一種臭氧改性β放射離子源及其應用的製作方法

2023-10-05 17:18:14 4

專利名稱：一種臭氧改性β放射離子源及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及分析儀器質譜和離子遷移譜，特別涉及到儀器的離子源技術，使用臭氧改性β放射離子源能夠增加離子源中化合物電離通道，擴大其可以電離化合物的範圍。
背景技術：
離子遷移譜技術是自1970年代初發展起來的一中物質分析檢測技術。它採用的基本原理是在大氣壓條件下生成的離子，在特定的電場特徵下，自相同的起點開始漂移經過相同的距離時，不同的離子會因具有不同的遷移率需要不同的時間，測量這一時間即可對物質進行定性監測。離子遷移譜技術具有檢測靈敏度高，檢測速度快，可以實現在線快速檢測，檢測成本低等優點，近年來越來越受到人們的重視。離子遷移譜目前應用領域很多，例如爆炸物的監測，毒品稽查，生化戰劑的檢測等領域，近年來還越來越多的應用於環境汙染物檢測等領域。傳統的β放射離子源，由於其性能穩定、體積小、無需外加電源等優點而備受親賴。目前離子遷移譜儀器中裝配的離子源主要為β放射離子源。傳統的β放射離子源在潔淨空氣中產生的負試劑離子為公認的02_(Η20)η，該試劑離子能與電子親和勢大於O2的化合物發生電子轉移反應，從而使化合物發生電離。而對於電子親和勢小於O2的化合物(如SO2XO2等)則無法進行電離。因此，本發明中提出一種使用臭氧改性β放射離子源，擴大其可以電離化合物的範圍
發明內容
:本發明的目的 是提供一種臭氧改性β放射離子源及展示其在離子遷移譜中的應用。這種臭氧改性β放射離子源利用了高能紫外光(102nm-191nm)照射潔淨空氣發生光化學反應生成臭氧的原理來實現對β放射離子源中負試劑離子的改性，將其與離子遷移譜聯用，擴大其可以檢測化合物的範圍，有助於離子遷移譜譜儀器的產業化。為了實現上述目的，本發明採用的技術方案為:一種臭氧改性β放射離子源，包括帶有進氣口和出氣口的β放射離子源，在常壓下，於β放射離子源的進氣口通入帶有臭氧的空氣；或，在常壓下，空氣先經過臭氧發生器處理後再由β放射離子源的進氣口進入到β放射離子源中。空氣中O3的體積濃度能夠達到50_2000ppmv。所述臭氧改性β放射離子源，所述潔淨空氣為經過除塵處理的空氣，其溼度範圍為0%-100%;所述臭氧發生裝置由紫外光光源以及支撐體構成，其中紫外光光源為能夠產生波長包括102nm-191nm紫外光的任意光源，支撐架為非金屬材料，如可加工陶瓷、聚四氟乙烯等；所述β放射離子源為235Anu3H或者63Ni等能夠產生β放射的離子化源。臭氧發生器包括二端開口的筒體，筒體的側壁上設有紫外光光源，紫外光光源的出光方向面向筒體內，筒體的一個埠為空氣進口，另一個埠為空氣出口，空氣出口處設置有β放射離子源，β放射離子源為筒狀，臭氧發生器的筒體與β放射離子源同軸設置，於β放射離子源軸向的二端分別設置有離子推斥電極和離子引出電極，離子推斥電極靠近於臭氧發生器一側。所述臭氧改性β放射離子源，潔淨空氣進入到臭氧發生裝置中，其中部分O2分子在紫外光的輻照下發生裂解反應生成自由態的氧原子0，O再與O2分子結合生成O3分子，經過臭氧發生裝置後潔淨空氣中O3的體積濃度能夠達到lOOOppmv以上。經過臭氧發生裝置後的潔淨空氣在β放射離子源中反應生成負試劑離子02_(Η20)η，02_(Η20)η再與O3分子反應最終轉化成負試劑離子(V(H2O)n，該試劑離子可以引入到質譜或者離子遷移譜儀器的反應區用於對待測樣品進行電離。所述臭氧改性β放射離子源，其特徵在於:當紫外光光源熄滅時，潔淨空氣經過臭氧發生裝置時將不再有O3產生，β放射離子源工作在正常狀態，其中產生的負試劑離子為 CV(H2O)ntj所述臭氧改性β放射離子源，其特徵在於:通過控制紫外光光源工作與否，就可以控制β放射離子源在臭氧改性狀態和正常狀態之間進行切換。所述臭氧改性β放射離子源在質譜和離子遷移譜中的應用。臭氧改性β放射離子源與離子遷移譜聯用，能夠有效的擴大離子遷移譜可檢測化合物的範圍，有利於其產業化。所述臭氧改性β放射離子源在質譜和離子遷移譜中的應用，臭氧改性β放射離子源與離子遷移譜聯用用於檢測待測化合物時，其電離與檢測過程為:臭氧改性β放射離子源中產生的試劑離子引入到反應區，與待測樣品發生電荷轉移反應或者0_轉移反應，使待測樣品得到電離，得到的樣品離子通過脈衝開啟的離子門進入遷移管，在遷移管中根據其遷移率的不同得到分離，最後被信號接收與檢測系統接收與檢測。本發明的優點是:本發明利用高能紫外光照射空氣引發光化學反應產生O3這一原理方便的實現β放射離子源的在線改性。臭氧改性β放射離子源具有獨特的負試劑離子，有效的擴大了其可以檢測化合物的範圍。此外通過控制紫外光光源工作與否，可以方便地實現β放射離子源在臭氧改性狀態和正常狀態之間的切換。下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細的說明:


:圖1、臭氧改性β放射離子源的結構示意圖；圖2、臭氧改性β放射離子源與離子遷移譜儀聯用示意圖；圖3、(a)臭氧改性β放射離子源和(b)傳統β放射離子源得到的負試劑離子遷移譜圖；圖4、(a)臭氧改性β放射離子源和(b)傳統β放射離子源在檢測CCl4時得到遷移譜圖；圖5、(a)臭氧改性β放射離子源和(b)傳統β放射離子源在檢測SO2時得到的遷移譜圖。
具體實施方式
:本發明利用了高能紫外光(102nm-191nm)照射潔淨空氣發生的光化學反應，具體裝置見圖1。其主要包括一下幾個部分:紫外光源1、支撐架2、離子推斥電極3、β放射離子源4以及離子引出電極5 (I和2構成臭氧發生器，3、4、5構成離子源)。臭氧發生器包括二端開口的筒體，筒體的側壁上設有紫外光光源，紫外光光源的出光方向面向筒體內，筒體的一個埠為空氣進口，另一個埠為空氣出口，空氣出口處設置有β放射離子源，β放射離子源為筒狀，臭氧發生器的筒體與β放射離子源同軸設置，於β放射離子源軸向的二端分別設置有離子推斥電極和離子引出電極，離子推斥電極靠近於臭氧發生器一側。紫外光光源可以是能夠產生包括102nm_191nm紫外光的任意光源，這裡以真空紫外燈為例。支撐架為非金屬材料，如可加工陶瓷、聚四氟乙烯等。β放射離子源為235Anu3H或者63Ni等β放射源，這裡以63Ni為例。離子推斥電極和離子引出電極為任意技術材質，通常加在離子推遲電極上的電壓高於離子引出電極。當工作時，真空紫外光照射潔淨空氣引發光化學反應，其中部分O2分子在紫外光的輻照下發生裂解反應生成自由態的氧原子0，O再與O2分子結合生成O3分子，經過臭氧發生裝置後潔淨空氣中O3的體積濃度能夠達到IOOOppmv以上。經過臭氧發生裝置後的潔淨空氣一方面在β放射離子源中反應生成的負試劑離子02_(H2O)n,另一方面由於O3分子具有比O2更高的電負性，CV(H2O)1^ O3反應最終轉化成新的負試劑離子03_(Η20)η。待測化合物的電離主要通過兩種途徑進行:1、CV(H2O)n與待測物發生電子轉移反應；2、03_(Η20)η與待測物發生0_轉移反應。將上面所述的電離源與常規的離子遷移譜聯用，作為離子遷移譜的電離源，用於滷素化合物和硫化物的檢測，其結構如圖2所示。此儀器主要包括以下幾個部分:紫外光源1、支撐架2、離子推斥電極3、β放射離子源4、離子引出電極5、潔淨空氣入口 9、樣品載氣入口 10、漂氣入口 11、尾氣出口 12、離子遷移管15以及信號接收和檢出系統16。其中6為導電金屬環、7為離子門、 8為絕緣環、13為離子遷移管的反應區、14為離子遷移管的遷移區。樣品檢測的過程為:潔淨空氣在臭氧改性β放射離子源中經過一系列的反應生成的試劑離子被離子引出電極5引出，進入反應區13，與樣品載氣載帶進入反應區的待測樣品發生反應，得到的樣品離子通過脈衝開啟的離子門7進入遷移區14，在遷移區14中根據其遷移率的不同得到分離，最後被信號接收與檢測系統16接收與檢測。圖3-5給出了一些實驗譜圖對本發明給與說明。這些譜圖的實驗條件均為:遷移管長度為8.8cm,遷移電場強度為242.5V/cm,離子門開門時間為0.2ms,周期為100ms,漂氣和樣品載氣均為經矽膠、活性炭和分子篩處理的潔淨空氣，其中水汽含量低於lOppmv。漂氣流速500sccm,潔淨空氣流速200sccm,樣品載氣流速50sccm。實驗時遷移管的溫度為30.5。。。實施例1圖3給出了臭氧改性63Ni源(a)和63Ni源(b)得到的負試劑離子的遷移譜圖。從圖中可以看出，兩個電離源得到試劑離子不同，臭氧改性63Ni源得到的試劑離子峰具有
2.55V/cm^2s^的遷移率，63Ni源得到的試劑離子具有2.38V/cm^2s^的遷移率。臭氧改性63Ni源得到的試劑離子為是CV(H2O)n，而63Ni源得到的試劑離子則為是02_(H20)n。這說明臭氧改性63Ni源具有自己獨特的負試劑離子。
實施例2圖4給出的是臭氧改性63Ni源(a)和63Ni源(b)在檢測CCl4時得到的遷移譜圖。從圖中可以看出，CCl4在這兩種電離源均可以形成遷移率為2.egv/cm^s-1的產物離子峰，該離子是由試劑離子與CCl4通過電子轉移反應生成。實施例3圖5給出的是臭氧改性63Ni源(a)和63Ni源(b)在檢測SO2時得到的遷移譜圖。從圖中可以看出，在使用臭氧改性63Ni源時，可以觀察到SO2形成的遷移率為2.287/^8-1的產物離子峰，而使用63Ni源未能觀察到對應於SO2的產物離子。這一結果展示了臭氧改性63Ni源的試劑離子的 在擴大可檢測化合物範圍方面的優勢。
權利要求
1.一種臭氧改性β放射離子源，包括帶有進氣口和出氣口的β放射離子源，特徵在於: 在常壓下，於β放射離子源的進氣口通入帶有臭氧的空氣； 或，在常壓下，空氣先經過臭氧發生器處理後再由β放射離子源的進氣口進入到β放射離子源中。
2.按照權利要求1所述臭氧改性β放射離子源，其特徵在於:所述空氣為經過除塵處理的空氣；所述臭氧發生裝置由紫外光光源以及支撐體構成，其中紫外光光源為能夠產生波長包括102nm-191nm紫外光的任意光源，支撐架為非金屬材料；所述β放射離子源為235Anu3H或者63Ni的能夠產生β放射的離子化源。
3.按照權利要求1所述臭氧改性β放射離子源，其特徵在於: 空氣中O3的體積濃度能夠達到50-2000ppmv。
4.按照權利要求1所述臭氧改性β放射離子源，其特徵在於: 臭氧發生器包括二端開口的筒體，筒體的側壁上設有紫外光光源，紫外光光源的出光方向面向筒體內，筒體的一個埠為空氣進口，另一個埠為空氣出口，空氣出口處設置有β放射離子源，β放射離子源為筒狀，臭氧發生器的筒體與β放射離子源同軸設置，於β放射離子源軸向的二端分別設置有離子推斥電極和離子引出電極，離子推斥電極靠近於臭氧發生器一側。
5.按照權利要求2所述臭氧改性β放射離子源，其特徵在於: 潔淨空氣進入到臭氧發生裝置中，其中部分O2分子在紫外光的輻照下發生裂解反應生成自由態的氧原子0，O再與O2分子結合生成O3分子，經過臭氧發生裝置後潔淨空氣中O3的體積濃度能夠達到lOOOppmv以上；經過臭氧發生裝置後的潔淨空氣在β放射離子源中反應生成負試劑離子02_ (H2O) n，O2- (H2O) η再與O3分子反應最終轉化成負試劑離子03_ (H2O) η，該試劑離子可以引入到質譜或者離子遷移譜儀器的反應區用於對待測樣品進行電離； 當紫外光光源熄滅時，潔淨空氣經過臭氧發生裝置時將不再有O3產生，β放射離子源工作在正常狀態，其中產生的負試劑離子為02_(Η20)η ； 通過控制紫外光光源工作與否，就可以控制β放射離子源在臭氧改性狀態和正常狀態之間進行切換。
6.一種權利要求1所述臭氧改性β放射離子源在質譜或離子遷移譜中的應用。
7.根據權利要求6所述的應用，其特徵在於:臭氧改性β放射離子源與離子遷移譜聯用，能夠有效的擴大離子遷移譜可檢測化合物的範圍，有利於其產業化；臭氧改性β放射離子源與離子遷移譜聯用用於檢測待測化合物時，其電離與檢測過程為:臭氧改性β放射離子源中產生的試劑離子CV(H2O)n被引入到反應區，與待測樣品發生電荷轉移反應或者0_轉移反應，使待測樣品得到電離，得到的樣品離子通過脈衝開啟的離子門進入遷移管，在遷移管中根據其遷移率的不同得到分離，最後被信號接收與檢測系統接收與檢測。
全文摘要
本發明涉及分析儀器中的離子源，具體地說是一種經過臭氧改性的β放射離子源，潔淨空氣先經過臭氧發生裝置將其中的一部分O2轉化成臭氧(O3)再進入到β放射離子源中，潔淨空氣在β放射離子源中生成的O2-(H2O)n試劑離子與O3反應生成新的試劑離子O3-(H2O)n。該新生成的試劑離子不僅能夠與電負性的化合物(如爆炸物、滷素化合物等)發生電子轉移反應，還能夠與一些化合物(如SO2、CO2等)發生O-轉移反應，從而增加β放射電離源中化合物電離的通道，有助於擴大其可以檢測化合物的範圍。
文檔編號H01J49/10GK103165390SQ20111042756
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者李海洋, 陳創, 杜永齋, 程沙沙, 周慶華 申請人:中國科學院大連化學物理研究所