一种基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置制造方法
【专利摘要】一种基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，该装置包括进样口，电离室，离子源和原位热解装置，质量分析器，接收器，数据系统，供电系统及真空系统；进样口直接引入离子源和原位热解装置中，离子源和原位热解装置在电离室中，电离室紧靠质量分析器；接收器在质量分析器中，通过数据线与数据系统相连，在电离室和质量分析器中加入真空系统。该装置可以探测样品升温脱附过程中产生的自由基与反应中间体，质谱分辨率可达到5000，具有分辨率高、检测速度快、小型便携的优点。适用于过程气体的分析检测。
【专利说明】一种基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及质谱仪领域，具体涉及一种基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分 析装置。
【背景技术】
[0002] 程序升温脱附分析（TPD)系统被广泛用于催化过程研究。固体物质加热时，当吸 附在固体表面的分子受热至能够克服逸出所需要越过的能垒(通常称为脱附活化能）时，就 产生脱附。由于不同吸附质与相同表面，或者相同吸附质与表面上性质不同的吸附中心之 间的结合能力不同，脱附时所需的能量也不同。因此，热脱附实验结果不但反映了吸附质与 固体表面之间的结合能力，也反映了脱附发生的温度和表面覆盖度下的动力学行为。按照 脱附温度场的不同又可以细分为TPD (程序升温脱附)、TPR (程序升温还原)、脉冲化学吸附 及程序升温反应（TPSR)等。ITD可以分析催化剂表面活性位的数量、种类和强度等。TPR 主要考察催化剂中的可还原性物质的种数及还原温度。脉冲化学吸附考察催化剂的活性位 面积、金属分散度及粒径大小等。TPSR考察在特定温度下两种气体在催化剂表面的反应过 程。
[0003] 传统的Tro设备一般采用在脱附炉外接质谱、色谱或热重仪对脱附行为进行探 测。热重测量无法得到脱附物质的具体信息，无法给我确切的脱附过程。而气相色谱虽然可 以得到产物的信息，但是其具有探测时间长，灵敏度不高的缺点。传统的Tro设备一般采用 "脱附炉-探测器"两段式设计，由于脱附的产物需要经过采样装置进入探测器，所以无法探 测到短寿命的自由基或反应中间体等。而实际在催化过程中，这些产物刚脱附下来的状态 才是真正在反应中起作用的。所以有必要开发一种可以探测自由基与反应中间体的Tro系 统。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于飞行时间质谱的原 位程序升温脱附分析装置，其具有可原位自由基与反应中间体的能力，并且具有高分辨率， 高灵敏度，低成本等优点。
[0005] 本发明提供了一种基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，该装置包括 进样口，电离室，离子源和原位热解装置，质量分析器，接收器，数据系统，供电系统及真空 系统；
[0006] 进样口直接引入离子源和原位热解装置中，离子源和原位热解装置在电离室中， 电离室紧靠质量分析器；接收器在质量分析器中，通过数据线与数据系统相连，在电离室和 质量分析器中加入真空系统。
[0007] 本发明提供的基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，样品经过进样口 进入电离室中的离子源和原位热解装置，电离室与飞行时间质量分析器相邻，保证样品电 离后的离子碎片第一时间进入到质量分析器中，在质量分析器中飞行一段距离后被接收器 接收，并将信号传递到数据系统，数据系统将接受到的电信号放大、处理并给出最终分析结 果。供电系统将保证仪器各部位所需的电压，真空系统将保证电离室及飞行时间质量分析 器处于真空状态。
[0008] 本发明的原理是将需要Tro测试的样品放入离子源中。由于离子源的高真空特性 且热解位置距离电离的位置很近，脱附产物在产生后会第一时间被电离。避免了产物间的 相互反应，所以本发明可以探测自由基或反应中间体，经离子源电离后产生带有样品信息 的离子，离子经过飞行时间分析器时按照不同的m/z被排序，m/z不同的离子到达检测接收 器的时间不同，从而达到分离的目的。
[0009] 本发明提供的基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，样品放置于与离 子源一体的程序升温热解装置中，在飞行时间质谱仪的离子源内进行热解。
[0010] 本发明提供的基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，所述离子源为电 子电离源（Electron Ionization，EI)或紫外光电离源（Photoionization，PI)。
[0011] 本发明提供的基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，所述的EI源由 推斥极、引出极、聚焦极、发射极、电离室、灯丝、单透镜、接地栅网和推斥板组成。
[0012] 本发明提供的基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，所述的质量分析 器采用飞行时间质量分析器，分析器全长380mm，无场飞行区200mm ;飞行时间质量分析器 采用离子垂直引入、双推斥脉冲场和二级有网反射镜的设计。
[0013] 本发明提供的基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，所述的接收器用 于接收离子束流，采用微通道板（MicroChannel palte，MCP)。
[0014] 本发明提供的基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，所述的数据系统 包括计算机、ADC采集模块和TDC采集模块；该数据系统将接受到的电信号放大、处理并给 出分析结果。
[0015] 本发明提供的基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，所述的供电系统 为整个仪器各部分的电器控制部件提供几伏到几千伏的电源。
[0016] 本发明提供的基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，所述的真空系统 包括质量分析器真空系统和离子源真空系统；其中质量分析器真空系统由抽速260L/S的 分子泵保证质量分析器内部的真空度为1 X l〇_5Pa ;离子源真空系统由抽速为67L/s的分子 泵保证离子源内部的真空度为lXl(T5Pa。
[0017] 与现有技术相比，本发明的优点及有益效果是：本发明可原位采样探测瞬态产物； 离子源可用EI源或PI源；飞行时间质量分析器采用离子垂直引入、双推斥脉冲场和二级有 网反射镜的设计；接收器采用MCP微通道板；数据系统采用ADC采集模块和TDC采集模块； 供电系统可提供几伏到几千伏的电压；真空系统可保证设备内部达到IX l〇_5Pa。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本发明微型高分辨飞行时间质谱分析装置的结构示意图，（1)为进样口； (2)为电离室；（3)为离子源和原位热解装置；（4)为飞行时间质量分析器；（5)为接收器； (6)为TDC采集模块；（7)为ADC采集模块；（8)为计算机；（9)为真空系统；
[0019] 图2是全氟三丁胺的EI源质谱总图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0021] 如图1所示，本发明微型程序升温脱附高分辨飞行时间质谱分析装置，包括相邻 的进样口（1)、电离室（2)和飞行时间质量分析器（4)，所述电离室内有离子源和原位热解 装置（3)，所述飞行时间检测器内设有接收器（5)，飞行时间检测器外面有TDC采集模块 (6)、ADC采集模块（7)、计算机（8)通过数据线与探测器相连。离子源所在电离室与飞行时 间检测器腔内均为真空室。
[0022] 进气体口（1)进气采用直接进样或差分进气。可用于分析气体也可用于热解装置 气氛调节；离子源（3)可用EI源或PI源；飞行时间质量分析器（4)采用离子垂直引入、双 推斥脉冲场和二级有网反射镜的设计；接收器（5)采用MCP微通道板；数据系统采用TDC采 集模块（6)和ADC采集模块（7);真空系统可保证设备内部达到lXl(T 5Pa。
[0023] 以全氟三丁胺（PFTBA)为例，采用EI源，真空度1. 2X10_5Pa，灯丝发射电流120uA， 电子能量73. 5eV，分析器的推斥脉冲为10kHz，TDC数据采集卡时间分辨率0. 4ns，采集时间 5s，谱图如图2,在图中可测得M/z=69时，分辨率可达到5000。
【权利要求】
1. 一种基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，其特征在于：该装置包括进 样口，电离室，离子源和原位热解装置，质量分析器，接收器，数据系统，供电系统及真空系 统； 进样口直接引入离子源和原位热解装置中，离子源和原位热解装置在电离室中，电离 室紧靠质量分析器；接收器在质量分析器中，通过数据线与数据系统相连，在电离室和质量 分析器中加入真空系统。
2. 按照权利要求1所述基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，其特征在 于：样品经过进样口进入电离室中的离子源和原位热解装置，电离室与质量分析器相邻，保 证样品电离后的离子碎片第一时间进入到质量分析器中，在质量分析器中飞行一段距离后 被接收器接收，并将信号传递到数据系统，数据系统将接受到的电信号放大、处理并给出最 终分析结果。
3. 按照权利要求1所述基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，其特征在 于：样品放置于与原位热解装置一体的离子源中，在飞行时间质谱仪的离子源内进行热解。
4. 按照权利要求1所述基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，其特征在 于：所述离子源为电子电离源（EI)或紫外光电离源（PI)。
5. 按照权利要求4所述基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，其特征在 于：所述的EI源由推斥极、引出极、聚焦极、发射极、电离室、灯丝、单透镜、接地栅网和推斥 板组成。
6. 按照权利要求1所述基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，其特征在 于：所述的质量分析器为飞行时间质量分析器，质量分析器全长380mm，无场飞行区200mm ; 飞行时间质量分析器采用离子垂直引入、双推斥脉冲场和二级有网反射镜的设计。
7. 按照权利要求1所述基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，其特征在 于：所述的接收器用于接收离子束流，采用微通道板(MCP)。
8. 按照权利要求1所述基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，其特征在 于：所述的数据系统包括计算机、ADC采集模块和TDC采集模块；该数据系统将接受到的电 信号放大、处理并给出分析结果。
9. 按照权利要求1所述基于飞行时间质谱的原位程序升温脱附分析装置，其特征在 于：所述的真空系统包括质量分析器真空系统和离子源真空系统；其中质量分析器真空系 统由抽速260L/S的分子泵保证质量分析器内部的真空度为1 X l(T5Pa ;离子源真空系统由 抽速为67L/s的分子泵保证离子源内部的真空度为lXl(T5Pa。
【文档编号】H01J49/40GK104103489SQ201310123964
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月10日 优先权日:2013年4月10日
【发明者】唐紫超, 史磊, 吴小虎, 王兴龙, 任文峰, 李刚, 张世宇 申请人:中国科学院大连化学物理研究所