一种脉冲加压的离子富集装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及质谱分析技术领域，具体是一种脉冲电压的离子富集装置。
【背景技术】
[0002]1886年，E.Goldstein在低压放电实验中观察到正电荷粒子，随后W.Wein发现正电荷粒子束在磁场中发生偏转，这些观察结果为质谱的诞生提供了准备。世界上第一台质谱仪于1912年由英国物理学家Jos印h John Thomson(1906年诺贝尔物理学奖获得者、英国剑桥大学教授)研制成功；到20世纪20年代，质谱逐渐成为一种分析手段，被化学家采用；1948年Cameron和Eggers制成了第一台飞行时间质谱仪，这类质谱仪器不仅在仪器设计上获得了进步，同时广泛获得应用，尤其在与毛细管气相色谱的联用方面发挥了重要的作用。1955年Wiley和Mclanren提出了双场加速聚焦理论，并通过双场加速聚焦使直线式飞行时间质谱的分辨率超过了 100，并且给出了相应的理论推导。1999年Chen等将垂直离子引入与反射式飞行时间质谱相结合获得了分辨率达到10000的质谱，仪器长度为1.3m。传统的飞行时间质谱是通过脉冲进样完成，没有进入质谱的离子占很大一部分。
[0003]垂直加速飞行时间质谱极大地提高了仪器的分辨率，但垂直加速飞行时间质谱的离子利用效率并不高，通常只有5%左右，影响了仪器的检测灵敏度。只有一小部分离子经过脉冲电压推斥到质量分析器中，大部分离子没有进入质量分析器。
[0004]为了提高垂直加速飞行时间质谱的离子利用效率和检测灵敏度，本实用新型在脉冲电极上施加了脉冲电压。当脉冲电极施加低电压脉冲时，电离区产生的离子在电离区中振荡并富集；当脉冲电极施加高电压脉冲时，在电场的作用下，富集的离子向下运动，并最终进入质量分析器。脉冲电压的施加提高了离子的利用效率。
【发明内容】
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[0005]本实用新型的目的是提供一种脉冲加压的离子富集装置，以提高垂直加速飞行时间质谱的离子利用效率和检测灵敏度。
[0006]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:
[0007]1.一种脉冲加压的离子富集装置由电离区、离子传输区、推斥区和质量分析器四个区域组成。
[0008]I)离子富集分离装置各部件的结构:
[0009]1.1)所述电离区内，从上至下依次设有光源入射孔、脉冲电极、聚焦电极和skimmer电极；所述光源入射孔设在电离区脉冲电极正上方壁或侧壁上；所述的脉冲电极是由圆孔金属片构成，中心孔从顶端至底端逐渐增大，其功能是产生脉冲电压；所述的聚焦电极，由圆环金属电极构成，其功能是将电离区产生的离子聚焦；所述的skimmer电极，为中空的柱状或台状圆柱电极，中心孔从顶端到底端逐渐增大，其功能是将聚焦后的离子整形形成离子流，使其进入离子传输区。
[0010]在电离区周围设置有毛细管，样品气体通过毛细管进入到电离区；使用的毛细管为表面经过硅烷化处理的熔融石英毛细管，内径50 μ m，长度50cm。
[0011]1.2)所述离子传输区内设有传输电极组，它是由一组2?10个带孔的电极片构成，电极片之间以绝缘片间隔，用于离子流的传输。
[0012]1.3)所述推斥区，内设有推斥电极和引出电极，上部设有狭缝。所述狭缝是一矩形孔，用于离子流的整形。所述的推斥电极，是一金属平板电极，其功能是产生推斥电压。所述的引出电极，是孔状金属电极，用于推斥区离子流的引出，使其进入质量分析器。
[0013]1.4)所述质量分析器是一种将不同质荷比的离子进行分离的装置。
[0014]2)离子富集分离装置各部件的空间位置关系:
[0015]所述的脉冲电极，聚焦电极，skimmer电极、传输电极组和狭缝处于同轴设置。所述的推斥电极和引出电极处于同轴设置；所述的传输电极组轴向方向与推斥电极的轴向方向相垂直。
[0016]3)离子富集分离装置各区域之间的连接关系:
[0017]电离区与离子传输区通过电离区的skimmer电极的中心孔连接、离子传输区与推斥区通过离子传输区的狭缝连接、推斥区与质量分析器通过推斥区的引出电极连接；
[0018]2.一种脉冲加压的离子富集装置，应用在脉冲电极上施加脉冲电压的方法，在脉冲电极上施加脉冲电压，低电平时，离子在脉冲电极和ski_er电极之间的区域富集；高电平时，富集的离子在电场的作用下向下运动，最终到达离子质量分析器。通过控制电离区和推斥电极上的脉冲电压的延迟时间，可以提高离子进入质量分析器的效率。该装置提高了垂直加速飞行时间质谱的离子利用效率。
[0019]具体过程如下:
[0020]I)光通过光源入射孔进入电离区，样品气体通过毛细管到达电离区，光在电离区与样品气体相互作用，使样品气体分子发生电离，产生离子。
[0021]2)当脉冲电极上施加脉冲低电平时，脉冲电极和skimmer电极上的电压高于聚焦电极上的电压，电离产生的离子由于电场的作用在电离区发生振荡，并在电离区中富集。
[0022]3)当脉冲电极上施加脉冲高电平时，在电场的作用下电离区中的离子向下依次经过ski_er电极、传输电极组和狭缝后到达推斥区，此时推斥电极施加脉冲高电平将离子推入到质量分析器中进行分离。
[0023]上述的脉冲电上施加有一脉冲电压，聚焦电极和skimmer电极上施加有直流电压，脉冲电极的低电平与skimmer电极的电压相等，聚焦电极的电压低于skimmer电极的电压。
[0024]上述的脉冲电极上施加脉冲电压，推斥电极上同时也施加一脉冲电压，两者频率相同，但具有一定的延迟时间，延迟时间为离子从电离区运动到推斥区的时间。
【附图说明】
[0025]图1是本实用新型脉冲加压的离子富集装置结构示意图。
[0026]图中，脉冲电极1、聚焦电极2、skimmer电极3、传输电极组4、狭缝5、推斥电极6、引出电极7、和离子质量分析器8构成，分为电离区9、离子传输区10、推斥区11、光源入射P 12、毛细管13。
[0027]图2是本实用新型离子富集过程模拟图。
[0028]图3是本实用新型所使用脉冲电压波形图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施对本实用新型作进一步描述。
[0030]1.本实用新型离子富集分离装置结构如图1所示，脉冲加压的离子富集装置由电离区9、离子传输区10、推斥区11和质量分析器8四个区域组成。
[0031]I)离子富集分离装置各部件的结构:
[0032]1.1)所述电离区9内，从上至下依次设有光源入射孔12、脉冲电极1、聚焦电极2和skimmer电极3 ;所述光源入射孔12设在电离区脉冲电极I正上方壁或侧壁上；所述的脉冲电极I是由圆孔金属片构成，中心孔从顶端至底端逐渐增大，其功能是产生脉冲电压；所述的聚焦电极2，由圆环金属电极构成，其功能是将电离区产生的离子聚焦；所述的skimmer电极3，为中空的柱状或台状圆柱电极，中心孔从顶端到底端逐渐增大，其功能是将聚焦后的离子整形形成离子流，使其进入离子传输区。
[0033]在电离区9周围设置有毛细管13，样品气体通过毛细管13进入到电离区9 ;使用的毛细管13为表面经过硅烷化处理的熔融石英毛细管，内径50 μ m，长度50cm。