一种用于离子迁移谱的质子转移反应离子源的制作方法

本发明涉及分析仪器中的电离源及检测领域，具体地说是一种通过质子转移反应电离样品分子的装置。

背景技术：

离子迁移谱，是一种气相分离的检测技术；其工作原理是利用大气压条件下弱电场中不同离子具有不同的迁移率，从而实现离子的分离和检测；IMS的分离是基于离子质量、结构、形状和电荷等因素，因此质量不同或者质量相同而结构不同的离子可以被分离，从而实现对物质成分的检测；离子迁移谱技术检测速度快，探测灵敏度高，常被用于危险品、毒品、化学毒剂和大气污染物的快速检测。

电离源是离子迁移谱的关键部件，样品只有被离子化后，才能进入后续结构进行分析检测；目前，离子源的种类很多，常用的有Ni63放射性离子源；通过Ni63放射源发射的β射线电离样品，但其具有线性范围窄、选择性不好和放射性污染等问题；近年来发展了很多非放射性电离源，包括光电离源、电晕放电电离源以及电喷雾电离源等。

技术实现要素：

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种用于离子迁移谱的质子转移反应离子源，该离子源能够产生高纯度的稳定试剂离子，用于离子迁移谱，可有效避免放射性危害，提高离子迁移谱的安全性和稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于离子迁移谱的质子转移反应离子源，包括质子转移反应区和设置在质子转移反应区后端的离子引入区；在质子转移反应区前端紧邻设有试剂离子漂移腔，在试剂离子漂移腔前端设有离子试剂离子制备区；在离子引入区后端紧邻设有离子迁移区；所述质子转移反应区，包括若干组环状电极，所述环状电极之间设有环状绝缘垫片，在第一个环状电极极片处设有进样口；在离子反应区处设有第二抽气口；

进一步的，所述试剂离子制备区为圆柱形中空腔体，所述试剂离子制备区包括放电阳极、放电阴极和引出电极，所述放电阴极与引出电极之间设有绝缘垫片；在放电阳极的顶部设有试剂气体进口；

进一步的，所述试剂离子漂移腔，包括环状电极结构；在试剂离子漂移腔的环状电极上设有第一抽气口，所述第一抽气口设置在与引出电极相邻的部位；

进一步的，在离子反应区与离子迁移区间设有离子门；所述离子迁移区包括若干组导电极片，所述导电极片之间设有绝缘垫片，在离子迁移区的末端导电极片上设有漂移气入口；离子迁移区末端设有接收电极，所述接收电极外接有放大器；

进一步的，所述绝缘垫片为四氟绝缘垫片；

进一步的，所述质子转移反应区处的环状电极组数至少为两组；

进一步的，所述试剂离子制备区(的放电阳极、放电阴极和引出电极、试剂离子漂移腔的电极、质子转移反应区的电极供电电源为直流电源；

进一步的，所述质子转移反应区、离子反应区、离子迁移区采用双段漂移管结构。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)采用一种双段漂移管结构，包括从左至右依次连接的质子转移反应区、离子迁移区，整体结构更加紧凑；

(2)放电源利用空心阴极放电原理，供电采用直流电源，相比脉冲放电式的电晕放电、射频供电的光电离方式更加稳定；

(3)二次电离方式，在试剂离子制备区先产生初始离子，在质子转移反应区发生化学反应，使样品分子电离，减少了样品成分直接电离时碎片多，产物复杂的程度；

(4)放电源结构简单，没有放射性安全隐患，更易产业化。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的离子源。

附图标记说明：

1.放电阳极；2.放电阴极；3.引入电极；4.离子门；5.绝缘极片；6.导电极片；7.试剂气体入口；8.第一抽气口；9.进样口；10.第二抽气口；11.漂移气入口；12.接收电极；13.放大器；14.试剂离子制备区；15.质子转移反应区；16.离子引入区；17.离子迁移区；18.试剂离子漂移腔

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种用于离子迁移谱的质子转移反应离子源，包括试剂离子制备区14、试剂离子漂移腔18、质子转移反应区15、离子引入区16和离子迁移区17；所述试剂离子制备区14为圆柱形中空腔体，所述试剂离子制备区14包括放电阳极1、放电阴极2和引出电极3，放电阳极1与放电阴极2之间设有绝缘垫片5起隔离作用，所述放电阴极2与引出电极3之间设有绝缘垫片5起隔离作用；在放电阳极1的顶部设有试剂气体进口7；所述试剂离子漂移腔18，紧邻设置试剂离子制备区14后端，包括环状电极结构；在试剂离子漂移腔18的环状电极上设有第一抽气口8，所述第一抽气口8设置在与引出电极3相邻部位，所述第一抽气口8用于抽离多余的试剂气体；所述质子转移反应区15，紧邻设置在试剂离子漂移腔18后部，包括若干组环状电极，所述环状电极之间设有环状绝缘垫片5隔离，在第一个环状电极极片处设有进样口9；所述离子引入区16，紧邻设置在质子转移反应区15后部，离子反应区16后还设有离子迁移区17，在离子反应区16处设有第二抽气口10；在离子反应区16与离子迁移区17间设有离子门4；所述离子迁移区17包括若干组导电极片6，所述导电极片6之间设有绝缘垫片5，在离子迁移区17的末端导电极片6上设有漂移气入口11；在离子迁移区17的末端设有接收电极12，所述接收电极12外接有放大器13；其中，所述绝缘垫片5为四氟绝缘垫片；其中，所述质子转移反应区15处的环状电极组数至少为两组；其中，所述试剂离子制备区14的放电阳极1、放电阴极2和引出电极3、试剂离子漂移腔18的电极、质子转移反应区15的电极供电电源为直流电源，形成梯度电压，保证离子的有效传输；其中，所述质子转移反应区15、离子反应区16、离子迁移区17采用双段漂移管结构；

本发明的工作原理：

试剂离子制备区：在放电阴极与放电阳极之间施加几百伏的直流电离电压时，辉光放电将产生能量可达几百电子伏特的高能电子；电子与试剂离子制备区内的中性气体分子发生碰撞并使之电离，产生初始离子；初始离子与中性气体分子再次碰撞，产生二次或者三次离子；离子经电场加速后与金属阴极发生碰撞并释放出二次电子；二次电子重复之前的电离过程，发生更多碰撞并最终产生高密度的等离子体；电子与H2O碰撞反应的主要产物是H3O+，反应过程如公式(1)和公式(2)所示：

e^-+H₂O→H₂O⁺+2e^- (1)

H₂O⁺+H₂O→H₃O⁺+OH (2)

试剂离子漂移腔：包括气体出口，以及前后结构共同组成的腔体；

上述反应的最终产物是H3O+，其离子占比可以达到99.5％，干扰离子很少，电离效率非常高；

质子转移反应区：漂移管为密封结构，进行质子转移反应和离子调节的真空腔，由绝缘四氟隔离开的一组不锈钢环组成，相邻环之间串联相同阻值的电阻，两端加上高压，在漂移管内形成均匀电场；质子供体为水合氢离子，水合氢离子和样品分子在质子转移反应漂移管中发生如下反应：

H₃O⁺+VOCs→VOCH⁺+H₂O

得到的样品离子进入离子引入区；

离子引入区：质子转移反应区的真空度维持在200pa，为了保证与后面离子迁移区的串联，此处设有抽气口，将多余的气体抽离，同时通过聚焦电场，将离子送入离子迁移区，离子通过脉冲开启的离子门，进入离子迁移区，在迁移区得到分离，陆续打到放大器上被检测。

本发明是一种基于质子转移反应的样品分子软电离技术，并将其用于离子迁移谱，极大提高离子迁移谱的检测限，有利于物质成分的分析，特别是挥发性有机物的检测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。