[发明专利]一种变温红外光解离光谱装置

说明书

本发明公开了一种变温红外光解离光谱装置。所述变温红外光解离光谱装置包括样品源、离子化器、离子引导器、四级杆质谱、偏转器、变温离子阱、飞行时间质谱。样品自样品源进入装置，经离子化器离子化，再经离子引导器引导、四级杆质谱选质、偏转器偏转、变温离子阱囚禁变温，最后在飞行时间质谱进行红外光解离和检测。变温离子阱可以实现红外光解离装置离子阱的大范围变温(4‑300K)过程，整套变温红外光解离光谱装置可以实现对气相低分子密度样品的有效检测。

技术领域

本发明涉及一种变温红外光解离光谱装置，具体而言是一种能实现离子阱大范围变温过程的红外光解离光谱装置，属于物理化学学科分子反应动力学领域。

背景技术

分子反应动力学是化学的前沿基础研究领域；它应用现代物理化学的先进技术与方法，在原子、分子的层次上研究不同状态下和不同分子体系中的基元化学反应的动态结构、反应过程和反应机理。

红外吸收光谱法是分子吸收光谱的一种，利用物质对红外光的选择性吸收来进行物质的定性和定量分析；不同的化学键由于振动能级不同而具有不同的振动频率，因此红外吸收光谱法是一种进行官能团分析和结构分析的重要手段，是获得分子精细结构信息最有效的方法之一；由于红外吸收光谱法要求待测物具有极高的分子密度(约10¹³个/立方厘米)，因而一般用于液相和固相物质的测试。而气相中，纳米团簇分子密度一般为10⁶～10⁸个/立方厘米，远低于直接测量红外吸收光谱所需要的分子密度，不足以用传统的红外吸收光谱法来测试。

近年来发展起来的红外光解离光谱法是一种新型的测量离子振动的光谱分析方法；它通过两级质谱，对母离子和碎片离子均进行选质，具有很高的选择性；同时其背景吸收极低，可以做到对单离子几乎100％的有效检测，故又具很高的灵敏度；藉此，红外光解离光谱法可以实现对极低分子密度物质的有效检测。

红外光解离光谱法的机理：离子吸收特征波长的光子发生共振解离，通过测量碎片离子的产率随红外光解离光源波长的变化关系获得振动光谱；具体实现过程是，首先通过第一级质谱对母离子进行选质，让红外激光与选出的母离子相作用，使其成为亚稳态；随后，母离子内能会重新分配，导致分子间弱键的断裂，产生离子或中性的碎片离子；这些碎片离子通过第二级质谱时会再次被选质而被分别检测。

现有的红外光解离装置主要由离子源、离子引导器、四极杆质谱、偏转器、离子阱、飞行时间质谱及数据处理装置构成：离子源类型主要有激光溅射离子源、电子离子化离子源及电喷雾离子源等，作用是产生气相离子；离子引导器类型主要有六极杆引导器、八极杆引导器、十极杆引导器，作用是引导离子和真空差分；四极杆质谱的主要作用是作为第一级质谱对母离子进行选质，选出合适质量的母离子进入后续装置；偏转器的作用是通过静电作用，使被选出的母离子实现90°偏转；离子阱的主要作用是囚禁离子，使离子可以富集，同时可以在离子阱实现升温或降温等变温过程，进而研究温度对物质的物理化学性质和反应机理的影响规律；飞行时间质谱的作用是在其前端加速极区域利用红外激光对母离子进行解离，飞行时间质谱作为第二级质谱与数据处理装置一起实现对母离子解离产生的碎片离子的检测。

近年来，红外光解离光谱方法在水合电子、水合质子以及溶剂化团簇等研究领域产生了一系列重要成果；目前的红外光解离光谱法通常是在常温或者液氮冷却的环境中产生离子源，即研究的是单一温度下(例如80K或300K)离子振动光谱，离子温度不能连续变化；然而，温度变化对物质的物理化学性质和反应机理有着非常显著的影响；例如，科学家们发现，严重急性呼吸综合症(SevereAcute Respiratory Syndrome，SARS)的病毒在一个塑料表面上室温情况下可以存活至少24小时，在273K时甚至可以无限期存活，在310K时就会死亡；但是，相关的病毒死亡机理还不是很清楚；所以，迫切发展具有变温功能的红外光解离光谱实验技术来满足科学研究的需求。

发明内容

本发明针对现有的红外光解离光谱装置的不足，提出一种具有变温功能(4～300K)的红外光解离光谱实验装置。