一种利用DAPI进行摩擦电离的离子源装置

一种利用dapi进行摩擦电离的离子源装置
技术领域
1.本发明涉及质谱分析电离源，具体的说是一种利用dapi进行摩擦电离的离子源装置。它可以用于对无辅助气或无高电压存在下实现对气态待测物的电离，实现气体的现场快速检测。同时将进样装置和电离源相结合，简化了仪器装置的整体结构。


背景技术：

2.离子源是质谱仪最重要的组成之一，小型化仪器常见的常压电离源有ltp和apci，在使用过程中需要额外的气体辅助或者高电压进行电离。而摩擦电离源将进样系统和电离源相结合，可以通过多次的挤压和摩擦在管壁内表面积累静电荷，用于电离通过的气相化合物。摩擦电离源较少被报道，现有的摩擦电离源主要是液态样品在进入进样管后，在蒸发过程中与管壁表面摩擦被电离，随后进入真空腔体内被检测。该电离方式对于蛋白有较高的灵敏度，所需的液体量在μl级。可以与液相质谱联用，对生物样品中的蛋白进行检测。mcewen等人对该项技术进行了深入的探索。并通过提高进样管温度的方式提高了电离效率。但是溶液进样电离的方式需要连续进样模式，以减少样品在进样管中的残留时间。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种利用dapi进行摩擦电离的离子源装置，设计了一种利用dapi进行摩擦电离的离子源，它可以用于对无辅助气或无高电压存在下实现对气态待测物的电离，实现气体的现场快速检测。同时将进样装置和电离源相结合，简化了仪器装置的整体结构。通过将两个pinch阀连用的方式，通过第一个pinch阀的开闭控制中性气体样品进样，通过第二个pinch阀的连续开闭实现硅橡胶管内壁的电荷累积，使中性样品在经过硅橡胶管后可以被电离。结构简单，满足了现场便携式分析仪器的需求。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
5.一种利用dapi进行摩擦电离的离子源装置，包括：两个平行放置的第一pinch阀、第二pinch阀，两段穿过pinch阀芯放置的第一硅橡胶管、第二硅橡胶管，以及连接两段硅橡胶管的阀间毛细管、连接在第一pinch阀另外一端的进样毛细管、连接在第二pinch阀另外一端的真空毛细管，所述各个pinch阀、硅橡胶管、毛细管均同轴放置；
6.通过控制连续开闭第二pinch阀使得第二硅橡胶管内壁反复接触累积静电荷，开闭第一pinch阀的吸入空气，对进入第二硅橡胶管内的样品进行电离产生离子。
7.所述进样毛细管、阀间毛细管、真空毛细管均为金属毛细管。
8.所述进样毛细管长4.00cm，内径250μm，外径1/16英寸，用于从常压区域进行采样；所述阀间毛细管长4.00cm，内径250μm，外径1/16英寸；真空毛细管长4.00cm，内径125μm，外径1/16英寸。
9.还包括与两个pinch阀电性连接的波形发生器，以及与波形发生器连接的上位机；所述波形发生器用于根据上位机输出的指令输出控制两个pinch阀开或闭的波形信号。
10.所述上位机为计算机或智能终端设备。
11.所述上位机内存储有以下程序模块，并当上位机加载以下程序模块时控制两个pinch阀开闭实现利用dapi进行摩擦电离产生离子源；
12.静电荷积累程序模块，用于按照预设的通断时间，控制第二pinch阀不断地进行开闭过程，使阀芯放置的第二硅橡胶管内壁不断进行接触分离，在管内壁产生静电；
13.样品吸入程序模块，用于按照预设的采样时间，控制第一pinch阀开启，气压上升，中性气体样品依次经过各个金属毛细管和硅胶管；使得在第二pinch阀芯的硅胶管内被电离成离子，进入离子阱质谱仪的真空腔体中；还用于控制第一pinch阀的关闭，气压随之下降，控制下降到适宜离子阱工作的气压。
14.所述样品吸入采样时间为12ms。
15.本发明具有以下有益效果及优点：
16.本发明可以通过pinch阀内部累积的静电将气体样品电离，无需额外的气体或高电压辅助。结构简单，满足了现场便携式分析仪器的需求。
附图说明
17.图1为二维ei电离源装置结构剖面图；
18.图2为使用摩擦电离离子源所检测到的300ppm甲苯、300ppm间二氯苯、300ppm甲基叔丁基醚和200ppm苯甲醚混合气气体样品；
19.其中，1为第一pinch阀，2为第二pinch阀，3为第一硅橡胶管，4第二为硅橡胶管，5为，进样毛细管，6为阀间毛细管，7为真空毛细管，8为波形发生器，9为上位机，10为电子倍增器，11为离子阱质谱仪。
具体实施方式
20.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实例对本发明的技术方案进行进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
21.除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
22.常见的便携质谱包括电离源、真空接口、检测器、电控系统、真空系统。dapi是一种常用于小型便携仪器的真空接口，通过短暂的开启将少量的中性及离子化样品吸入真空腔内。dapi的使用减轻了真空泵的负担，为小型质谱仪器的发展带来可能。常见的小型仪器的气相常压电离源，如apci和ltp等需要额外的载气或高电场进行电离。在实际的现场检测中，需要消耗大量的气体和额外的电量。本发明将电离源和真空接口相结合，利用dapi阀在开启和关闭过程中对管内壁的挤压产生的静电，对气相待测物进行电离。
23.本发明涉及质谱分析电离源，它可以用于对无辅助气或无高电压存在下实现对气态待测物的电离，实现气体的现场快速检测。同时将进样装置和电离源相结合，简化了仪器装置的整体结构。该装置的主要原理是通过pinch阀在开闭过程中对硅橡胶管内壁的挤压和摩擦产生静电，在中性气态化合物进入到硅橡胶管时被电离。两个相连的pinch阀分别用
于控制中性样品的进入，和通过连续摩擦管内壁产生电荷以电离中性样品。相比其他常见的大气压电离方式，该电离方式结构简单，无需额外的辅助气或高电压，满足现场小型化仪器的需求。
24.实施例1：
25.如图1所示，dapi(discontinuous atmospheric pressure interface)指不连续大气压进样接口，本发明的摩擦电离源包括金属毛细管、硅橡胶管、pinch阀、。pinch阀分为第一pinch阀1、第二pinch阀2。硅橡胶管分为第一硅橡胶管3，第二硅橡胶管4。金属毛细管分为进样毛细管5、阀间毛细管6、真空毛细管7。
26.pinch阀阀芯放有硅橡胶管，硅橡胶管两端插有金属毛细管。两个串联的pinch阀通过阀间金属毛细管进行连接。进样毛细管5，pinch阀间连接的毛细管6以及真空进样毛细管7三段金属毛细管均同轴，与离子阱质谱仪前端电极所在平面垂直。pinch阀在使用过程中，由远离真空腔体的第一pinch1阀开闭来控制样品的进入；而靠近真空腔体的第二pinch阀2则不断地进行开闭过程，使阀芯放置的第二硅橡胶管内壁不断进行接触分离，在管内壁产生静电，用于对样品的电离。
27.中性气体样品从进样毛细管5中进入，在远离真空腔体的第一pinch阀开启的条件下经过串联pinch阀间的阀间毛细管6，最后经过连续开闭的第二pinch阀2，在其硅橡胶管内被累积的电荷电离。随后从真空毛细管7中进入到真空腔体中的离子阱被检测。
28.毛细管的长度和内径对于电离效率有影响，因此远离质谱的pinch阀一端所连接的(长4.00cm，内径250μm，外径1/16英寸)金属毛细管用于从常压区域进行采样，另一端通过金属毛细管(长4.00cm，内径250μm，外径1/16英寸)连接另一个pinch阀。后端的pinch阀另一端通过(长4.00cm，内径125μm，外径1/16英寸)毛细管与真空腔相连接。
29.工作原理：通过外界大气压和真空腔内的低气压间的压差将中性粒子吸入装置中，中性粒子经过靠近真空腔体的pinch阀时被硅橡胶管内壁的静电荷所电离，随后进入真空腔内的离子检测器中被检测。首先，控制第二pinch阀2不断地进行开闭过程，使阀芯放置的第二硅橡胶管内壁不断进行接触分离，在管内壁产生静电。其次，控制第一pinch阀3开启约12ms将中性样品依次经过各个金属毛细管，在最后的金属毛细管内被电离成离子，进入离子阱质谱仪的真空腔体中。气压上升有助于离子阱11更好地捕捉离子，随着第一pinch阀的关闭，气压随之下降，下降到适宜离子阱工作的气压后进行质量分析过程。
30.实施例2：
31.在上述实施例1基础上，还包括与两个pinch阀电性连接的波形发生器8，以及与波形发生器连接的上位机9；波形发生器8用于根据上位机9输出的指令输出控制两个pinch阀开或闭的波形信号；上位机9为计算机或智能终端设备；上位机9内存储有以下程序模块，并当上位机加载以下程序模块时控制两个pinch阀开闭实现利用dapi进行摩擦电离产生离子源；
32.静电荷积累程序模块，用于按照预设的通断时间，控制第二pinch阀2不断地进行开闭过程，使阀芯放置的第二硅橡胶管4内壁不断进行接触分离，在管内壁产生静电；
33.样品吸入程序模块，用于按照预设的采样时间，控制第一pinch阀1开启，气压上升，中性气体样品依次经过各个金属毛细管和硅胶管；使得在最后的金属毛细管内被电离成离子，进入离子阱质谱仪的真空腔体中；还用于控制第一pinch阀的关闭，气压随之下降，
控制下降到适宜离子阱工作的气压。
34.图2为使用摩擦电离离子源所检测到的300ppm甲苯、300ppm间二氯苯、300ppm甲基叔丁基醚和200ppm苯甲醚混合气气体样品。其中间二氯苯为难挥发，高电离能化合物，在其他电离源下难以得到很好的电离。本实验中利用tedlar气袋用氮气稀释后配置好的气袋，接在金属毛细管进样的气路上，然后进入pinch阀中被电离，最后在气压差下进入后端的质谱检测器中。
35.上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。