一種增強光離子化效率的裝置及方法
2023-05-03 01:52:41
專利名稱：一種增強光離子化效率的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種光離子化領域，尤其涉及一種增強光離子化效率的裝置及方法。
背景技術：
質譜是對分子結構分析最精確的方法之一，通常用來對未知物進行定性分析 和對混合物中已知組分進行定量檢測。離子源是質譜的關鍵技術，最常用的經典是EI源(electron ionization),它採用高能電子束轟擊衝羊品，/人而侵—樣品發 生電離產生電子和分子離子。原理如下M + e->M+ +2eM+繼續受到電子轟擊而引起化學鍵的斷裂或分子重排，瞬間產生多種碎片離 子。EI源的使用及其廣泛，電離效率高，譜庫最完整。然而由於EI源使用的電子 能量很高，譜圖中碎片峰佔較多，分子離子峰強度很弱並且受到其他樣品碎片峰 的幹擾，譜圖複雜，對於混合未知物的解譜非常困難。為了解決這一問題，產生了一系列的軟電離(soft ionization)方法。 CI源(chemica 1 i oni zaUon )。樣品分子在tR受電子轟擊前，淨皮一種反應氣(通 常是曱烷等)稀釋，因此樣品分子與電子的碰撞機率極小，所生面的樣品分子離 子主要由反應氣分子電離產生。CI源的電離能小，產生的質譜峰數目少，能夠提 供很強的分子離子峰，可以方便的確定分子量。但是CI源產生的碎片離子和反應 的溫度、離子源壓力、反應氣等因素有關，沒有標準譜不具有可比性，並且對真 空系統消耗較大。利用質子轉移反應(proton transfer reaction)也可以產生4交完整的分子 離子峰，特別對小分子有機物有突出效果。其缺點是，裝置複雜，真空消耗大。為了彌補這些缺點，發展了光離子化技術。光離子化與EI源很類似，只是電 子束被5 ~ 15eV真空紫外光子所代替，它可以使電離能小於光子能量的樣品分子 得到電離。光離子化的反應機理為光離子化既可以得到分子離子峰，又能得到少數碎片離子峰，對未知物的鑑 定有重要意義。光離子化可以分為大氣壓光離子化(APPI )和真空紫外光離子化(VUV-PI)。但是傳統方法使用的是真空紫外燈(如氖燈)直接照射，光離子流 是不充分的。使用稀有氣體激發的EBEL燈或者紫外雷射器(UV-SPI )可以得到較 高的光強度，解決這樣的問題。但體積較大、成本較高、壽命較短。光學諧振腔是光波在其中來回反射從而提供光能反饋的空腔。它是雷射器的 必要組成部分，通常由兩塊與工作介質軸線垂直的平面或凹球面反射鏡構成。諧 振腔的作用是選擇頻率一定、方向一致的光作最優先的放大，而把其他頻率和方 向的光加以抑制。凡不沿諧振腔軸線運動的光子均很快逸出腔外，與工作介質不 再接觸；沿軸線運動的光子將在腔內繼續前進，並經兩反射鏡的反射不斷往返運 行產生振蕩，運行時不斷與受激粒子相遇而產生受激輻射，沿軸線運行的光子將 不斷增殖，在腔內形成傳播方向一致、頻率和相位相同的強光束，即雷射。為把 雷射引出腔外，可把一面反射鏡做成部分透射的，透射部分成為可利用的雷射， 反射部分留在腔內繼續增殖光子。光學諧振腔已經被使用在增強紅外光學吸收領域。在諧振腔中充入氣體，氣 體分子阻擋了光子的傳播， 一部分被吸收。這一吸收符合朗伯一比爾定律，即光學諧振腔在吸收過程中的作用有1、 提供較長的吸收光程l;2、 反射光子，提供更多作用機會，提高量子效率鑑於此，現提出一種結構筒單，價格低廉並且可以大幅度增強光離子化的效 率的裝置及方法。發明內容本發明要解決的技術問題在於提供一種增強光離子化效率的裝置及方法，將 樣品汽化後引入光學諧振腔，由於光子在諧振腔中反覆震蕩，可以大幅度提高光 子和樣品分子的作用機會，從而提高光離子化的效率。為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案 一種增強光離子化效率的 裝置，該裝置包括光源，用於產生光子；與光源相鄰的光學諧振腔，光源產生的光子進入後產生諧振；施加在光學諧振腔上的電場，用於引出離子，該電場包括推斥電極以及與推 斥電才及相向設置並設有通孔的地電極；所述光學諧振腔、推斥電極以及地電極圍成一個收容腔；進樣口，與光學諧振腔連通用於進入汽化後的樣品分子。作為本發明的優選方式之一，所述進樣口位於光學諧振腔的焦點處並且所述 樣品分子進入方向與光子諧振方向以及離子引出垂直。作為本發明的優選方式之一，所述光學諧振腔由半透反射鏡和全反射鏡相向 設置構成。作為本發明的優選方式之一，在與設有通孔的地電極相鄰的位置設有聚焦 極，所述聚焦極設有與地電極的通孔相通的第二通孔。作為本發明的優選方式之一，在所述聚焦極遠離地電極的一側設有j曼入才及， 所述侵入極設有與聚焦極的第二通孔相通的第三通孔。作為本發明的優選方式之一，所述進樣口為毛細管進樣口 。作為本發明的優選方式之一，所述光源為Kr氣體真空紫外燈。作為本發明的優選方式之一，所述半透反射鏡採用雙面鍍膜的BeF2透鏡。作為本發明的優選方式之一，所述光學諧振腔為半共焦腔、半共心腔、對稱 共焦腔或共心腔。本發明還包括一種增強光離子化的方法，該方法包括以下步驟1〉，光源產生的光子通過反射鏡進入光學諧振腔內反覆震蕩；2〉，汽化後的樣品分子通過進樣口進入光學諧振腔內；3〉，兩個電極共同形成的電場將正離子或負離子從地電極的通孔中引出，其中光子震蕩方向、樣品分子進入方向和離子引出方向互相垂直。本發明增強光離子化效率的方法及裝置。可以大幅度提高光子和樣品分子的 作用機會，從而提高光離子化的效率。光學諧振腔中光子諧振的方向、樣品從進 樣口進入的方向以及電場形成的離子運動方向在三維空間處於正交結構，從而減 少汙染，延長使用壽命。
圖1為本發明增強光離子化效率的裝置結構示意圖；圖2為本發明裝置中諧振腔方向、樣品進入方向和離子引出方向示意圖；圖3為本發明增強光離子化效率的裝置另一結構示意圖。 主要元件符號說明光源11半透反射鏡12全反射鏡13毛細管進樣口14諧振腔方向21、 y才羊品進入方向22、 x離子引出方向23、 z第二半透反射鏡32Kr光源31第二全反射鏡33毛細管進樣口34推斥電極35地電極36聚焦極37浸入極38離子傳輸39具體實施方式
下面結合附圖進一步說明本發明的具體實施步驟。 一種增強光離子化效率的裝置，該裝置包括光源31 (或11)，用於產生光子；光學諧振腔，與光源相鄰，光子進入後產生諧振，光學諧振腔由半透反射鏡 32 (或12)和全反射鏡33 (或13)相向設置形成；電場，施加於光學諧振腔上，用於引出離子，包括推斥電極35以及與推斥7電極35相向設置並且設有通孔的地電極36;該通孔位於地電極的中部。 所述半透反射鏡32、全反射鏡33、推斥電極35以及地電才及36圍成一個收 容腔；進樣口 34(或14)，與光學諧振腔連通用於進入汽化後的樣品分子；進樣口 34 (或14)位於光學諧振腔的焦點處並且所述樣品分子進入方向與光子諧 振方向以及離子引出垂直。所述樣品分子進入方向22 (或x方向)；諧振腔內的光子諧振方向21 (或y 方向)；以及離子引出方向23 (或z方向)垂直。在與設有通孔的地電極36相鄰的位置設有聚焦極37,所述聚焦極37設有 與地電極36的通孔相通的第二通孔。在所述聚焦極37遠離地電極的一側設有侵入極38,所述侵入極38設有與 聚焦極37的第二通孔相通的第三通孔。使用時，光源31產生的光子通過反射鏡32 (全反射鏡也可以)進入光學諧振 腔內反覆震蕩；汽化後的樣品分子通過毛細管進樣口34進入光學諧振腔內；兩個 電極共同形成的電場將正離子或負離子從地電極36的通孔中引出，其中光子震蕩 方向、樣品分子進入方向和離子引出方向互相垂直。該正交結構可以減少汙染， 延長使用壽命。諧振腔方向、樣品束方向以及離子束方向在三維空間處於正交結 構，如圖2所示，可以減少1、 樣品對反射鏡的汙染；2、 樣品對質譜4義的汙染3、 光子對質譜儀的幹擾從而提高無人值守狀況下的可靠性，延長平均無故障時間(MTBF)。與CI源類似，諧振腔內的真空度可以10— 10Pa之間，較高的氣壓可以減 少碎片離子的產生。從地電極36的通孔中引出的正離子或負離子依次經過聚焦極37上設有的第 二通孔、侵入極38設有的第三通孔後進入離子傳輸^^徑39中。按組成諧振腔的兩塊反射鏡的形狀及它們的相對位置，可將光學諧振腔分為平行平面腔，平凹腔，對稱凹面腔，凸面腔等。平凹腔中如杲凹面鏡的焦點正好 落在平面鏡上，則稱為半共焦腔；如果凹面鏡的球心落在平面鏡上，便構成半共 心腔。對稱凹面腔中兩塊反射球面鏡的曲率半徑相同。如果反射鏡焦點都位於腔 的中點，便稱為對稱共焦腔。如果兩球面鏡的球心在腔的中心，稱為共心腔。氣 態樣品分子在焦點處進入諧振腔可以得到較好的光離子化效果，如圖l所示。
如圖3所示另一具體實施例，光源31採用Kr氣體真空紫外燈；進入透鏡32採用 雙面鍍膜的BeF2透鏡，鍍膜的厚度能夠讓紫外光進入諧振腔但不能逃出；反射透 鏡33採用的是對紫外光全反射的鍍膜透鏡，它與32共同組成光學諧振腔；不鏽鋼 進樣口34垂直於紙面，將氣體導入諧振腔；35、 36電極共同形成電場，當35施加 正電壓時將引出正離子，反之引出負離子，離子從36上的小孔引出；37、 38電極 是聚焦離子的需要，可以4艮據實際需要增減；最終離子束進入離子傳輸39,並由 其傳入質譜的質量分析器。
本發明將樣品汽化後引入光學諧振腔，由於光子在諧振腔中反覆震蕩，可以 大幅度提高光子和樣品分子的作用機會，從而提高光離子化的效率。
上述實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案。任何不脫離本發明精神 和範圍的技術方案均應涵蓋在本發明的專利申請範圍當中。
權利要求
1.一種增強光離子化效率的裝置，其特徵在於該裝置包括光源，用於產生光子；與光源相鄰的光學諧振腔，光源產生的光子進入後產生諧振；施加在光學諧振腔上的電場，用於引出離子，該電場包括推斥電極以及與推斥電極相向設置並設有通孔的地電極；所述光學諧振腔、推斥電極以及地電極圍成一個收容腔；進樣口，與光學諧振腔連通用於進入汽化後的樣品分子。
2. 如權利要求1所述的一種增強光離子化效率的裝置，其特徵在於所述 進樣口位於光學諧振腔的焦點處並且所述樣品分子進入方向與光子諧振方 向以及離子引出垂直。
3. 如權利要求1所述的一種增強光離子化效率的裝置，其特徵在於所述 光學諧振腔由半透反射鏡和全反射鏡相向設置構成。
4. 如權利要求1所述的一種增強光離子化效率的裝置，其特徵在於在與設 有通孔的地電極相鄰的位置設有聚焦極，所述聚焦極設有與地電極的通孔相 通的第二通孔。
5. 如權利要求4所述的一種增強光離子化效率的裝置，其特徵在於在所述 聚焦極遠離地電極的 一側設有侵入極，所述侵入極設有與聚焦極的第二通孔 相通的第三通孔。
6. 如權利要求1所述的一種增強光離子化效率的裝置，其特徵在於所述進 樣口為毛細管進樣口。
7. 如權利要求1所述的一種增強光離子化效率的裝置，其特徵在於所述光 源為Kr氣體真空紫外燈。
8. 如權利要求1所述的一種增強光離子化效率的裝置，其特徵在於所述半 透反射鏡採用雙面鍍膜的BeFz透鏡。
9. 如權利要求1所述的一種增強光離子化效率的裝置，其特徵在於所述光 學諧振腔為半共焦腔、半共心腔、對稱共焦腔或共心腔。
10. —種利用權利要求1至9任意一項所述的裝置增強光離子化效率的方法， 其特徵在於該方法包括以下步驟1〉，光源產生的光子通過反射鏡進入光學諧振腔內反覆震蕩；2〉，汽化後的樣品分子通過進樣口進入光學諧振腔內；3〉，兩個電極共同形成的電場將正離子或負離子從地電極的通孔中引出，其 中光子震蕩方向、樣品分子進入方向和離子引出方向互相垂直。
全文摘要
本發明涉及增強光離子化效率的方法及裝置，該裝置包括產生光子的光源、光子在其中運動的光學諧振腔，施加在光學諧振腔上的電場以及與光學諧振腔連通的進樣口，由於光子在諧振腔中反覆震蕩，可以大幅度提高光子和樣品分子的作用機會，從而提高光離子化的效率。光學諧振腔中光子諧振的方向、樣品從進樣口進入的方向以及電場形成的離子運動方向在三維空間處於正交結構，從而減少汙染，延長使用壽命。
文檔編號G01N27/64GK101592628SQ200910054219
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者徐國賓, 潘鑫淵, 磊 聶 申請人:上海華質生物技術有限公司