[发明专利]真空紫外光内电离质谱分析装置及质谱分析方法

说明书

本发明提供了一种真空紫外光内电离质谱分析装置及质谱分析方法，包括：紫外光源、质量分析器、光束调节部件、分析样品以及控制器；所述紫外光源能够对分析样品进行单光子电离；所述质量分析器能够在内部进行从分析样品电离到离子质量分离的完整质谱工作时序；所述质量分析器开有光源引入口；所述光束调节部件设置于光源引入口的上游；所述控制器能够同步控制质量分析器的工作时序阶段与所述光束调节部件调制量；本发明采用简单阀门或光调制结构，可在真空紫外光电离质谱分析中使用高灵敏度的内电离分析模式，同时避免传统连续紫外光源电离法造成的底噪信号干扰。可提高分析检测限约2‑3个数量级。

技术领域

本发明涉及质谱分析技术领域，具体地，涉及一种真空紫外光内电离质谱分析装置及质谱分析方法。尤其涉及一种通过小型连续型紫外光电离光源实现待测样品离 子化并减少质量分析阶段干扰的微型质谱分析装置及其方法。

背景技术

质谱分析技术在公共安全、生物医药、先进材料分析及开发等领域应用广泛。 其中小型及微型质谱系统在国防安全以及其它工业民用等多领域的现场分析应用 中逐渐成为重要的分析手段。目前便携式的现场质谱全分析主要依靠气相色谱-质 谱连用技术，其主要原理是将气相样品或可引入分析的其他物相样品气化引入色谱 柱，依照不同样品分子在色谱柱上保留或吸附情况的不同在脱出时间上加以分离成 基本纯净的化合物；再通过电子轰击电离(EI)等手段将样品分子碎片电离化，形 成质谱图，并与标准物质的质谱图进行查询比对，从而得到一系列化合物的定量信 息。该方法测量准确性好，但设备中由于包括了色谱和质谱所需的进样口，采样泵， 定量环，色谱柱，质谱接口，电子轰击电离源，导入透镜，质量分析器等一系列复 杂器件，设备在10kg以下的小型化领域的工程化中遇到了许多挑战。特别是对于航 天载荷等对系统质量功耗要求严苛的应用领域，设备的进一步小型化非常困难，同 时系统中大量细小部件对该类质谱分析系统的应力负载造成了巨大限制。因此，有 必要寻找一种新型的质谱全分析装置以适应航天等尖端领域对于质谱系统微型化 的需求。

在复杂样品环境中，传统不依赖色谱等前分离技术的质谱全分析方法主要存在问题是样品分子的碎片化问题。以EI源为例，该离子源中样品分子在70电子伏特 (eV)电子轰击电离的作用下能够产生大量的离子。但是该过程的能量转移较为猛 烈，超过了一般化合物数个eV的化学键能水平，内能较大的离子在与中性分子碰撞 时会自发裂解产生更多的碎片。例如常见的增塑剂邻苯二甲酸酯均形成149u的碎 片，烃类化合物均会形成43，57u等常见碳氢化合物碎片，大量的碎片形成削减了 样品分子的化学信号，并形成了相互干扰。

真空紫外光电离(VUV-PI)与EI电离法相比具有极低的离子碎片产率，地球大 气中的水蒸气、氮气、氧气及与金星、火星大气中的二氧化碳、土卫六中的甲烷等 主要背景干扰在常见的连续氪气放电真空紫外灯输出的10.6eV光子作用下均不被 电离。因此，采用VUV-PI电离法得到的质谱图化学背景干净，且可以直接得到可电 离样品的分子量信息。根据获得的分子量信息作为基础，还可以通过离子阱等串级 质量分析器及飞行时间质谱等高分辨质量分析器获得各物质的进一步化学信息，从 而达成高效率的全谱图快速分析。

但与其他离子化技术相比，在真空紫外光(波长10一195nm)区域内还不具备 较好的可被小型化的激光光源，目前主要应用的准分子激光，惰性气体离子激光， 自由电子激光等手段均需要巨大的试验装置，且激光法获得光子能量偏低，不利于 获得主要物质的电离质谱信息。目前该领域主要还是基于直流或射频空心放电灯得 到8eV以上的真空紫外光子。连续放电法经贺礼士等诸多光源企业的成熟产品被证 实为一种稳定的真空紫外光发生方法，但放电过程的起辉和灭弧过程都会经历数毫 秒至亚秒级的不稳定过程。

专利文献CN1811408B提出了内部光电离的离子阱质谱法用于样品的分析检测，但由于真空紫外光的脉冲发生稳定性困难较大，目前还没有真正能进行高灵敏度内 电离模式分析的微型质谱分析装置及其方法。