[发明专利]用于质谱仪的电离装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于质谱仪的电离装置。

背景技术

质谱仪主要用来测量微观粒子的质量。因为微观粒子的质量非常小，为了能够测量到它们的质量，首先要使微观粒子带上电荷，然后就可以通过电磁场来控制它们的运动，经过一定的计算便可测出微观粒子的质量。因此，质谱仪都必须设置能将样品电离成离子的电离装置。

在电离装置内使被分析的样品带上电荷的过程叫做离子化过程。针对不同的样品有不同的离子化方法，其中电子撞击方法是目前应用最为广泛的离子化技术，该技术主要用于挥发性样品的电离。一般情况下，样品分子以气体的状态进入离子化室，从微观角度来说，各个样品分子之间的距离非常大，因此能够碰撞到电子而发生电离的碰撞概率很低，即离子化效率低。为了提高离子化效率，通常采取的方法是增加电子的飞行路径的长度。电离室抽真空后，送入低压样品气体。如电离室中真空度为10^-4帕斯卡，电离室的宽度约10mm，所以电子横穿过电离室的直线路程为10mm，实际上因为电子走的是曲线，所以长度会大于10mm。因为气压很低，此时电子的平均自由程大约200m，换句话说，电子要飞行200米才可以碰撞到样品分子，所以从概率上来说，需要大约20000个电子才能电离成功一个样品分子，电离几率很小，或者说电子利用率很低。在气压一定和电子初能量固定的条件下，电子的平均自由程是固定的。因此，如果我们增加从进入电离室到飞出电离室的这段时间内的电子的飞行路线的长度；或者延长电子在离子室内的停留时间，都可以使电子更加容易碰上样品分子，从而提高电子击中样品分子的概率。

如图1和图2所示，质谱仪中的离子源包括透镜组和电离装置。透镜组包括共轴安装的推斥极1、引入极2、聚焦透镜3、引出极4等。透镜组的作用主要在于使带上电荷的样品分子由电离装置顺利进入质量分析器中。传统的电离装置主要包括电离室5、设在电离室5内相对布置的N极6和S极7以及设置在N极6和S极7之间的两个灯丝8，并且两个灯丝8位于离子源中的推斥极1和引入极2之间，N极6和S极7可以由永久磁铁或电磁铁制成。

电离装置的灯丝8被加热后产生电子，电子被70电子伏特的电压加速后从灯丝8射出。S极6和N极7产生磁场，在磁场作用下电子的模拟路径如图2所示，变成螺旋线形状。于是电子在电离室5内运动的路径变长，时间也加长了，因此，电子碰撞到分析样品分子的概率大幅度增加了，即提高了离子化效率。

传统电离装置具有如下两个弊端：一是一般永久磁铁的磁场强度是300高斯左右，要产生强磁场需要超导材料，成本很高，如果使用电磁铁产生磁场会对质谱仪的电路系统产生副作用。这就使得电子运动路径能够增加的长度非常有限，即离子化效率的提高受到限制；而且磁场强度不可调节，针对一块永久磁铁来说，其磁场强度是特定的，不能随着样品的需求而变化，因此其适用范围窄。二是磁场强度不均匀，从而电子运动轨迹很难精确计算，并且使电子运动的洛仑兹力运动方程不可求解，因此人们很难精确预测电子的运动轨迹。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于质谱仪的电离装置，以解决上述现有技术中磁场强度不均匀且不可调节的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明的用于质谱仪的电离装置，包括电离室、设在所述电离室内的至少一个灯丝，其中，所述电离装置还包括至少一对相对布置的射频电极，加在所述至少一对射频电极的射频频率为10⁶-10⁹赫兹，电压为1-2000伏特。

所述至少一对射频电极的圆频率满足不等式：其中，ω表示圆频率，v(0)表示电子运动的初始速度，L表示两个所述射频电极之间距离的一半，n表示电子在所述电离室内碰到所述电离室的壁之前所做简谐振动的次数，x(0)表示电子运动的初始位置。

所述至少一对射频电极的电压满足不等式：其中V表示电压，L表示两个所述射频电极之间距离的一半，m表示电子的质量，ω表示圆频率，n表示电子在所述电离室内碰到所述电离室的壁之前所做简谐振动的次数，q表示电子所带的电量。

所述灯丝的数量为一对，对称布置在所述电离室内。

所述射频电极是平面板状或曲面板状。

所述射频电极的数量为两对，均匀布置在所述电离室内。