一种用于质谱分析的射频放电真空紫外光复合电离源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一种电离源，特别涉及一种用于质谱分析的射频放电真空紫外光复合电离源。
【背景技术】
[0002]可挥性发有机物以及半挥发性有机污染物在大气环境中含量很低，但大多具有致病、致癌作用，因此有机污染物监测一直受到人们广泛的关注。质谱的普适性好、灵敏度高，因此近年来在线质谱成为快速、高灵敏检测有机污染物的重点发展方向。70eV电子束轰击电离是目前挥发性有机物检测中应用最为广泛的一种质谱电离源，电子束轰击电离采用热电子发射，电子束轰击电离灯丝区域需要加热到300摄氏度，甚至更高，通过电场加速电子进行电子轰击电离，为了防止灯丝烧断，电离真空度要求高，至少是10_3Pa下灯丝才能正常运行，从而使得真空系统复杂；而且，由于灯丝具在高温下运行，氧化性化合物或者气体会与高温灯丝反映降低电子发射能力，所以电子束轰击电离不能用于氧化性化合物分析；最重要的是为了增加样品的电离截面提高电子束轰击电离电离效率，电子能量一般采用70eV，但是一般挥发性有机化合物的电离能一般不会超过lleV，因此电子束轰击电离往往会产生很多的碎片离子，而得到的分子离子峰非常弱，部分化合物甚至没有分子离子峰，从而影响母体离子的识别；大量的碎片离子降低了分析的灵敏度，碎片峰重叠也给定性分析带来难度。真空紫外光是一种单光子软电离技术，有机物分子电离能低于真空紫外光光子能量，有机物分子吸收一个光子产生分子离子，几乎没有碎片离子，特别适合于快速的定性定量分析。但是，商品化的真空紫外灯单位时间内生成的光子数量比较少lO'hoton/s，仪器灵敏度低。目前还没有能透过光子能量高于12eV的玻璃材料，因此无法将电离能高于12eV的化合物利用单光子电离。另外，高强度的真空紫外光光源制造成本较高，难以应用推广。本发明中使用介质阻挡放电产生波长为120nm左右的紫外光，可以产生很强的光电子，针对真空紫外光无法将电离能高于12eV的物质电离，我们对射频放电灯电离室进行了改造，利用金属的光电效应，使真空紫外光直接照射在金属的表面上，利用弱静电场加速光电效应产生的电子，电子轰击试剂气体分子进行电离，试剂离子电离样品分子，实现高电离能样品分子的软电离。光电子直接从金属表面溢出，是一种非热电子发射源，光电子电离源避免了氧化性气体的腐蚀作用，同时还可以提高工作气压。该电离源将电子束轰击电离源的工作气压由0.0OlPa提高到200Pa，从而极大地提高了灵敏度。
[0003]到质谱仪中的电离源设计，利用这种复合电离源技术提高了真空紫外光的电离化合物种类。该电离源有望成为质谱仪器中气体样品分析的主流电离源(电子碰撞电离源和化学电离源)的一种替代电离源。
[0004]本发明具有待测样品范围广，耐氧化，寿命长，工作气压范围宽，结构简单，在过程监控以及污染物实时在线分析方面有广阔的应用前景。
【发明内容】
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[0005]本发明的目的在于提供一种用于质谱分析的射频电压放电真空紫外光电离的复合电离源，在真空紫外光单光子电离中引入化学电离模式，使电离能高于光子能量的物质分子得到有效电离。本发明射频电压放电真空紫外光复合电离源。
[0006]使用射频放电的真空紫外光源照射在在金属电极上利用光电效应产生光电子，然后利用电场将光电子引出，利用射频电压加速光电子，光电子电离试剂气体分子得到试剂离子，试剂离子与样品分子在适合的真空条件下碰撞实现样品分子软电离。本复合电离源利用射频放电的真空紫外光源在一定电离源气压条件下实现真空紫外光电离和化学电离，拓展了射频放电的真空紫外光源可检测样品的范围。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0008]一种用于质谱分析的射频放电真空紫外光复合电离源，由射频放电真空紫外光源、离子传输光学系统和离子源腔组成，所述离子传输光学系统放置在离子源腔内，离子源腔上设置连接孔，射频放电真空紫外光源的出光口与离子源腔通过设置在离子源腔上的连接孔固定连接；
[0009]射频放电真空紫外光源发出的真空紫外光通过设置在电离源腔体上的连接孔进入电离源腔体内，离子传输光学系统由离子推斥电极、离子聚焦电极和差分接口极板组成；沿真空紫外光出射方向依次设置有离子推斥电极、离子聚焦电极和差分接口极板，三者同轴、平行设置，相互之间通过绝缘垫隔离；离子推斥电极、离子聚焦电极和差分接口极板中心分别设置通孔，各个电极通孔同轴放置，紫外光从三个通孔中依次穿过，光轴与各通孔轴线重合；
[0010]离子源腔上设置试剂气体进样管和样品气体进样管，所述试剂气体进样管穿过电离源腔的外壁伸入在电离源腔内部；所述样品气体进样管穿过电离源腔的外壁伸入在电离源腔内部。
[0011]优选的，所述的用于质谱分析的射频放电真空紫外光复合电离源中，所述射频放电真空紫外光源包括真空腔、放电电极和两端开口的放电介质管，放电电极为两个圆筒形电极，分为第一圆筒电极和第二圆筒电极，第一圆筒电极和第二圆筒电极套设于管状放电介质管外，第一圆筒电极上施加高压射频电压，第二圆筒电极接地；放电介质管的一端为出光口，出光口端面以透明材料进行密封，并通过设置在电离源腔体上的连接孔进入电离源腔内；放电介质管另一端与真空腔相连；所述真空腔外壁上设置真空泵和放电气体毛细管，放电气体毛细管的一端穿过真空腔进入放电介质管内部，另一端接放电气体瓶。
[0012]优选的，所述的用于质谱分析的射频放电真空紫外光复合电离源中，所述出光口端面用氟化镁玻璃进行密封。
[0013]优选的，所述的用于质谱分析的射频放电真空紫外光复合电离源中，所述第二圆筒电极接地，射频高压放电第一圆筒电极与接地的第二圆筒电极之间的距离在5-15mm之间。
[0014]优选的，所述的用于质谱分析的射频放电真空紫外光复合电离源中，所述真空泵为干泵或膜片泵。
[0015]优选的，所述的用于质谱分析的射频放电真空紫外光复合电离源中，所述离子推斥电极和离子聚焦电极之间为试剂离子区，离子聚焦电极和差分接口极板之间为样品离子区，离子推斥电极和差分接口极板间隔的距离为5-40mm。
[0016]优选的，所述的用于质谱分析的射频放电真空紫外光复合电离源中，所述离子推斥电极，离子聚焦电极和差分接口极板按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的静电电压，该区域内轴线方向形成大小为I?3V/cm的离子引出电场；距离离子推斥电极最近的圆筒电极与离子推斥电极之间的距离为2-4mm。
[0017]优选的，所述的用于质谱分析的射频放电真空紫外光复合电离源中，于真空腔侧壁上设置有气体出口，气体出口与真空泵通过阀门连接，于真空腔的另一面腔体上通过真空管路连接有真空规；所述阀门为流量可调真空阀门、真空挡板阀、真空蝶阀或真空针阀中的一种。
[0018]优选的，所述的用于质谱分析的射频放电真空紫外光复合电离源中，所述试剂气体进样管和样品气体进样管内径分别为Φ50?530 μ m,长度分别为5?500cm,气体进样流速为0.1?50mL/min，电离源腔内的真空度维持在0.l_200Pa之间。
[0019]所述第一圆筒电极位于第二圆筒电极的上方或下方，射频放电真空紫外光复合电离源均可正常工作。
[0020]本发明的优点是:
[0021]本发明提供的复合电离源，通过简单的调节进样气体和电离区工作电压，可同时利用真空紫外光电离、化学电离两种电离模式。待测样品中电离能低于真空紫外光的光子能量的物质分子可同时被真空紫外光和化学电离源电离；而电离能高于真空紫外光的光子能量的物质分子由化学电离通过分子离子反应电离，得到待测物质的准分子离子和少量的碎片离子。整套电离源体积小巧、结构紧凑，与不同的质量分析器联用后可大大拓展仪器可检测样品的范围，在过程监控和环境污染的在线监测领域具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0022]图1为射频放电真空紫外光复合电离源结构示意图；
[0023]图2为O2试剂离子以及50ppm氯仿(CHCl3)的质谱图。
[0024]图中:1为离子源腔,2为放电电极,3为放电介质管,4为出光口，5为真空腔,6为离子推斥电极，7为离子聚焦电极，8为差分接口电极，9为试剂气体