析器。优选地，所述夹角α为90°。所述推斥电极面对所述夹角α —面的形状为半圆柱面形状、球面形状、椭球面形状、锥面形状、锥台面形状或平面形状。所述推斥电极上开有孔或狭缝，以供动能大的样品离子或中性粒子通过。 所述大气压接口离子源还包括安装在所述推斥电极与所述质量分析器之间的离子导引装置。所述离子导引装置是极杆式导引装置，包括相互平行且在圆周方向均勻分布的四根、六根或八根电极杆，每根电极杆上加有电压为100 400伏特、频率为600千赫兹 2 兆赫兹的射频电流。所述离子导引装置是离子漏斗，该离子漏斗包括若干块相互绝缘且平行布置的电极板，每块所述电极板的中央具有供所述样品离子通过的通孔，若干块电极板上的通孔沿着样品离子的飞行方向依次变小；所述离子漏斗所处区域的真空度为65pa 650pa，靠近所述推斥电极的电极板上加有60 100伏特的直流电压，靠近所述质量分析器的电极板上加有25 65伏特的直流电压，若干块电极板上的电压沿着样品离子的飞行方向依次递减，每一块所述电极板上加有交流电压，并且所述若干块电极板中的相邻两块所述电极板之间的交流电压的相位差相同。所述离子漏斗所处区域的真空度为IlOpa 150pa。所述若干块电极板上的直流电压沿着样品离子的飞行方向以等差数列的方式依次递减。本实用新型的质谱仪，包括质量分析器和大气压接口离子源，其中，所述大气压接口离子源是本实用新型所述的大气压接口离子源。由上述技术方案可知，本实用新型的大气压接口离子源及质谱仪的优点和积极效果在于由于大气压接口离子源中设有推斥电极，推斥电极所产生的电场能够分离动能小的样品离子与动能大的杂质、分子团、雾滴颗粒等，样品离子在推斥电极电场的作用下改变飞行方向，且改变后能够进入质量分析器；而杂质雾滴或颗粒由于动能大、惯性大，在推斥电极电场的作用下飞行方向所改变的角度比样品离子所改变的角度小，因而由于强大的惯性无法进入质量分析器。所以本实用新型的大气压接口离子源以及质谱仪中，只有稳定的样品离子才能能够进入质量分析器，而其他的雾滴、分子团、颗粒等均无法进入质量分析器，从而有效地避免了这些雾滴、分子团、颗粒等污染质量分析器中的电极等部件，因此有利于提高质谱仪的分析精度、灵敏度和信噪比。与此同时，本实用新型中，由于推斥电极在质量分析器之前就将样品离子流中的杂质颗粒、溶剂颗粒、溶剂分子团等中性颗粒筛选掉， 因而可以不必设置吹气装置，故本发能能够节省大量的氮气、电能等资源。[0017]通过以下参照附图对优选实施例的说明，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更加明显。
图1表示传统的大气压接口离子源的结构示意图，其同时表示出液体样品被电离气化后飞行过程中的变化过程；图2表示本实用新型的大气压接口离子源的第一实施例的结构示意图；图3表示本实用新型的大气压接口离子源的机械结构示意图；图4表示样品离子在本实用新型的大气压接口离子源中飞行的模拟图；图5表示本实用新型的大气压接口离子源的第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图详细描述本实用新型的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。如图2和图3所示，本实用新型的大气压接口离子源第一实施例，主要包括带电喷针1、毛细管2、给毛细管加热的加热装置(图中未示出)以及推斥电极3。带电喷针1可以与传统结构的大气压接口离子源中的带电喷针的相同。毛细管2可以与传统结构的大气压接口离子源中的毛细管2相同，其可以带电，也可以不带电。毛细管2的一端设置在大气中由陶瓷套管8支撑，另一端伸入到质谱仪10内由质谱仪10内的毛细管架6支撑。质谱仪内与大气之间的气压差使经电离气化后的样品离子形成样品离子流，并通过毛细管2吸入到质谱仪内。毛细管2的中心线与质谱仪10的质量分析器4的中心线之间的夹角α为90°，该夹角α的角度不限于90°，可以根据质谱仪的整体结构布局以及推斥电极3的电场强度等因素确定，通常该夹角α的角度在80° 150°范围内均是可行的。样品离子流通过毛细管2进入质谱仪内，在毛细管2的高温作用下，样品离子流中的溶剂被进一步蒸发。由毛细管2飞出的样品离子流成分包括离子或者离子团簇以及未电离成功的液体样品分子，如杂质颗粒、溶剂颗粒、溶剂分子团等，还有一些去溶剂不完全的大质荷比的带电雾滴。推斥电极3安装在夹角α的外侧，推斥电极3的直流电压所产生的电场能够使通过毛细管2的样品离子、杂质颗粒、溶剂颗粒、溶剂分子团等分散开，推斥电极3的电场强度恰好能够使样品离子流中动能小的样品离子的飞行方向改变90°后进入质量分析器4。当然如果毛细管2的中心线与质谱仪的质量分析器4的中心线之间的夹角α为120°，则推斥电极3也使样品离子流中样品离子的飞行方向改变大约60°而进入质量分析器4，即推斥电极3对样品离子流的飞行方向所改变的角度值为180° -α，以确保样品离子流中质荷比小的样品离子能够飞进质量分析器4中。我们知道，质谱仪内是一定真空度的，质谱仪内、外的压力差使空气形成气流，被带电喷针电离气化后的样品雾滴粒子在该气流的裹携作用下，由毛细管进入到质谱仪内。各种样品雾滴粒子在毛细管入口处的速度大小有所差别，而脱离毛细管时，各种样品雾滴粒子的速度均与毛细管内气流速度接近，也就是说，在
脱离毛细管时，各种样品雾滴粒子的速度基本是相同的。根据动能公式:EK =^mv2 (其中m是质量，ν是速度大小)，这些样品雾滴粒子所带动能与其质量成正比，未完全气化的雾滴、 杂质颗粒、溶剂颗粒、溶剂分子团等中性颗粒的质量往往远大于样品离子的质量，因此其动能也远大于样品离子的动能，因此，这些未完全气化的雾滴、杂质颗粒、溶剂颗粒、溶剂分子团等，由于质量较大，所以动能大，惯性大，不容易被电场偏转，所以其虽然可能偏离原始的飞行方向，但其偏离的角度要远小于样品离子，因此，这些质荷比大的离子、杂质颗粒、溶剂颗粒、溶剂分子团等，无法飞进质量分析器4，而是从推斥电极3边缘或穿过推斥电极上的孔或狭缝飞出去。推斥电极3面对夹角α —面的形状为半圆柱面形状，其也可以是球面形状、椭球面形状、锥面形状、锥台面形状或平面形状等其他形状，推斥电极3上可开孔或开狭缝让中性和高能颗粒通过。这些中性或高能量颗粒雾滴不会达到任何电极从而不会对其造成污染。根据液体样品的种类不同，推斥电极3的直流电压通常可以在110 380伏特范围内。本实用新型第一实施例优选的技术方案中，大气压接口离子源还包括离子导引装置，该离子导引装置是安装在质量分析器4与推斥电极3之间的离子漏斗50，该离子漏斗50包括若干块平行布置的电极板51，每块电极板51的中央具有供样品离子通过的通孔 511，若干块电极板51上的通孔511沿着样品离子的飞行方向依次变小，相邻两块电极板51 之间设有绝缘片52，每块电极板51上设有用于连接到电路板的电连接部512。离子漏斗50 所处区域的真空度为60pa 650pa，并且靠近推斥电极3的电极板51上的直流电压为60 100伏特，靠近质量分析器4的电极板51上的直流电压为25 65伏特，若干块电极板51 上的直流电压沿着样品离子的飞行方向以等差数列的方式依次递减。每一块电极板51上加有交流电压，优选地，若干块电极板51中的相邻两块电极板51之间的交流电压的相位差相同，例如每相邻的两块电极板之间的交流电压相位差均为半个周期。离子漏斗50在上述真空度、直流电压、交流电压条件下，样品离子可以更好地聚焦，从而使各个离子即便初始能量不同、偏转角度不会完全一致，也能有效地聚焦、集中。离子流与背景空气的碰撞可以进一步降低样品离子的温度，以利于样品离子以合适的速度飞出离子漏斗，特别是在离子漏斗50所处区域的真空度为IlOpa 150pa，尤其是在130pa左右时，且若干块电极板51 上的直流电压以等差数列的方式沿着样品离子飞行方向依次递减时，样品离子可以更加顺畅地飞出离子漏斗50，飞进质量分析器4。当然若干块电极板51上的直流电压沿着样品离子飞行方向不以等差数列方式递减为限，其他的递减方式也是可行的；靠近推斥电极3的电极板51上的直流电压不限于60 100伏特，靠近质量分析器4的电极板51上的电压也不限于25 65伏特。如图4所示，样品为利血平，分子量为609，推斥电极选用平面型推斥电极30，施加于推斥电极30上的电压为180伏特，离子漏斗50所处区域的真空度为130pa，沿着样品离子飞行方向的第一块电极板51 (靠近推斥电极3的电极板)上的电压为100伏，第二块电极板51上的电压为93伏，第三块电极板51上的电压为86伏，第四块电极板51上的电压为79伏，第五块电极板51上的电压为72伏，第六块电极板51上的电压为65伏，第七块电极板51上的电压为58伏，第八块电极板51上的电压为51伏。由图4可以看出，从毛细管 2飞出的样品离子顺畅地穿过离子漏斗50，最终飞进质量分析器。如图5所示，本实用新型的大气压接口离子源第二实施例与第一实施例不同之处仅在于离子导引装置是安装在质量分析器4与推斥电极3之间的极杆式导引装置60。极杆式导引装置60包括相互平行且在圆周方向均勻分布的四根、六根或八根或其他数量的电极杆61，电极杆61的截面形状可以是圆形、矩形或者其他形状。每根电极杆61上加有电压为100 400伏特、频率为600千赫兹 2兆赫兹的射频电流。该第二实施例的极杆式导引装置同样能够对样品离子束起到良好的降温、聚焦的效果。本实用新型的质谱仪10，包括质量分析器4和大气压接口离子源。其中的大气压接口离子源即为前述本实用新型的大气压接口离子源，这里不再赘述。虽然已参照几个典型实施例描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
权利要求1.一种大气压接口离子源，包括一端伸入到质谱仪内、另一端设置在大气中的毛细管 O)，所述质谱仪内与大气之间的气压差使经电离气化后的样品离子形成样品离子流，并通过所述毛细管( 吸入到所述质谱仪内，其特征在于所述大气压接口离子源还包括推斥电极(3)，所述毛细管O)的中心线与质谱仪的质量分析器的中心线之间的夹角α 为80° 150°，所述推斥电极C3)安装在所述夹角α的外侧，所述推斥电极(；3)上加有 110 380伏特的直流电压，该直流电压产生的电场使通过所述毛细管(2)的样品离子流中动能小的样品离子的飞行方向改变180° -α角后进入所述质量分析器。
2.如权利要求1所述的大气压接口离子源，其特征在于所述夹角α为90°。
3.如权利要求1所述的大气压接口离子源，其特征在于所述推斥电极(3)面对所述夹角α —面的形状为半圆柱面形状、球面形状、椭球面形状、锥面形状、锥台面形状或平面形状。
4.如权利要求1所述的大气压接口离子源，其特征在于所述推斥电极(3)上开有孔或狭缝，以供动能大的样品离子或中性粒子通过。
5.如权利要求1-4之任一项所述的大气压接口离子源，其特征在于所述大气压接口离子源还包括安装在所述推斥电极(3)与所述质量分析器(4)之间的离子导引装置。
6.如权利要求5所述的大气压接口离子源，其特征在于所述离子导引装置是极杆式导引装置(60)，包括相互平行且在圆周方向均勻分布的四根、六根或八根电极杆(61)，每根电极杆(61)上加有电压为100 400伏特、频率为600千赫兹 2兆赫兹的射频电流。
7.如权利要求5所述的大气压接口离子源，其特征在于所述离子导引装置是离子漏斗(50)，该离子漏斗(50)包括若干块相互绝缘且平行布置的电极板(51)，每块所述电极板 (51)的中央具有供所述样品离子通过的通孔(511)，若干块电极板(51)上的通孔(511)沿着样品离子的飞行方向依次变小；所述离子漏斗(50)所处区域的真空度为65pa 650pa， 靠近所述推斥电极(3)的电极板(51)上加有60 100伏特的直流电压，靠近所述质量分析器的电极板(51)上加有25 65伏特的直流电压，若干块电极板(51)上的电压沿着样品离子的飞行方向依次递减，每一块所述电极板(51)上加有交流电压，并且所述若干块电极板(51)中的相邻两块所述电极板(51)之间的交流电压的相位差相同。
8.如权利要求7所述的大气压接口离子源，其特征在于所述离子漏斗(50)所处区域的真空度为IlOpa 150pa。
9.如权利要求7所述的大气压接口离子源，其特征在于所述若干块电极板(51)上的直流电压沿着样品离子的飞行方向以等差数列的方式依次递减。
10.一种质谱仪，包括质量分析器(4)和大气压接口离子源，其特征在于所述大气压接口离子源是权利要求1-9之任一项所述的大气压接口离子源。
专利摘要本实用新型提供了一种大气压接口离子源及质谱仪。大气压接口离子源包括毛细管和推斥电极，质谱仪内与大气之间的气压差使样品离子形成样品离子流，并通过毛细管吸入到质谱仪内，毛细管与质谱仪的质量分析器之间的夹角α为80°～150°，推斥电极安装在夹角α的外侧，推斥电极上加有110～380伏特的直流电压，使通过毛细管的样品离子流中动能小的样品离子的飞行方向改变180°-α角后进入质量分析器。本实用新型的质谱仪包括本实用新型的大气压接口离子源。本实用新型中，只有稳定的动能较小的样品离子才能能够进入质量分析器，而动能很大的雾滴残余等则被有效分离。因此本实用新型的大气压接口离子源及质谱仪的分析精度高，灵敏度好，信噪比高。
文档编号H01J49/10GK202178233SQ20112027462
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者商颖健, 张华 , 张小华, 杜永光, 王后乐 申请人:北京普析通用仪器有限责任公司