[发明专利]一种行星开放环境下光质谱联用的粒子输运组件

说明书

本发明公开了一种行星开放环境下光质谱联用的粒子输运组件，该粒子输运组件由截取锥、取样锥、分离锥、质谱气泵、毛细管、回流管、输运气泵、流量计及控制器组成。本发明的有益效果是，提供了一种行星开放环境下的高效粒子输运组件与方法，可在深空探测原位分析中，利用行星大气作为载气，以及毛细管的虹吸效应，将LIBS激光器诱导的等离子粒子，高效地传输进MS里进行分析，其流速可通过实时监测进行控制，满足光质谱两种技术同时分析原位物质的需求。

技术领域

本发明涉及一种离子输运组件与方法,尤其涉及一种采用气泵结合毛细管抽运的粒子输运组件，适用于深空探测行星开放环境下光质谱联用时的离子输运，属于行星原位探测领域。

背景技术

深空物质成分探测领域，质谱与光谱联用的技术只有LA-ICP-MS，即激光剥离电感耦合等离子体质谱，激光用于解附剥离，电感耦合等子体ICP用于离子化，质谱MS用于粒子分析。国际上只有欧空局有类似载荷，不过尚未到达火星。更好的深空探测原位分析方法应采用激光诱导击穿光谱即LIBS，与质谱的联用，光质谱联用的关键是开放环境下高效的粒子解附与传输。

从2004年开始发展起来的常压敞开式离子化质谱技术中实现离子化的途径包括三大类：

一是基于喷雾和固液萃取的离子化技术，其原理为，在雾化气的带动下，溶剂在高压下形成电喷雾，并以一定角度吹扫样品表面；在与样品表面的分子接触过程中，将部分被分析物分子溶解，并且形成次级带电液滴束；次级带电液滴束以合适的角度喷入质谱入口，进而进行检测和分析。由于需要辅助溶剂，在航天应用上前景有限，因为在行星等深空环境，无法搭载充足的溶剂维持长时间的探测任务。

二是基于等离子体的离子化技术，此类技术用气体在电场放电作用下产生低温的等离子体，进而喷射到样品表面，使待测物质解吸并离子化，此类与激光诱导击穿光谱即LIBS，无法实现联用。

三是基于基于激光解吸消融的离子化技术，此类方法中激光起剥离消蚀作用，离子化还是和第一类一样的喷雾技术，也无法直接在深空原位探测上适用。

综上所述，深空开放环境需要高效蒸汽输运、离子化方法，以满足深空微区原位质谱仪与LIBS的联用的要求。LIBS所用激光源为低重频脉冲激光，它只有在激发样品的瞬时产生等离子体，很难维持恒定的离子流。另外，如何在深空开放环境中将每发激光脉冲产生的样品蒸汽高效传输进质谱仪即MS，是行星开放环境下光质谱联用最核心的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开放环境下的高效粒子输运系统与方法，可在深空探测原位分析中，将LIBS诱导的等离子粒子高效地传输进MS里进行分析，满足两种技术同时分析原位物质的需求。

本发明是这样来实现的：

本发明提出的行星开放环境下的高效粒子输运方法是在一种开放的粒子输运组件基础上实现的，它可在行星开放环境下，把LIBS激光聚焦至行星表面探测区目标物质组成测试点所激发的高温等离子粒子气溶胶高效率地输运至MS子系统。

该粒子输运组件由截取锥、取样锥、分离锥、质谱气泵、毛细管、回流管、输运气泵、流量计及控制器组成；

其中截取锥、取样锥、分离锥三者的锥顶都有锥孔，三者的锥孔都通过中心轴线；截取锥、取样锥与质谱气泵属于MS子系统的入口组成部件，主要完成粒子在进入MS子系统分析之前的高效富集和沿中心轴线穿过分离锥的锥孔进入MS子系统；

取样锥与截取锥之间连接有质谱气泵，可被质谱气泵抽成高度真空，形成负压以方便等离子体粒子流输运；毛细管、回流管、输运气泵三者利用抽气和虹吸效应，可实现可调重频脉冲激光器激光烧蚀解附产生的等离子体气溶胶在行星大气的承载下进入毛细管，形成管内等离子体粒子流，并进行高效输运；控制器用于接收流量计的流量值信息，控制质谱气泵与输运气泵的抽气速度；