一种利用电荷饱和增强离子传输的光电离源装置的制作方法

本发明涉及质谱领域，具体的说是提供一种利用电荷饱和增强离子传输的光电离源装置。其原理是利用电荷在绝缘表面累积后产生的电场约束离子运动，减少离子径向发散，提高电离源内离子的传输效率。

背景技术：

质谱光电离源中，样品经过毛细管以“溢流”的方式进入电离室中在电极环之外的有效空腔内发生扩散。光电离源常见结构是由电极环同轴、均匀间隔叠加构成，如专利cn200910248924.2、cn201010567193.0等所涉及的电离源。在这种结构下，一方面样品流量和泵抽速的大小决定了电离源内气体压力的大小，但是随着电离室内体积增大，数密度是降低的。根据朗博比尔定律，产物离子强度与分子数密度成正比。这意味着电离体积增大导致质谱灵敏度下降。另一方面，光电离源中光束照射的体积并不大，光照射之外的样品分子是无法利用的。因此降低电离源体积有助于提高灵敏度和样品分子利用率。

针对该问题，本发明提出采用空心绝缘管作为光电离源的电离通道和样品气输送管道，该方式不仅极大的缩小了电离源内无效体积，而且具有如下优势：绝缘管壁受到光照射时不会产生光电子，可有效避免其他专利或者研究文献中的光电子电离效应，减少离子碎片；利用绝缘表面电荷累积平衡的原理产生径向的电场，阻碍离子的径向扩散；缩小了无效体积，泵抽速不变时绝缘管道内样品气流速增快，在轴线方向对离子运动有推动作用，提高离子传输效率。

技术实现要素：

本发明提供一种利用电荷饱和增强离子传输的光电离源装置。其原理是在减小电离源体积的基础上，利用电荷在绝缘表面累积后产生的电场约束离子运动，减少离子径向发散，提高电离源内离子的传输效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用电荷饱和增强离子传输的光电离源装置，包括由用于进行电离的光源，电离腔体，样品进样管，传输电极组，抽气泵，孔电极和绝缘管；

其特征在于：电离腔体为一密闭腔体，上下两端壁面上开有同轴的通孔；

于电离腔体内设有上下二端开口的绝缘管，于绝缘管外壁面上套设有环状传输电极组，于绝缘管下方设有孔电极，孔电极的四周边缘与下壁面通孔的四周边缘密闭连接；

于电离腔体上方设有光源，光源的出光口面向上壁面的通孔，光源发出的光从上壁面的通孔进入电离腔体内经绝缘管的内部照射到孔电极上；

孔电极为中心开有通孔的板状金属电极；传输电极组是由两个及三个以上中心开有圆形通孔的平板电极构成，平板电极之间相互平行、通孔同轴且等间隔从上至下顺序设置；绝缘管由内部空心的圆管状绝缘材料构成，置于传输电极组中心通孔内部，且与传输电极组中心通孔同轴；绝缘管靠近光源的一端与电离腔体内壁面密封连接；样品进样管穿过电离腔体侧壁和绝缘管侧壁伸入至绝缘管内部；样品进样管出口设置于上壁面通孔与传输电极组之间的绝缘管侧壁面上。

传输电极组中各相邻平板电极之间均通过电阻串联连接，传输电极组的首尾两片分别施加直流电压。

上壁面通孔、绝缘管、孔电极中心通孔、下壁面通孔同轴；绝缘管下开口端与孔电极之间留有空隙。

于电离腔体侧壁上开设有与抽气泵相连的抽气口。

光电离产生的离子受到绝缘管壁上累积电荷排斥，减小了径向发散；在绝缘管的轴线方向受到样品气流分子的载带作用以及传输电极组电场的加速作用；合理设置绝缘管内径、抽气泵抽速以及传输电极组的场强，有助于提高电离源的传输效率。

光源可为发射紫外光的放电灯或者激光器。

抽气泵置于传输电极组和孔电极之间，通过控制抽速来调节绝缘管中气流速度。

附图说明

图1为本发明利用电荷饱和提高离子传输效率的电离源装置示意图。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明的结构示意图。本发明包括用于进行电离的光源1，电离腔体2，样品进样管3，传输电极组4，抽气泵5，孔电极6和绝缘管7；

其特征在于：电离腔体2为一密闭腔体，上下两端壁面上开有同轴的通孔；

于电离腔体4内设有上下二端开口的绝缘管7，于绝缘管7外壁面上套设有环状传输电极组4，于绝缘管7下方设有孔电极6，孔电极6的四周边缘与下壁面通孔的四周边缘密闭连接；

于电离腔体2上方设有光源1，光源1的出光口面向上壁面的通孔，光源(1)发出的光从上壁面的通孔进入电离腔体2内经绝缘管7的内部照射到孔电极6上；

孔电极6为中心开有通孔的板状金属电极；传输电极组4是由两个及三个以上中心开有圆形通孔的平板电极构成，平板电极之间相互平行、通孔同轴且等间隔从上至下顺序设置；绝缘管7由内部空心的圆管状绝缘材料构成，置于传输电极组4中心通孔内部，且与传输电极组4中心通孔同轴；绝缘管7靠近光源1的一端与电离腔体2内壁面密封连接；样品进样管3穿过电离腔体2侧壁和绝缘管7侧壁伸入至绝缘管7内部；样品进样管3出口设置于上壁面通孔与传输电极组4之间的绝缘管7侧壁面上；

传输电极组4中各相邻平板电极之间均通过电阻串联连接，传输电极组4的首尾两片分别施加直流电压；

上壁面通孔、绝缘管7、孔电极6中心通孔、下壁面通孔同轴；绝缘管7下开口端与孔电极6之间留有空隙；

于电离腔体4侧壁上开设有与抽气泵相连的抽气口。

光电离产生的离子受到绝缘管7壁上累积电荷排斥，减小了径向发散；在绝缘管7的轴线方向受到样品气流分子的载带作用以及传输电极组4电场的加速作用；合理设置绝缘管7内径、抽气泵5抽速以及传输电极组4的场强，有助于提高电离源的传输效率。

光源1可为发射紫外光的放电灯或者激光器。

抽气泵5置于传输电极组4和孔电极6之间，通过控制抽速来调节绝缘管7中气流速度。

技术特征：

1.一种利用电荷饱和增强离子传输的光电离源装置，包括由用于进行电离的光源(1)，电离腔体(2)，样品进样管(3)，传输电极组(4)，抽气泵(5)，孔电极(6)和绝缘管(7)；

其特征在于：电离腔体(2)为一密闭腔体，上下两端壁面上开有同轴的通孔；

于电离腔体(4)内设有上下二端开口的绝缘管(7)，于绝缘管(7)外壁面上套设有环状传输电极组(4)，于绝缘管(7)下方设有孔电极(6)，孔电极(6)的四周边缘与下壁面通孔的四周边缘密闭连接；

于电离腔体(2)上方设有光源(1)，光源(1)的出光口面向上壁面的通孔，光源(1)发出的光从上壁面的通孔进入电离腔体(2)内经绝缘管(7)的内部照射到孔电极(6)上；

孔电极(6)为中心开有通孔的板状金属电极；传输电极组(4)是由两个及三个以上中心开有圆形通孔的平板电极构成，平板电极之间相互平行、通孔同轴且等间隔从上至下顺序设置；绝缘管(7)由内部空心的圆管状绝缘材料构成，置于传输电极组(4)中心通孔内部，且与传输电极组(4)中心通孔同轴；绝缘管(7)靠近光源(1)的一端与电离腔体(2)内壁面密封连接；样品进样管(3)穿过电离腔体(2)侧壁和绝缘管(7)侧壁伸入至绝缘管(7)内部；样品进样管(3)出口设置于上壁面通孔与传输电极组(4)之间的绝缘管(7)侧壁面上；

传输电极组(4)中各相邻平板电极之间均通过电阻串联连接，传输电极组(4)的首尾两片分别施加直流电压；

上壁面通孔、绝缘管(7)、孔电极(6)中心通孔、下壁面通孔同轴；绝缘管(7)下开口端与孔电极(6)之间留有空隙；

于电离腔体(4)侧壁上开设有与抽气泵相连的抽气口。

2.根据权利要求1所述电离源装置，其特征在于：

光电离产生的离子受到绝缘管(7)壁上累积电荷排斥，减小了径向发散；在绝缘管(7)的轴线方向受到样品气流分子的载带作用以及传输电极组(4)电场的加速作用；合理设置绝缘管(7)内径、抽气泵(5)抽速以及传输电极组(4)的场强，有助于提高电离源的传输效率。

3.根据权利要求1所述电离源装置，其特征在于：

光源(1)可为发射紫外光的放电灯或者激光器。

4.根据权利要求1所述电离源装置，其特征在于：

抽气泵(5)置于传输电极组(4)和孔电极(6)之间，通过控制抽速来调节绝缘管(7)中气流速度。

技术总结
本发明提供一种基于电荷饱和增强离子传输的电离源装置。提出采用空心绝缘管作为光电离源的电离通道和样品气输送管道，该方式不仅极大的缩小了电离源内无效体积，而且具有如下优势：绝缘管壁受到光照射时不会产生光电子，可有效避免其他专利或者研究文献中的光电子电离效应，减少离子碎片；利用绝缘表面电荷累积平衡的原理产生径向的电场，阻碍离子的径向扩散；缩小了无效体积，泵抽速不变时绝缘管道内样品气流速增快，在轴线方向对离子运动有推动作用，提高离子传输效率。

技术研发人员：陈平;花磊;李海洋
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2018.11.25
技术公布日：2020.06.02