专利名称：一种适合于飞行时间质谱仪的离子源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种质谱仪的离子源，尤其是涉及一种飞行时间质谱仪的离子源及引
出装置。
背景技术：
质谱仪是现代科学分析仪器领域中最重要的成员之一，是现代分析科学最先进的手段之一。质谱仪是先将样品离子化，再通过预先设定的电场或磁场后，实现质荷比分离， 并检测其相应峰强，从而达到对样品的定性和定量分析的一种现代精密分析仪器。质谱法从最初的同位素分析，到现在已经逐渐成为化学、地质学、生物化学、药物学、医学、石油化工、能源、环保和食品加工等许多方面不可缺少的分析检测手段。目前，常见的质谱仪种类主要有磁偏转式质谱仪、四级杆式质谱仪Oi-MQ、离子阱质谱仪(IT-MS)、飞行时间质谱仪(TOF-MS)和富里叶变换离子回旋共振质谱仪(FTICR-MS) 等5种。其中飞行时间质谱仪(TOF-MQ以微秒级的快速检测速度、高离子传输率、高灵敏度和精度，以及理论上无上限质量检测范围等众多优点，成为当今最有发展前景的质谱仪之一。飞行时间质谱仪的工作原理是一组(质荷比)不同的离子先进入由推斥板 (Repeller)和G1的无场区，这时在推斥板上加正脉冲电压(对正离子而言)，离子朝X方向运动，进入G1后再被G1和(；2组成的静电加速场加速到一定动能K，然后凭惯性再进入一段长L的无场区自由飞行。由式1可以得出，离子的飞行速度与其m/z(质荷比)的平方根成反比。所以离子经过无场漂移区后，由于m/z大的离子飞行速度比m/z小的离子慢，因此飞到终点检测器(Detector)时间就出现先后之分，而最终得到的是离子飞行时间Tf (Time of flight)与其质荷比(m/z)之间的二维谱图(如式2)。这就是飞行时间质谱仪的基本工作原理。^ = -Wiv2 =zU =i> ν=[1]
2\lm/zTf =[2]无论是哪种类型的质谱仪，其基本组成都是相同的。它都包括进样系统、离子源、 质量分析器、离子检测系统、真空系统、电源及控制系统六大部分。离子源是质谱仪的首要环节，它是使样品的中性原子或分子电离成离子，并通过电磁学原理引出离子束的装置。离子源的种类繁多，主要包括电子轰击源(EI源)、化学电离源(Cl)、电喷雾离子源(ESI)、激光电离源(Li)、辉光放电源(GD)光致电离源(PI)等。上述各种类离子源按照它们的工作方式可以分为两大类连续式电离源(如EI、 CI、ESI、GD和PI源等)和脉冲式电离源(如LI源等)。传统电子轰击源(EI源)采用的是样品不间断进样，连续电离的工作模式。季欧 (季欧编.质谱分析法，上册，原子能出版社，1975年)介绍的电子轰击型离子源，就是采用这种工作模式。但是由于飞行时间质谱仪的推斥板Otepeller)加的是脉冲电压，因此它的工作方式也是脉冲式的。如果离子源输送过来的是连续离子流，那就会造成只有在有脉冲电压的时候，离子才能进入飞行时间质谱仪，因此离子的利用率很低(< 10% )，仪器的灵敏度也就受到很大制约。
发明内容
本发明的目的是提供一种可克服传统电子轰击源(EI源)的不足，可产生脉冲离子团，大幅增加离子引出效率，提高离子的利用率，提高质谱仪灵敏度的适合于飞行时间质谱仪的离子源。本发明设有进样增压泵、电磁阀、推斥电极、电离室、中间栅网、引出栅网、聚焦电极、出射极片和激发源发生器；进样增压泵的进口为样品入口，进样增压泵的出口与电磁阀进口连通，电磁阀出口与推斥电极进口连通，推斥电极设于电离室进口端内，中间栅网设于电离室出口端，引出栅网设于中间栅网侧方，聚焦电极和出射极片依次设于引出栅网侧方，聚焦电极和出射极片均设有离子引出中心通孔，电离室、推斥电极、中间栅网、引出栅网、聚焦电极和出射极片为同轴心线，灯丝设于电离室的上下两端外部，激发源发生器面对设于电离室上的能量束入射孔，能量束入射孔的入射方向与电离室轴心线垂直。所述进样增压泵可采用蠕动泵、膜片泵或旋片式机械泵等。所述推斥极片可为不锈钢推斥极片、铝推斥极片、铜推斥极片等金属推斥极片，推斥极片进口为推斥极片的中心通孔，中心通孔为样品引入导管。所述电离室最好为不锈钢电离室，电离室的截面最好方形或圆形。所述中间栅网和引出栅网最好为金属丝栅网，金属丝栅网的金属丝直径可为 10 100 μ m，金属丝栅网目数可为500 3000。所述聚焦电极最好为不锈钢聚焦电极，所述出射极片最好为不锈钢出射极片，聚焦电极的外形状可为圆筒状或片状。所述激发源发生器可为电子束发生器或光子束发生器，所述电子束发生器可为钨丝、铼钨丝等灯丝，所述光子束发生器可为紫外线灯、激光器等。本发明的原理是样品先经过进样增压泵引入至电磁阀前部，在没有检测的时候， 电离室内只有背景气体，推斥极和引出栅网都是处于零电位，背景气体的离子不会离开电离室；当需要检测工作的时候，电磁阀加上脉冲电压导通，样品进入电离室，灯丝或光子束发生器产生电子或光子，电子或光子进入电离室与样品分子发生碰撞，使中性的样品分子电离成带正电的离子；与此同时在推斥极上加正脉冲电压，引出栅网加负脉冲电压，这样电离室中的离子就会被突然加速而引出电离室，然后进入聚焦电极被聚焦后，最后经出射极片射出。电磁阀、推斥极和引出栅网上的脉冲电压始终保持同步。与现有技术比较，本发明具有以下突出优点改变了传统电子轰击离子源的工作模式，不仅可以产生脉冲离子团，能实现与飞行时间质谱仪的完美配合，而且采用栅网引出电极，大幅增加离子引出效率。能提高离子的利用率，从而有效提高飞行时间质谱仪的灵敏度。
图1为本发明实施例的结构示意图。图2为本发明实施例的工作时序图。
具体实施例方式以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。参见图1，本发明实施例设有进样增压泵1、电磁阀2、推斥电极3 (片状)、电离室 4(方形)、中间栅网6、引出栅网7、聚焦电极8(圆筒状)、出射极片9(片状)和灯丝5(钨丝)。进样增压泵1的进口为样品入口，进样增压泵1的出口与电磁阀2进口连通，电磁阀2出口与推斥电极3进口连通，推斥电极3设于电离室4进口端内，中间栅网6设于电离室4出口端，引出栅网7设于中间栅网6侧方，聚焦电极8和出射极片9依次设于引出栅网 7侧方，聚焦电极8和出射极片9均设有离子引出中心通孔，电离室4、推斥电极3、中间栅网 6、引出栅网7、聚焦电极8和出射极片9为同轴心线，灯丝5设于电离室4的上下两端外部， 灯丝5面对设于电离室4上的电子束入射孔41，电子束入射方向与离子出射方向(电离室 4轴心线)垂直。图1中的左右2个箭头表示离子进出方向。所述进样增压泵1采用蠕动泵(也可为膜片泵、旋片式机械泵等)。所述推斥极片3为不锈钢推斥极片(也可为铝推斥极片、铜推斥极片等金属推斥极片)，推斥极片进口为推斥极片3的中心通孔，该中心通孔为样品引入导管。所述电离室4为不锈钢电离室，电离室4的截面为方形(或圆形)。所述中间栅网6和引出栅网7为金属丝栅网，金属丝栅网的金属丝直径为10 100微米，金属丝栅网目数为500 3000。所述聚焦电极8为不锈钢聚焦电极，聚焦电极8的形状为圆筒状。所述出射极片 9为不锈钢出射极片。本发明实施例的工作过程如下样品先经过进样增压泵1引入至电磁阀2前部， 电磁阀2前部的样品压强会逐步增加(数倍于大气压)，有利于提高样品的浓度，特别是当样品稀少时，这种增压工作方式可以提高样品的检测灵敏度。需要检测时，在电磁阀2加上脉冲工作电压使其导通(参见图2)，样品进入电离室4，电离室4的气压控制在10_3 10_6 托。灯丝5产生电子，进入电离室4与样品分子发生碰撞激发，使中性的样品分子电离成带正电的离子；与此同时在推斥电极3上加正脉冲电压，引出栅网7加负脉冲电压(时序图如图2所示，图2中由上至下依次为电磁阀4的时序、推斥电极3的时序及引出栅网7的时序，参见图1)。中间栅网6与电离室4保持同电位。电离室4中的离子就会被突然加速引出电离室4，然后进入聚焦电极8被聚焦，最后经出射极片9射出。传统的EI源采用的是用小孔极片引出离子，本发明采用的是栅网，大大提高了引出面积，因此引出效率大幅增加。
权利要求
1.一种适合于飞行时间质谱仪的离子源，其特征在于设有进样增压泵、电磁阀、推斥电极、电离室、中间栅网、引出栅网、聚焦电极、出射极片和激发源发生器；进样增压泵的进口为样品入口，进样增压泵的出口与电磁阀进口连通，电磁阀出口与推斥电极进口连通，推斥电极设于电离室进口端内，中间栅网设于电离室出口端，引出栅网设于中间栅网侧方，聚焦电极和出射极片依次设于引出栅网侧方，聚焦电极和出射极片均设有离子引出中心通孔，电离室、推斥电极、中间栅网、引出栅网、聚焦电极和出射极片为同轴心线，灯丝设于电离室的上下两端外部，激发源发生器面对设于电离室上的能量束入射孔，能量束入射孔的入射方向与电离室轴心线垂直。
2.如权利要求1所述的一种适合于飞行时间质谱仪的离子源，其特征在于所述进样增压泵采用蠕动泵、膜片泵或旋片式机械泵。
3.如权利要求1所述的一种适合于飞行时间质谱仪的离子源，其特征在于所述推斥极片为不锈钢推斥极片、铝推斥极片或铜推斥极片，推斥极片进口为推斥极片的中心通孔。
4.如权利要求1所述的一种适合于飞行时间质谱仪的离子源，其特征在于所述电离室为不锈钢电离室，电离室的截面为方形或圆形。
5.如权利要求1所述的一种适合于飞行时间质谱仪的离子源，其特征在于所述中间栅网和引出栅网为金属丝栅网，金属丝栅网的金属丝直径为10 100 μ m，金属丝栅网目数为 500 3000。
6.如权利要求1所述的一种适合于飞行时间质谱仪的离子源，其特征在于所述出射极片为不锈钢出射极片。
7.如权利要求1所述的一种适合于飞行时间质谱仪的离子源，其特征在于所述聚焦电极为不锈钢聚焦电极，聚焦电极的形状为圆筒状或片状。
8.如权利要求1所述的一种适合于飞行时间质谱仪的离子源，其特征在于所述激发源发生器为电子束发生器或光子束发生器。
9.如权利要求8所述的一种适合于飞行时间质谱仪的离子源，其特征在于所述电子束发生器为钨丝或铼钨丝。
10.如权利要求8所述的一种适合于飞行时间质谱仪的离子源，其特征在于所述光子束发生器为紫外线灯或激光器。
全文摘要
一种适合于飞行时间质谱仪的离子源，涉及一种质谱仪的离子源。设有进样增压泵、电磁阀、推斥电极、电离室、中间栅网、引出栅网、聚焦电极、出射极片和激发源发生器；进样增压泵的出口与电磁阀进口连通，电磁阀出口与推斥电极进口连通，推斥电极设于电离室进口端内，中间栅网设于电离室出口端，引出栅网设于中间栅网侧方，聚焦电极和出射极片依次设于引出栅网侧方，聚焦电极和出射极片均设有离子引出中心通孔，电离室、推斥电极、中间栅网、引出栅网、聚焦电极和出射极片同轴，灯丝设于电离室的上下两端外部，激发源发生器面对设于电离室上的能量束入射孔。可产生脉冲离子团，大幅增加离子引出效率，提高离子的利用率，提高质谱仪灵敏度。
文档编号H01J49/14GK102290315SQ201110205950
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者何坚 申请人:厦门大学