本发明涉及光化学领域，尤其是一种具有较高光子收集率及高荧光探测效率的一种气相分子荧光测试装置。
背景技术
分子的荧光探测是光化学领域重要的实验手段，通常将样品分子引入真空腔形成气相，通过激光对其进行激发，通过光谱仪收集反应后产生的荧光来分析反应的机理。现有技术缺陷一：现有技术中的探测装置的光收集效率不高，因此需要连续激光来激发样品以使得产生的荧光达到足够的光强，但连续激光会对某些样品的结构造成破坏；现有技术缺陷二：现有技术通常采用喷射器将样品溶液喷射进入真空腔的方法来使得样品分子形成气相，样品分子从液相到气相的过程通常需要经过多级真空泵组，并需要背底气体与样品液滴碰撞来使得液滴逐步减小，其结果是最终进入真空并测量的样品的量相对于喷射器喷出的样品的量比例较低，对某些稀有的样品，浪费较大，背底气体的存在也会导致离子的透射率较低从而影响探测效率；现有技术缺陷三：某些实验需要对不同的溶液样品进行喷雾，现有技术中的装置由于无法原位对毛细管出口进行清洗，需要破坏真空来更换新毛细管，操作繁琐，所述一种气相分子荧光测试装置能够解决问题。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明采用能够直接将样品分子输送进入高真空的电喷雾器，有效减少了样品浪费，且无需背底气体，从而增加离子透射率，另外，电喷雾器采用内外管系统，对不同的溶液样品进行喷雾时，能够原位对毛细管出口进行清洗，无需更换毛细管，特殊设计的光收集系统增加了装置的探测灵敏度。
本发明所采用的技术方案是：
所述一种气相分子荧光测试装置主要包括电喷雾器、真空腔、离子聚束器、气体分流器、离子向导、离子透镜i、离子透镜ii、离子阱、激光器、汇聚透镜、真空窗口、带阻滤光片、收集透镜、光谱仪和真空泵组，xyz为三维空间坐标系，所述真空腔连接有真空泵组，真空度为1×10-6mbar，所述真空腔具有起始端和末端，所述离子聚束器、气体分流器、离子向导、离子透镜i、离子透镜ii、离子阱和汇聚透镜均位于真空腔内且沿z正方向依次排列，真空腔的末端具有真空窗口，真空腔在离子阱所在位置的侧面具有透光孔；所述带阻滤光片、收集透镜和光谱仪依次位于真空腔末端的外面，光反应后产生的荧光能够通过所述真空窗口射出真空腔，并依次通过带阻滤光片和收集透镜后，进入光谱仪，带阻滤光片能够用于过滤散射的激光，收集透镜能够将收集的光聚焦到光谱仪；所述离子阱包括相互绝缘的且横截面均为圆环的入口电极、环电极和出口电极，入口电极、环电极和出口电极能够围成一个电场区域，电场区域能够用于囚禁离子，离子从入口电极进入离子阱，入口电极内径为三毫米、外径为二十二毫米，出口电极内径为五毫米、外径为二十二毫米，出口电极内径的区域具有栅格电极，所述栅格电极为边长0.02毫米的正方形网格；环电极长度为二十毫米、内径为二十毫米，环电极侧面具有直径为二毫米的通孔，激光器发射的激光能够通过真空腔和所述通孔进入离子阱，且所述通孔不影响离子在离子阱中囚禁的稳定性；汇聚透镜距离离子阱入口电极上的栅格电极为一毫米，汇聚透镜的焦距为十二毫米，能够使得离子阱中囚禁的离子的一小部分位于所述焦距内，汇聚透镜(10)数值孔径为0.6；所述电喷雾器(1)包括液体流量控制器、位移台、内管、外管、转接管、毛细管、电极和高压电源，外管具有前段和后段，所述前段和后段呈九十度角连接，毛细管为玻璃材质，所述毛细管具有入口端和出口端，其出口端通过玻璃熔融拉伸而成，所述外管的前段、转接管和毛细管的入口端依次连接成管路，所述内管的一端插入所述管路内、另一端固定于位移台上，内管能够沿z方向在所述管路中移动，内管与外管的连接处能够对液体密封，内管连接有液体流量控制器，所述电极一端从外管的后段插入并沿外管的前段和转接管直至毛细管中、另一端连接高压电源，电极为金属丝，内管内径为180微米、外径为400微米，外管内径为1.1毫米、外径为1.6毫米，毛细管内径为600微米，毛细管出口端内径为250纳米、外径为500纳米，喷雾器的毛细管连接于真空腔起始端，毛细管的出口端位于真空腔内。
离子阱工作原理：离子阱作为一种质量分析器，包含多个电极，能够通过调节不同电极上的电压，来实现将离子囚禁于离子阱中或是排出离子阱的目的。
传统的电喷雾器工作原理是将包含待测样品分子的极性溶液引入毛细管中并施加一定的电压，毛细管尖端的液体由于电学排斥作用会发散成较小的液滴，随着小液滴的分散，由于静电引力的作用，同一种极性的离子倾向于运动到液滴表面，结果样品分子被载运并分散成带电荷的更微小液滴，小液滴进入真空腔后，与背底气体碰撞过程使得液滴逐步减小，大部分液体被真空泵组抽走，从而液滴体积继续不断减小，液滴中形成一个“突起”使得表面电荷密度增加，当表面电荷密度达到rayleigh极限时，电荷间的库仑排斥力足以抵消液滴表面张力，液滴发生爆裂，即库仑爆炸，从而产生了更细小的带电液滴，最终实现去溶剂化而形成离子包。
本发明中离子阱工作原理：离子阱由入口电极、环电极和出口电极围成一个圆柱形的电场区域，能够用于囚禁离子，离子从入口电极进入离子阱，入口电极、环电极和出口电极之间互相绝缘，环电极上施加射频电压，出口电极和入口电极上分别施加直流电压，通过调节入口电极、环电极和出口电极上的电压能够实现将离子囚禁于离子阱中或是排出离子阱的目的。
本发明中电喷雾器工作原理：电喷雾器包括液体流量控制器、位移台、内管、外管、转接管、毛细管、电极和高压电源，毛细管为玻璃材质，毛细管的出口端通过玻璃熔融拉伸而成，内径为250纳米、外径为500纳米，由于毛细管的出口端内径足够小，在电喷雾过程中，液体的表面张力能够在毛细管的出口端位置保持稳定的界面，而无需像传统电喷雾方法那样需要液滴进入真空腔后与背底气体碰撞来产生库仑爆炸，而是液滴直接在毛细管的出口端位置发生库仑爆炸，即能够直接将样品离子输送进入高真空。
利用所述一种气相分子荧光测试装置进行测试的步骤为：
一.调节液体流量控制器，使得待测样品溶液进入内管，流速典型值为十纳升/分钟，调节位移台，使得内管与毛细管的出口端内侧距离为一毫米；
二.开启高压电源，通过电极对毛细管内样品溶液施加电压，电压典型值为1000v至3500v；
三.一部分样品溶液离开毛细管的出口端，并以离子的形式进入真空腔，样品离子依次通过离子聚束器、气体分流器、离子向导、离子透镜i和离子透镜ii，到达离子阱；
四.分别调节离子阱入口电极、环电极和出口电极的电压，将离子囚禁在离子阱中并被激光器发射的激光照射，从而发生光反应；
五.光反应生成的荧光依次通过离子阱的出口电极、汇聚透镜、真空窗口、带阻滤光片和收集透镜后，进入光谱仪；
六.分析光谱仪所测得的数据，判断光反应的信息。
在实验过程中不破坏真空腔的真空的情况下，更换电喷雾器中样品溶液的步骤为：
(a)关闭高压电源；
(b)调节位移台，使得内管与毛细管的出口端内侧距离为三毫米，调节液体流量控制器，使得新样品溶液进入内管，流速典型值50纳升/分钟，持续五分钟，由于没有高压施加在溶液上，因此从内管进入毛细管的溶液不会从毛细管的出口端喷出，而是从内管与外管之间流回，并从外管后段排出；
(c)调节位移台，使得内管与毛细管的出口端内侧距离为二毫米，调节液体流量控制器，使得新样品溶液进入内管，流速典型值20纳升/分钟，持续五分钟；
(d)毛细管中大部分原溶液从外管后段排出；
(e)调节位移台，使得内管与毛细管的出口端内侧距离为一毫米，调节液体流量控制器，使得新样品溶液进入内管，流速典型值为十纳升/分钟，开启高压电源，通过电极对毛细管内样品溶液施加电压，电压典型值为4000v至5000v，持续5分钟；
(f)毛细管的出口端附近残留的原溶液从出口端喷出，持续5分钟；
(g)根据所述一种气相分子荧光测试装置进行测试的步骤，开始进行新溶液的测试，如此循环更换样品溶液。
在实验中更换电喷雾器中样品溶液而无需破坏真空。
本发明的有益效果是：
本发明的电喷雾器能够直接将样品分子输送进入高真空，无需背底气体，增加离子透射率，且减少了样品浪费，另外，电喷雾器的内外管结构能够对毛细管出口进行原位清洗，在更换不同样品进行喷雾时，无需破坏真空腔的真空，操作简便，特殊设计的光收集系统增加了光收集效率，使得能够采用较低重复率的激光来激发样品，适用于更多种类的分子。
附图说明
下面结合本发明的图形进一步说明：
图1是本发明示意图；
图2是电喷雾器放大示意图；
图3是离子阱放大示意图。
图中，1.电喷雾器，1-1.液体流量控制器，1-2.位移台，1-3.内管，1-4.外管，1-5.转接管，1-6.毛细管，1-7.电极，1-8.高压电源，2.真空腔，3.离子聚束器，4.气体分流器，5.离子向导，6.离子透镜i，7.离子透镜ii，8.离子阱，8-1.入口电极，8-2.环电极，8-3.出口电极，9.激光器，10.汇聚透镜，11.真空窗口，12.带阻滤光片，13.收集透镜，14.光谱仪。
具体实施方式
如图1是本发明示意图，xyz为三维空间坐标系，包括电喷雾器(1)、真空腔(2)、离子聚束器(3)、气体分流器(4)、离子向导(5)、离子透镜i(6)、离子透镜ii(7)、离子阱(8)、激光器(9)、汇聚透镜(10)、真空窗口(11)、带阻滤光片(12)、收集透镜(13)、光谱仪(14)和真空泵组，所述真空腔(2)连接有真空泵组，真空度为1×10-6mbar，所述真空腔(2)具有起始端和末端，所述离子聚束器(3)、气体分流器(4)、离子向导(5)、离子透镜i(6)、离子透镜ii(7)、离子阱(8)和汇聚透镜(10)均位于真空腔(2)内且沿z正方向依次排列，真空腔(2)的末端具有真空窗口(11)，真空腔(2)在离子阱(8)所在位置的侧面具有透光孔，所述带阻滤光片(12)、收集透镜(13)和光谱仪(14)依次位于真空腔(2)末端的外面，光反应后产生的荧光能够通过所述真空窗口(11)射出真空腔(2)，并依次通过带阻滤光片(12)和收集透镜(13)后，进入光谱仪(14)，带阻滤光片(12)能够用于过滤散射的激光，收集透镜(13)能够将收集的光聚焦到光谱仪(14)；汇聚透镜(10)距离离子阱(8)出口电极上的栅格电极为一毫米，汇聚透镜(10)的焦距为十二毫米，能够使得离子阱(8)中囚禁的离子的一小部分位于所述焦距内，汇聚透镜(10)数值孔径为0.6。
如图2是电喷雾器放大示意图，所述电喷雾器(1)包括液体流量控制器(1-1)、位移台(1-2)、内管(1-3)、外管(1-4)、转接管(1-5)、毛细管(1-6)、电极(1-7)和高压电源(1-8)，外管(1-4)具有前段和后段，所述前段和后段呈九十度角连接，毛细管(1-6)为玻璃材质，所述毛细管(1-6)具有入口端和出口端，其出口端通过玻璃熔融拉伸而成，所述外管(1-4)的前段、转接管(1-5)和毛细管(1-6)的入口端依次连接成管路，所述内管(1-3)的一端插入所述管路内、另一端固定于位移台(1-2)上，内管(1-3)能够沿z方向在所述管路中移动，内管(1-3)与外管(1-4)的连接处能够对液体密封，内管(1-3)连接有液体流量控制器(1-1)，所述电极(1-7)一端从外管(1-4)的后段插入并沿外管(1-4)的前段和转接管(1-5)直至毛细管(1-6)中、另一端连接高压电源(1-8)，电极(1-7)为金属丝，内管(1-3)内径为180微米、外径为400微米，外管(1-4)内径为1.1毫米、外径为1.6毫米，毛细管(1-6)内径为600微米，毛细管(1-6)出口端内径为250纳米、外径为500纳米；喷雾器(1)的毛细管(1-6)连接于真空腔(2)起始端，毛细管(1-6)的出口端位于真空腔(2)内。
如图3是离子阱放大示意图，所述离子阱(8)包括相互绝缘的且横截面均为圆环的入口电极(8-1)、环电极(8-2)和出口电极(8-3)，入口电极(8-1)、环电极(8-2)和出口电极(8-3)能够围成一个电场区域，电场区域能够用于囚禁离子，离子从入口电极进入离子阱(8)，入口电极内径为三毫米、外径为二十二毫米，出口电极内径为五毫米、外径为二十二毫米，出口电极内径的区域具有栅格电极，所述栅格电极为边长0.02毫米的正方形网格，汇聚透镜(10)距离栅格电极为一毫米；环电极长度为二十毫米、内径为二十毫米，环电极侧面具有直径为二毫米的通孔，激光器(9)发射的激光能够通过真空腔(2)的透光孔和所述通孔进入离子阱(8)，且所述通孔不影响离子在离子阱(8)中囚禁的稳定性。
本发明中离子阱工作原理：离子阱(8)由入口电极、环电极和出口电极围成一个圆柱形的电场区域，能够用于囚禁离子，离子从入口电极进入离子阱(8)，入口电极、环电极和出口电极之间互相绝缘，环电极上施加射频电压，出口电极和入口电极上分别施加直流电压，通过调节入口电极、环电极和出口电极上的电压能够实现将离子囚禁于离子阱中或是排出离子阱的目的。
本发明中电喷雾器工作原理：电喷雾器(1)包括液体流量控制器(1-1)、位移台(1-2)、内管(1-3)、外管(1-4)、转接管(1-5)、毛细管(1-6)、电极(1-7)和高压电源(1-8)，毛细管(1-6)为玻璃材质，毛细管(1-6)的出口端通过玻璃熔融拉伸而成，内径为250纳米、外径为500纳米，由于毛细管(1-6)的出口端内径足够小，在电喷雾过程中，液体的表面张力能够在毛细管(1-6)的出口端位置保持稳定的界面，而无需像传统电喷雾方法那样需要液滴进入真空腔后与背底气体碰撞来产生库仑爆炸，而是液滴直接在毛细管(1-6)的出口端位置发生库仑爆炸，即能够直接将样品离子输送进入高真空。
所述一种气相分子荧光测试装置主要包括电喷雾器(1)、真空腔(2)、离子聚束器(3)、气体分流器(4)、离子向导(5)、离子透镜i(6)、离子透镜ii(7)、离子阱(8)、激光器(9)、汇聚透镜(10)、真空窗口(11)、带阻滤光片(12)、收集透镜(13)、光谱仪(14)和真空泵组，xyz为三维空间坐标系，所述真空腔(2)连接有真空泵组，真空度为1×10-6mbar，所述真空腔(2)具有起始端和末端，所述离子聚束器(3)、气体分流器(4)、离子向导(5)、离子透镜i(6)、离子透镜ii(7)、离子阱(8)和汇聚透镜(10)均位于真空腔(2)内且沿z正方向依次排列，真空腔(2)的末端具有真空窗口(11)，真空腔(2)在离子阱(8)所在位置的侧面具有透光孔；所述带阻滤光片(12)、收集透镜(13)和光谱仪(14)依次位于真空腔(2)末端的外面，光反应后产生的荧光能够通过所述真空窗口(11)射出真空腔(2)，并依次通过带阻滤光片(12)和收集透镜(13)后，进入光谱仪(14)，带阻滤光片(12)能够用于过滤散射的激光，收集透镜(13)能够将收集的光聚焦到光谱仪(14)；所述离子阱(8)包括相互绝缘的且横截面均为圆环的入口电极(8-1)、环电极(8-2)和出口电极(8-3)，入口电极(8-1)、环电极(8-2)和出口电极(8-3)能够围成一个电场区域，电场区域能够用于囚禁离子，离子从入口电极进入离子阱(8)，入口电极内径为三毫米、外径为二十二毫米，出口电极内径为五毫米、外径为二十二毫米，出口电极内径的区域具有栅格电极，所述栅格电极为边长0.02毫米的正方形网格；环电极长度为二十毫米、内径为二十毫米，环电极侧面具有直径为二毫米的通孔，激光器(9)发射的激光能够通过真空腔(2)的透光孔和所述通孔进入离子阱(8)，且所述通孔不影响离子在离子阱(8)中囚禁的稳定性；汇聚透镜(10)距离离子阱(8)出口电极上的栅格电极为一毫米，汇聚透镜(10)的焦距为十二毫米，能够使得离子阱(8)中囚禁的离子的一小部分位于所述焦距内，汇聚透镜(10)数值孔径为0.6；所述电喷雾器(1)包括液体流量控制器(1-1)、位移台(1-2)、内管(1-3)、外管(1-4)、转接管(1-5)、毛细管(1-6)、电极(1-7)和高压电源(1-8)，外管(1-4)具有前段和后段，所述前段和后段呈九十度角连接，毛细管(1-6)为玻璃材质，所述毛细管(1-6)具有入口端和出口端，其出口端通过玻璃熔融拉伸而成，所述外管(1-4)的前段、转接管(1-5)和毛细管(1-6)的入口端依次连接成管路，所述内管(1-3)的一端插入所述管路内、另一端固定于位移台(1-2)上，内管(1-3)能够沿z方向在所述管路中移动，内管(1-3)与外管(1-4)的连接处能够对液体密封，内管(1-3)连接有液体流量控制器(1-1)，所述电极(1-7)一端从外管(1-4)的后段插入并沿外管(1-4)的前段和转接管(1-5)直至毛细管(1-6)中、另一端连接高压电源(1-8)，电极(1-7)为金属丝，内管(1-3)内径为180微米、外径为400微米，外管(1-4)内径为1.1毫米、外径为1.6毫米，毛细管(1-6)内径为600微米，毛细管(1-6)出口端内径为250纳米、外径为500纳米；喷雾器(1)的毛细管(1-6)连接于真空腔(2)起始端，毛细管(1-6)的出口端位于真空腔(2)内。
本发明的电喷雾器能够直接将样品分子输送进入高真空，减少了样品浪费，且增加了离子透射率，另外，能够对毛细管出口进行原位清洗，对不同的溶液样品进行喷雾时，无需破坏真空腔的真空，特殊设计的光收集系统增加了光收集效率，使得能够采用较低重复率的激光来激发样品，适用的分子种类增加。