专利名称：同轴嵌套型多模式离子源的制作方法
技术领域：
本发明属于质谱离子源技术领域，具体涉及一种同轴嵌套型电子轰击复合电喷雾多模式多功能质谱离子源技术。
背景技术：
在质谱仪中，有机化合物以及生物分子的离子化是制约质谱仪灵敏度的关键因素。自质谱仪诞生以来，人们就化合物的离子化技术展开了不断的研究。目前，应用于质谱仪中的离子化技术主要有四大类，四种类型的电离技术能够将自然界存在的几乎所有气态、液态和固态的分子进行电离。其中，电子轰击电离(EI)技术与电喷雾电离(ESI)技术是最为常用的两种化合物离子化技术。电子轰击电离与电喷雾电离能够对绝大多数化合物进行电离，配合高分辨的质量 滤质器与检测器，电子轰击电离质谱法与电喷雾电离质谱法能够满足日常绝大部分有机化合物的结构与含量分析，成为目前有机化合物分析领域中应用最为广泛的两类质谱分析法。电子轰击电离是一种“硬”电离技术，需要较高的真空度(10_4pa)，且只能电离处于气态的化合物，因此电子轰击电离质谱仪一般与气相色谱(GC)联合使用，用于分析易于气化且在高温下较为稳定的有机化合物；电喷雾电离是一种“软”电离技术，电离过程在大气压环境在即可进行，而且对处于溶液中的有机化合物能够进行有效电离，因此电喷雾电离质谱法一般与液相色谱(LC)联用，用于分析难于汽化且在高温下不稳定的化合物。质谱仪检测灵敏度和检测效率的提高与化合物在离子源中电离效率有直接的关系。为了提高化合物的电离效率以及能够使离子源适用不同状态的样品，人们在传统离子源的基础上进行了改进。其中，将两种不同类型的电离技术复合在同一离子源中被证明是行之有效的发法。目前，已经有将电喷雾电离与解吸电离耦合形成单一离子源的技术。上述将激光解吸电离与电喷雾电离结合而形成的新电离技术在提高待测物中化合物的离子化效率与质谱检测器的灵敏度方面有重要的意义。然而，无论是DESI还是ELDI电离源都无法实现对多种状态样品(如气态样品、液态样品)的同时电离，无法满足利用质谱进行快速检测的目的，因而其应用范围受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种同轴嵌套型多模式离子源，为质谱仪仅使用一个离子源就能同时分析气态样品和液态样品提供了可能，配备此离子源的质谱在多个工作模式间可自动快速切换，是一种紧凑且高效的离子源设计。为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是
提供一种同轴嵌套结构的多模式离子源，其特征在于由排布在同一进样锥轴线上的电子轰击离子源和电喷雾离子源耦合嵌套而成，所述的电子轰击离子源包括灯丝、阳极、推斥极、电透镜组、石英毛细管柱、轰击电离室以及必要的电路连接组件，在电子轰击源所处的质谱真空腔室前端固定电喷雾离子源；所述的电喷雾离子源包括电喷雾喷针、进样锥、喷雾室、不锈钢毛细导管、采样锥以及必要的电路和气路装置；所述进样锥轴线位置固定了两种同轴嵌套的毛细管不锈钢毛细导管用来传输电喷雾离子流，石英毛细管柱则用来传送气态样品。所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，其电子轰击电离功能和电喷雾电离功能相对独立，能够只启用电子轰击电离功能用以分析气态样品，或只启用电喷雾电离功能用以分析液态样品，也能够同时使用上述两种电离功能完成对同一种样品不同电离方式的分析，或同时电离两种不同样品以研究其分子离子反应机理，其相应的工作模式分别为电子轰击模式、电喷雾模式和电子轰击电喷雾模式，离子源可在三种工作模式之间完成自动快速切换。所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，其特征在于电喷雾离子流经由不锈钢毛细导管输入电子轰击源所处的质谱真空腔室内，离子穿过两个平行采样锥和电子轰击源后进入后续调制装置；气态样品通过石英毛细管柱进入轰击电离室后直接在此处电离，电离产生的的离子在推斥极的推斥下进入后续调制装置。
所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，其特征在于所述不锈钢毛细导管为一圆周形管道，管道中间设有一小孔通道为石英毛细管柱入口，以便石英毛细管柱能够进入质谱
真空腔室内。所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，其特征在于电喷雾喷针位于喷雾室的顶端，在进样锥的正上方，与进样锥的角度为60 90度；在喷雾室的前端与石英毛细管柱入口相对的位置设有一开口，以便电子轰击石英毛细管柱通过。所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，其特征在于在进样锥的后方设置两个平行的采样锥，在第一个采样锥与进样锥之间、两个平行采样锥之间、第二个采样锥之后各设一个真空抽口，均连接前级机械泵和分子涡轮泵。所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，其特征在于所述轰击电离室设在第二个采样锥之后，由石英毛细管柱进样的气态样品在此处经电子轰击而电离成带电碎片离子，其离子通道将和电喷雾离子通道交汇重合。所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，由于同轴嵌套型多模式离子源中的电喷雾离子通道长于常规的电喷雾离子源，其末端离子通道完全暴露在轰击电离室内。本设计采用在其离子通道上增设离子传输装置、调整电子轰击离子源结构设计、设置辅助气路的方案来保证电喷雾离子化模式的离子传输效率。本发明的特点在于通过将电喷雾离子源与电子轰击离子源进行同一进样锥轴线上的嵌套耦合，从而使一种一体化多模式多功能离子源成为可能。这种新型离子源的同轴嵌套结构是一种紧凑型设计方案，其全部的电子轰击离子通道和末端的电喷雾离子通道完全重合，在保证电离效率的同时实现了空间的高效利用。
图I为同轴嵌套型多模式离子源结构示意图。图2为进样锥前端俯视图。附图中1.电子轰击石英毛细管柱；2.喷雾室开口 ；3.毛细管入口 ；4.电喷雾喷针；5.喷雾室；6.电喷雾不锈钢毛细导管；7.进样锥；8.真空抽口 ；9.采样锥；10.推斥极；11.灯丝；12.阳极；13.轰击电离室；14.电透镜组；15.质谱真空腔室。
具体实施例方式实施例I :同轴嵌套结构的多模式离子源
如附图I所示，本发明为一种由电子轰击离子源和电喷雾离子源同轴嵌套而成的新型离子源装置，其中电子轰击电离相关配件位于质谱真空腔室(15)内部，由灯丝(11)、阳极
(12)、推斥极(10)、电透镜组(14)、石英毛细管柱(I)以及轰击电离室(13)组成；电喷雾喷针(4)位于喷雾室(5)内，喷雾室(5)则位于质谱真空腔室(15)的前端正前方；在喷雾室
(5)与石英毛细管柱(I)入口相对的位置开设另一小口(2)，以便石英毛细管柱(I)能进入喷雾室(5)内；不锈钢毛细导管(6)位于质谱真空腔室(15)的正前方，穿过进样锥(7)中心的毛细管入口(3)而插入质谱真空腔(15)内；在毛细导管(6)的正中心开有一小孔，为石英毛细管柱(I)入口 ；轰击电离室(13)的前部固定有两个平行的采样锥(9)，采样锥(9)前后 的真空抽口(8)保证了电子轰击离子源所处空间的高真空度；气态样品通过石英毛细管柱
(I)直接输入轰击电离室(5)后被电离为带电碎片离子，经电透镜组(14)调制后再进入后续调制装置；电喷雾离子经由不锈钢毛细导管(6)输入质谱真空腔室(15)内，离子穿过平行采样锥(9)和电子轰击源后进入后续调制装置。实施例2:电子轰击电离工作模式
如图I所示，气态待测化合物随氦气流进入石英毛细管柱(1)，经过位于喷雾室(5)的开口(2)、位于质谱真空腔室(15)中进样锥(7)中心的毛细管入口(3)(图2)和两个平行采样锥(9)后达到轰击电离室(13);轰击电离室(13)的真空度在前级机械泵和分子涡轮泵的共同作用下达到10_4 Pa以下，此时加载于灯丝(11)上的电压发射出能量为70 eV的电子束流，与垂直方向上的样品分子发生碰撞并使之断裂成不同质量的带电荷碎片；带电荷碎片离子在推斥极(10)的作用下被推入电透镜组(14)，经电透镜组(14)调制后形成电子轰击离子束流并输入后续调制装置，最终在质量分析器中完成精确定性定量分析。此时电喷雾离子源停止工作，处于待命状态。实施例3 电喷雾电离模式
如图I所示，液态样品注入电喷雾喷针(4)后，对电喷雾喷针(4)施加以高压直流电，使流出的液滴电离，带电液滴在喷雾室(5)内迅速雾化并去溶剂化，而后由穿过毛细管入口
(3)的不锈钢毛细导管(6)将带电离子输入质谱真空腔室(15)内；电喷雾离子经过两个平行采样锥(9)的去溶后，再穿过电子轰击源所在的区域并进入后续调制装置，经调制形成电喷雾离子束流，最终输入在质量分析器中进行质量分析。此时电子轰击离子源停止工作，处于待命状态。实施例4 电子轰击电喷雾电离模式
轰击电离室(13)所处的质谱真空腔室(15)内的真空度在前级机械泵和分子涡轮泵的共同作用下达到10_4 pa以下，此时位于质谱真空腔室(15)前方的喷雾室(5)的压力为一个标准大气压；当电子轰击离子源所处空间的真空度达到工作要求后，此时气态样品可按照实施例I所示的途径和方法在轰击电离室(13)中电离，同时液态样品则按照实施例2所示的途径在喷雾室(5)中雾化电离，两束离子在轰击电离室(13)内交汇混合，一并经后续调制装置调制后，共同输入质量分析器中进行质量分析。
权利要求
1.一种同轴嵌套结构的多模式离子源，其特征在于由排布在同一进样锥轴线上的电子轰击离子源和电喷雾离子源耦合嵌套而成，所述的电子轰击离子源包括灯丝、阳极、推斥极、电透镜组、石英毛细管柱、轰击电离室以及必要的电路连接组件，在电子轰击源所处的质谱真空腔室前端固定电喷雾离子源；所述的电喷雾离子源包括电喷雾喷针、进样锥、喷雾室、不锈钢毛细导管、采样锥以及必要的电路和气路装置；所述进样锥轴线位置固定了两种同轴嵌套的毛细管不锈钢毛细导管用来传输电喷雾离子流，石英毛细管柱则用来传送气态样品。
2.权利要求I所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，其电子轰击电离功能和电喷雾电离功能相对独立，能够只启用电子轰击电离功能用以分析气态样品，或只启用电喷雾电离功能用以分析液态样品，也能够同时使用上述两种电离功能完成对同一种样品不同电离方式的分析，或同时电离两种不同样品以研究其分子离子反应机理，其相应的工作模式分别为电子轰击模式、电喷雾模式和电子轰击电喷雾模式，离子源可在三种工作模式之间完成自动快速切换。
3.权利要求I所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，其特征在于电喷雾离子流经由不锈钢毛细导管输入电子轰击源所处的质谱真空腔室内，离子穿过两个平行采样锥和电子轰击源后进入后续调制装置；气态样品通过石英毛细管柱进入轰击电离室后直接在此处电离，电离产生的离子在推斥极的推斥下进入后续调制装置。
4.权利要求I所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，其特征在于所述不锈钢毛细导管为一圆周形管道，管道中间设有一小孔通道为石英毛细管柱入口，以便石英毛细管柱能够进入质谱真空腔室内。
5.权利要求I所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，其特征在于电喷雾喷针位于喷雾室的顶端，在进样锥的正上方，与进样锥的角度为60 90度；在喷雾室的前端与石英毛细管柱入口相对的位置设有一开口，以便电子轰击石英毛细管柱通过。
6.权利要求I所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，其特征在于在进样锥的后方设置两个平行的采样锥，在第一个采样锥与进样锥之间、两个平行采样锥之间、第二个采样锥之后各设一个真空抽口，均连接前级机械泵和分子涡轮泵。
7.权利要求6所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，其特征在于所述轰击电离室设在第二个采样锥之后，由石英毛细管柱进样的气态样品在此处经电子轰击而电离成带电碎片离子，其离子通道将和电喷雾离子通道交汇重合。
8.权利要求I所述的同轴嵌套结构的多模式离子源，其特征在于同轴嵌套结构的多模式离子源中的电喷雾离子通道长于常规的电喷雾离子源，其末端离子通道完全暴露在轰击电离室内。
全文摘要
一种同轴嵌套型多模式离子源，其特征在于由排布在同一进样锥轴线上的电子轰击离子源和电喷雾离子源耦合嵌套而成。其中，电子轰击电离功能和电喷雾电离功能相对独立，能够只启用电子轰击电离功能用以分析气态样品，或只启用电喷雾电离功能用以分析液态样品，也能够同时使用上述两种电离功能完成对同一种样品不同电离方式的分析，或同时电离两种不同样品以研究其分子离子反应机理，其相应的工作模式分别为电子轰击模式、电喷雾模式和电子轰击电喷雾模式，离子源可在三种工作模式之间完成自动快速切换。本发明使电子轰击电喷雾一体化多模式的离子化方法成为可能，具备结构紧凑、电离充分、一源多用等优点。
文档编号H01J49/16GK102820201SQ20121031827
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月2日 优先权日2012年9月2日
发明者王利兵, 丁利, 清江, 于艳军, 胥传来, 侯尧 申请人:王利兵