一種脈沖加壓的離子富集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及質(zhì)譜分析技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種脈沖電壓的離子富集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]1886年，E.Goldstein在低壓放電實(shí)驗(yàn)中觀察到正電荷粒子，隨后W.Wein發(fā)現(xiàn)正電荷粒子束在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這些觀察結(jié)果為質(zhì)譜的誕生提供了準(zhǔn)備。世界上第一臺(tái)質(zhì)譜儀于1912年由英國物理學(xué)家Jos印h John Thomson(1906年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、英國劍橋大學(xué)教授)研制成功；到20世紀(jì)20年代，質(zhì)譜逐漸成為一種分析手段，被化學(xué)家采用；1948年Cameron和Eggers制成了第一臺(tái)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，這類質(zhì)譜儀器不僅在儀器設(shè)計(jì)上獲得了進(jìn)步，同時(shí)廣泛獲得應(yīng)用，尤其在與毛細(xì)管氣相色譜的聯(lián)用方面發(fā)揮了重要的作用。1955年Wiley和Mclanren提出了雙場(chǎng)加速聚焦理論，并通過雙場(chǎng)加速聚焦使直線式飛行時(shí)間質(zhì)譜的分辨率超過了 100，并且給出了相應(yīng)的理論推導(dǎo)。1999年Chen等將垂直離子引入與反射式飛行時(shí)間質(zhì)譜相結(jié)合獲得了分辨率達(dá)到10000的質(zhì)譜，儀器長(zhǎng)度為1.3m。傳統(tǒng)的飛行時(shí)間質(zhì)譜是通過脈沖進(jìn)樣完成，沒有進(jìn)入質(zhì)譜的離子占很大一部分。
[0003]垂直加速飛行時(shí)間質(zhì)譜極大地提高了儀器的分辨率，但垂直加速飛行時(shí)間質(zhì)譜的離子利用效率并不高，通常只有5%左右，影響了儀器的檢測(cè)靈敏度。只有一小部分離子經(jīng)過脈沖電壓推斥到質(zhì)量分析器中，大部分離子沒有進(jìn)入質(zhì)量分析器。
[0004]為了提高垂直加速飛行時(shí)間質(zhì)譜的離子利用效率和檢測(cè)靈敏度，本實(shí)用新型在脈沖電極上施加了脈沖電壓。當(dāng)脈沖電極施加低電壓脈沖時(shí)，電離區(qū)產(chǎn)生的離子在電離區(qū)中振蕩并富集；當(dāng)脈沖電極施加高電壓脈沖時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，富集的離子向下運(yùn)動(dòng)，并最終進(jìn)入質(zhì)量分析器。脈沖電壓的施加提高了離子的利用效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種脈沖加壓的離子富集裝置，以提高垂直加速飛行時(shí)間質(zhì)譜的離子利用效率和檢測(cè)靈敏度。
[0006]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0007]1.一種脈沖加壓的離子富集裝置由電離區(qū)、離子傳輸區(qū)、推斥區(qū)和質(zhì)量分析器四個(gè)區(qū)域組成。
[0008]I)離子富集分離裝置各部件的結(jié)構(gòu):
[0009]1.1)所述電離區(qū)內(nèi)，從上至下依次設(shè)有光源入射孔、脈沖電極、聚焦電極和skimmer電極；所述光源入射孔設(shè)在電離區(qū)脈沖電極正上方壁或側(cè)壁上；所述的脈沖電極是由圓孔金屬片構(gòu)成，中心孔從頂端至底端逐漸增大，其功能是產(chǎn)生脈沖電壓；所述的聚焦電極，由圓環(huán)金屬電極構(gòu)成，其功能是將電離區(qū)產(chǎn)生的離子聚焦；所述的skimmer電極，為中空的柱狀或臺(tái)狀圓柱電極，中心孔從頂端到底端逐漸增大，其功能是將聚焦后的離子整形形成離子流，使其進(jìn)入離子傳輸區(qū)。
[0010]在電離區(qū)周圍設(shè)置有毛細(xì)管，樣品氣體通過毛細(xì)管進(jìn)入到電離區(qū)；使用的毛細(xì)管為表面經(jīng)過硅烷化處理的熔融石英毛細(xì)管，內(nèi)徑50 μ m，長(zhǎng)度50cm。
[0011]1.2)所述離子傳輸區(qū)內(nèi)設(shè)有傳輸電極組，它是由一組2?10個(gè)帶孔的電極片構(gòu)成，電極片之間以絕緣片間隔，用于離子流的傳輸。
[0012]1.3)所述推斥區(qū)，內(nèi)設(shè)有推斥電極和引出電極，上部設(shè)有狹縫。所述狹縫是一矩形孔，用于離子流的整形。所述的推斥電極，是一金屬平板電極，其功能是產(chǎn)生推斥電壓。所述的引出電極，是孔狀金屬電極，用于推斥區(qū)離子流的引出，使其進(jìn)入質(zhì)量分析器。
[0013]1.4)所述質(zhì)量分析器是一種將不同質(zhì)荷比的離子進(jìn)行分離的裝置。
[0014]2)離子富集分離裝置各部件的空間位置關(guān)系:
[0015]所述的脈沖電極，聚焦電極，skimmer電極、傳輸電極組和狹縫處于同軸設(shè)置。所述的推斥電極和引出電極處于同軸設(shè)置；所述的傳輸電極組軸向方向與推斥電極的軸向方向相垂直。
[0016]3)離子富集分離裝置各區(qū)域之間的連接關(guān)系:
[0017]電離區(qū)與離子傳輸區(qū)通過電離區(qū)的skimmer電極的中心孔連接、離子傳輸區(qū)與推斥區(qū)通過離子傳輸區(qū)的狹縫連接、推斥區(qū)與質(zhì)量分析器通過推斥區(qū)的引出電極連接；
[0018]2.一種脈沖加壓的離子富集裝置，應(yīng)用在脈沖電極上施加脈沖電壓的方法，在脈沖電極上施加脈沖電壓，低電平時(shí)，離子在脈沖電極和ski_er電極之間的區(qū)域富集；高電平時(shí)，富集的離子在電場(chǎng)的作用下向下運(yùn)動(dòng)，最終到達(dá)離子質(zhì)量分析器。通過控制電離區(qū)和推斥電極上的脈沖電壓的延遲時(shí)間，可以提高離子進(jìn)入質(zhì)量分析器的效率。該裝置提高了垂直加速飛行時(shí)間質(zhì)譜的離子利用效率。
[0019]具體過程如下:
[0020]I)光通過光源入射孔進(jìn)入電離區(qū)，樣品氣體通過毛細(xì)管到達(dá)電離區(qū)，光在電離區(qū)與樣品氣體相互作用，使樣品氣體分子發(fā)生電離，產(chǎn)生離子。
[0021]2)當(dāng)脈沖電極上施加脈沖低電平時(shí)，脈沖電極和skimmer電極上的電壓高于聚焦電極上的電壓，電離產(chǎn)生的離子由于電場(chǎng)的作用在電離區(qū)發(fā)生振蕩，并在電離區(qū)中富集。
[0022]3)當(dāng)脈沖電極上施加脈沖高電平時(shí)，在電場(chǎng)的作用下電離區(qū)中的離子向下依次經(jīng)過ski_er電極、傳輸電極組和狹縫后到達(dá)推斥區(qū)，此時(shí)推斥電極施加脈沖高電平將離子推入到質(zhì)量分析器中進(jìn)行分離。
[0023]上述的脈沖電上施加有一脈沖電壓，聚焦電極和skimmer電極上施加有直流電壓，脈沖電極的低電平與skimmer電極的電壓相等，聚焦電極的電壓低于skimmer電極的電壓。
[0024]上述的脈沖電極上施加脈沖電壓，推斥電極上同時(shí)也施加一脈沖電壓，兩者頻率相同，但具有一定的延遲時(shí)間，延遲時(shí)間為離子從電離區(qū)運(yùn)動(dòng)到推斥區(qū)的時(shí)間。
【附圖說明】
[0025]圖1是本實(shí)用新型脈沖加壓的離子富集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖中，脈沖電極1、聚焦電極2、skimmer電極3、傳輸電極組4、狹縫5、推斥電極6、引出電極7、和離子質(zhì)量分析器8構(gòu)成，分為電離區(qū)9、離子傳輸區(qū)10、推斥區(qū)11、光源入射P 12、毛細(xì)管13。
[0027]圖2是本實(shí)用新型離子富集過程模擬圖。
[0028]圖3是本實(shí)用新型所使用脈沖電壓波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0030]1.本實(shí)用新型離子富集分離裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，脈沖加壓的離子富集裝置由電離區(qū)9、離子傳輸區(qū)10、推斥區(qū)11和質(zhì)量分析器8四個(gè)區(qū)域組成。
[0031]I)離子富集分離裝置各部件的結(jié)構(gòu):
[0032]1.1)所述電離區(qū)9內(nèi)，從上至下依次設(shè)有光源入射孔12、脈沖電極1、聚焦電極2和skimmer電極3 ;所述光源入射孔12設(shè)在電離區(qū)脈沖電極I正上方壁或側(cè)壁上；所述的脈沖電極I是由圓孔金屬片構(gòu)成，中心孔從頂端至底端逐漸增大，其功能是產(chǎn)生脈沖電壓；所述的聚焦電極2，由圓環(huán)金屬電極構(gòu)成，其功能是將電離區(qū)產(chǎn)生的離子聚焦；所述的skimmer電極3，為中空的柱狀或臺(tái)狀圓柱電極，中心孔從頂端到底端逐漸增大，其功能是將聚焦后的離子整形形成離子流，使其進(jìn)入離子傳輸區(qū)。
[0033]在電離區(qū)9周圍設(shè)置有毛細(xì)管13，樣品氣體通過毛細(xì)管13進(jìn)入到電離區(qū)9 ;使用的毛細(xì)管13為表面經(jīng)過硅烷化處理的熔融石英毛細(xì)管，內(nèi)徑50 μ m，長(zhǎng)度50cm。