[发明专利]一种基于小孔原位取样接口的离子源系统及小型化质谱仪

说明书

本发明公开了一种基于小孔原位取样接口的离子源系统及小型化质谱仪，其小型化质谱仪采用本发明离子源系统作为离子源。仅采用真空离子源，其中真空离子源与待测样品通过小孔连接，可适用于气态样品的检测。本发明提供的质谱仪利用小孔作为原位取样接口，其流导在工作时保持恒定，可以对取样过程中的质量歧视效应进行定量标定，取样传输路径短，因此可以快速响应，采用内部电离可以增加检测装置中的离子数量，且可以实现连续进样保证真空度的稳定性，提高质谱仪的扫描速度。

技术领域

本发明涉及质谱分析领域，具体涉及一种基于小孔的原位取样接口的离子源系统以及小型化质谱仪。

背景技术

质谱仪是一种可以测量混合气体分压的仪器。在国土安全，环境检测，太空探索，医疗健康等方面具有广泛的应用。质谱仪主要由电离装置，检测器和离子束缚结构组成。按照结构和原理主要分为四极杆质谱仪，离子阱质谱仪，飞行时间质谱仪等。

近年来，由于对在线快速检测和现场实时分析的需求越来越多，而小型化质谱仪便于携带能够满足现场分析的需求而成为国际质谱领域的研究热点之一。原位分析的接口气压过高是小型质谱仪的主要限制之一。由于小型质谱仪的抽气能力有限，因此必须将进入真空系统中的气体流量降到极低，原位取样接口在质谱仪中有限流和气体传输两大影响。目前为止可用于小型化质谱仪原位取样接口的只有普度大学研制的非连续大气压接口和连续性大气压接口两种方式。非连续性大气压接口为了保证真空度要求必须以不连续的方式进样，进样时间较短，降低了扫描速度和系统稳定性，连续性大气压接口采用毛细管作为接口元件，可以进行连续进样，但是增加了传输路径，因此样本损失高，响应时间较长。目前为止，小型化质谱仪有两种离子化方式：一是外部离子化，二是内部离子化。内部离子化只能用于气态样品，而外部离子化由于离子传输效率和真空度的要求在小型化质谱仪中很少使用。

发明内容

为克服现有小型化质谱仪原位取样接口扫面速度慢，系统稳定性差或传输路径长响应时间慢等一系列技术缺陷，寻找一种适用性更广的原位取样接口系统，本发明的目的是提供一种基于小孔原位取样接口的离子源系统；本发明的另一种目的是提供一种小型化质谱仪。

本发明提供的原位取样接口的离子源系统，包括真空离子源，其中，所述真空离子源上游连接有待检测样本。

上述离子源系统中，所述真空离子源和所述待检测样本通过石墨烯小孔相连接。

优选的，所述小孔选择石墨烯小孔，取样过程中始终处于分子流状态，其流导值保持恒定。

所述小孔的流导值根据取样气体压强设计，使得取样过程中流导值恒定，同时满足质谱仪工作真空度要求。

小孔的流导和所需总面积是按照以下方式确定的：

真空泵的有效抽速为Se，真空腔提内部的压强为Pv，待测样品的压强氛围为Po，小孔的流导C。当系统达到稳定时，由于通过小孔进入真空腔体内部的气体量与通过真空泵抽出的气体量相等：

C(Po-Pv)＝SePv (1)

通过测量其他三个参数的数值，可以获得所需要的小孔流导值。

当流态是分子流时，小孔的流导C为：

式中R是理想气体常数，T是温度，M是气体分子相对分子质量，通过带入流导值以及其他的已知参数，可以获得所需要的小孔的总面积A_O。

本发明提供的小型化质谱仪包括真空离子源，真空腔体以及抽气系统，其中，所述真空离子源采用以上技术方案的任一项所述的真空离子源系统。

上述质谱仪中，所述真空离子源设置于所述质谱仪的真空腔体内。