[发明专利]一种直线加速型飞行时间质谱中的放电光电离源

说明书

技术领域

本发明属于分析仪器，特别涉及一种在线快速分析挥发性有机污染物的新电离源。该电离源采用介质阻挡放电产生光来进行化合物电离，通过存储型电场实现离子进样，利用离子聚焦系统提高离子利用效率。

背景技术

传统的有机物质谱分析一般采用的是电子轰击电离源，电子轰击电离源真空度要求高，至少需要10^-3Pa才能点亮电离灯丝，从而使得真空系统复杂，而且灯丝对于不能电离氧化性化合物。最重要的是70eV能量高出化合物本身的电离能很多，往往会产生很多的碎片离子，特别针对环境样品由于其基质复杂，干扰因素多，影响母体离子的识别，而且大量的碎片离子会掩盖被测离子峰，降低了分析的灵敏度，对于不同化合物的电离效率的差异和电荷之间的竞争也加剧了谱图的复杂性。为了保证测量的准确性需与色谱等预分离手段相结合，但预分离技术会大大延长分析时间。环境样品量大，需要快速的在线检测技术，真空紫外光是一种非常有效的软电离方式，仅产生分子离子，可以根据被分析化合物的分子量进行快速的定性。一般采用10.6eV能量的光子，该能量可以电离95％以上的有机污染物，但是不能电离空气中的常规气体氮气，氧气，二氧化碳等气体，因此更有利于直接监测空气中有机污染物。目前有两中真空紫外光电离源，一种是激光产生，但是激光器非常昂贵，体积庞大，而且还需要复杂的光学系统，因此只适应用于实验室研究；另外一种是商品化的充有惰性气体的放电灯，这种灯体积小巧，耐用（5000小时以上）无需其他的溶剂，特别适合用于在线仪器。

但是，商品化的真空紫外灯功率小，最高为0.77W，光子密度比较弱仅有10¹⁰光子/秒，分析的灵敏度低，这对于环境样品中的痕量分析要求来讲是远远不够的。如何提高真空紫外灯的光子密度也成为了一个难点。德国国家环境与健康研究中心的Zimmermann教授研究小组开发了脉冲式电子轰击真空紫外光电离源，采用电子共振激发多光子增强了光子的密度，光子数量可以达到2.6×10¹³photon/s，在没有富集的情况下检测限达到了10ppm，但此种办法技术方案复杂，需要高真空的电子轰击枪来产生光源，因此成本高，体积大。

据此，我们以介质阻挡放电原理研制了一种新型的真空紫外放电灯应用于挥发性有机物分析，其放电功率可以提高到20W。真空紫外灯为连续电离源，在与脉冲式离子进样的飞行时间质谱联用时，往往采用的是垂直加速技术。但是垂直加速技术在仪器设计过程中难以实现小型化。直线加速直接离子进样利于小型化，所以在电离源设计中我们同时设计了存储型脉冲电场以及离子聚焦系统与放电真空紫外灯配合使用。一方面电场可以存储离子利于提高仪器灵敏度，另一方面，直线式离子源设计促进仪器小型化设计。

发明内容

针对环境监测中有机污染物质谱快速检测的需求，设计一种用于在线质谱的放电真空紫外光电离源。该设计利用介质阻挡放电原理，该电离源使用双圆筒电极的介质阻挡放电系统，以5-100kHz的射频电源加至放电电极，另外一个电极接低压直流电产生电离光源。放电介质可以使用2-10mm外径，0.5-2mm厚的圆形石英玻璃或者陶瓷管。放电电极为金属圆筒置于放电介质外表面，两个电极之间距离控制在5-15mm，在射频电压放电电极前端放置永久性磁铁增强放电。以氦气作为放电气体，放电灯低压放电端采用氟化镁或者氟化钾玻璃作为透光口，放电气压通过真空计测量，气压控制在一个大气压以内到100Pa之间。放电灯置于三电极的脉冲型电场中，通过调节中间电极电位实现离子存储、进样。存储型电场后面接聚焦型电场提高离子的利用效率。放电灯以脉冲型电场中心轴为对称点，可采用阵列式结构提供光通量。该光电离源适用于直线进样型微型质谱，可以快速检测挥发性有机物。

本发明的优点：

1．大功率的介质阻挡放电灯，提高了光子束密度，从而可以提高仪器灵敏度。

2．使用了存储型的电场，解决了直线式质谱中离子进样问题，同时存储型电场起到离子富集作用，与后端的离子聚焦系统一起利于提高灵敏度。

3．灯电离源结合光电离的气压耐受度，利于挥发性气体有机物的灵敏度提高。

4．该电离源解决了直线式飞行时间质谱与连续光电离源联用问题，对于飞行时间质谱小型化意义重大。

附图说明

图1放电灯的结构示意图；图中：1为放电气体进样毛细管，2为真空测量装置，3为阀门，4为微型真空泵，5为射频高压，6为直流低压，7为永久性磁铁，8为放电电极，9为放电介质，10为透光窗；