專利名稱：一種低溫等離子體直接離子化樣品的方法及其離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫等離子體直接離子化樣品的方法及其離子源。
背景技術(shù)：
質(zhì)譜技術(shù)是目前已知的最靈敏且應(yīng)用范圍最廣的分析方法之一 ，該方法所使用 的質(zhì)譜儀器包含離子源和質(zhì)量分析器兩個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元，其中，離子源是樣品離子
化技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵問(wèn)題。目前，已經(jīng)有多種離子源，如電子轟擊離子源(EI)、化 學(xué)電離源(CI)、場(chǎng)致電離/場(chǎng)解吸電離源(FI/FD)、快原子轟擊源(FAB)、電 噴霧電離源(ESI)、激光解析源(LD)、大氣壓化學(xué)電離源(APCI)等，這些離 子源在測(cè)定前，樣品需要經(jīng)過(guò)繁瑣的預(yù)處理過(guò)程，樣品不能直接快速解吸附離子化， 也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)組分的連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、高通量分析或成像分析。最近，解吸附 電噴霧離子化(DESI)、實(shí)時(shí)直接分析(DART)離子化和等離子體離子化技術(shù)(如 針-板結(jié)構(gòu)的介質(zhì)阻擋放電離子源DBDI、輝光放電離子源GD)的出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)不 做任何處理，在各種樣品表面實(shí)現(xiàn)常壓下直接快速分析提供了可能性。但是，DESI 離子源需要高壓電源構(gòu)建高壓靜電場(chǎng)，使電噴霧毛細(xì)管前端容易發(fā)生電暈，高壓也 限制了將離子源發(fā)展為手持并且直接對(duì)人體皮膚表面作無(wú)損快速分析的可能性；所 使用的離子化溶劑和高流速的氣體，不僅成本高而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染。 DART雖然省去了溶劑，但還是需要高壓電和高流速的離子化氣體，并且還需要?dú)?體加熱裝置，因而該離子化設(shè)備也不是最簡(jiǎn)便的，不宜實(shí)現(xiàn)儀器的小型化，仍需要 進(jìn)一步研究。
發(fā)展多年的等離子體技術(shù)被廣泛應(yīng)用于臭氧發(fā)生、環(huán)境保護(hù)、紡織品表面處理 等諸多領(lǐng)域，近年開(kāi)始應(yīng)用于樣品離子化領(lǐng)域，如輝光放電(glow discharge, GD)， 介質(zhì)阻擋放電(dielectric barrier discharge, DBD)。輝光放電離子源裝置簡(jiǎn)便，操 作費(fèi)用較低，但它需要一定的真空度，因而真空設(shè)備是必須的，這就導(dǎo)致了儀器設(shè) 計(jì)的復(fù)雜，也增加了操作費(fèi)用；并且，輝光放電的電極要與樣品直接接觸，會(huì)使電 極受到污染，減少電極的使用壽命。以前研制的棒狀式電極-平板式電極組成的介質(zhì) 阻擋放電離子源裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，氣體流速低，污染少且成本低，大氣壓下即可完成 固體樣品的直接解吸附與離子化，但其兩電極分別在介質(zhì)兩側(cè)，樣品的形狀、大小、厚度受電極與介質(zhì)間空間大小限制；另外，其兩極間介質(zhì)既是絕緣的阻擋介質(zhì)，又
是載物臺(tái)，因此不能使用金屬做樣品載體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低溫等離子體直接離子化樣品的方法及其離子源。 本發(fā)明所提供的等離子體離子源，包括絕緣介質(zhì)管l、內(nèi)電極2、外電極3以 及工作氣進(jìn)口 5和等離子體炬焰出口 4，所述絕緣介質(zhì)管1為兩端設(shè)有向內(nèi)收縮開(kāi) 口的空心管，內(nèi)電極2為棒狀電極或空心管狀電極，外電極3為管狀電極；所述絕 緣介質(zhì)管l的兩端向內(nèi)收縮開(kāi)口，其中的一個(gè)開(kāi)口為等離子體炬焰出口 4;所述內(nèi) 電極2通過(guò)所述絕緣介質(zhì)管1的另一個(gè)開(kāi)口套設(shè)于所述絕緣介質(zhì)管1，所述內(nèi)電極 2的一端伸出絕緣介質(zhì)管1，另一端位于絕緣介質(zhì)管1內(nèi)，所述外電極3包覆于所 述絕緣介質(zhì)管1外。
所述等離子體源還包括供電裝置6，所述供電裝置6為高壓交流電源，所述內(nèi) 電極2和外電極3與供電裝置6電連接。
當(dāng)然，本發(fā)明所提供的等離子體離子源，也可只由絕緣介質(zhì)管l、內(nèi)電極2、 外電極3、供電裝置6以及工作氣進(jìn)口 5和等離子體炬焰出口 4組成。
所述工作氣進(jìn)口 5可設(shè)于所述絕緣介質(zhì)管1的管壁上，且位于所述外電極3的 上方；此時(shí)，所述內(nèi)電極2與所述絕緣介質(zhì)管1的套接處密封。
所述工作氣進(jìn)口 5也可設(shè)于所述內(nèi)電極2與所述絕緣介質(zhì)管1的套接處。
工作氣直接從絕緣介質(zhì)管的管壁上的進(jìn)氣口或是內(nèi)電極與絕緣介質(zhì)管的套接 處進(jìn)入。
所述絕緣介質(zhì)管中作為等離子體炬焰出口 4的一端向內(nèi)收縮開(kāi)口，所述收縮開(kāi) 口的收縮角可為90。 -150° 。
所述絕緣介質(zhì)管為直型空心管，長(zhǎng)度可調(diào)， 一般不應(yīng)小于20mm，具體可為 20-IOO腿，材質(zhì)為玻璃、石英或陶瓷，為了保證放電電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大，絕緣介質(zhì)管 的內(nèi)徑小于等于8mm;所述等離子體炬焰出口的直徑可為l-3mm;所述外電極的長(zhǎng) 度可調(diào)， 一般不應(yīng)小于10mm，具體可為10-90mm。
所述內(nèi)電極和外電極與等離子體炬焰出口的距離可以不同， 一般應(yīng)小于5mm， 具體可為3-5mm;當(dāng)離子源有外加罩或工作氣流速超過(guò)400mL/min時(shí)，該距離可適
當(dāng)增加。
所述供電裝置6的電壓為220-IOOOOOV，頻率為O. 50-500kHz，功率為1-60W。
5所述內(nèi)電極可為棒狀電極或空心管狀電極；當(dāng)內(nèi)電極呈空心管狀時(shí)，具有空心， 空心內(nèi)可以通工作氣體，也可以通其他流動(dòng)的功能氣體。
等離子體分布在電介質(zhì)與內(nèi)電極2之間，并與外電極3相對(duì)應(yīng)的空間內(nèi)，流動(dòng) 的工作氣進(jìn)入絕緣介質(zhì)管l后，放電產(chǎn)生等離子體，由介質(zhì)管的開(kāi)口端4噴出后， 形成低溫等離子體炬焰。
本發(fā)明所提供的利用本發(fā)明的等離子體離子源進(jìn)行樣品離子化的方法，是從等 離子體離子源的工作氣進(jìn)口通入載氣，開(kāi)啟供電裝置，然后將設(shè)于載體表面的樣品 移到所述離子源的等離子體炬焰出口 ，使樣品解吸附并離子化。
其中，所述樣品為固體有機(jī)物、液體有機(jī)物或含有有機(jī)物的溶液。
所述載氣為氦氣、氬氣、氮?dú)夂涂諝庵械囊环N或其任意混合；所述載氣的流速 為20-1000mL/min，優(yōu)選為100—400 mL/min。
用離子源進(jìn)行樣品離子化時(shí)，所述離子源的工作氣進(jìn)口與載氣管路連接，該管 路上可設(shè)置有測(cè)量載氣流速的流量計(jì)和控制載氣流量的流量閥。
所述離子源的等離子體炬焰出口對(duì)準(zhǔn)樣品，等離子體炬焰出口與樣品傾斜角度 為70 — 90度；所述離子源的等離子體炬焰出口距離樣品5 15mm。離子源距離質(zhì)譜 錐形進(jìn)樣口距離5 20ram，先通一段時(shí)間工作氣后再通電，預(yù)熱30s后可以開(kāi)始測(cè) 定。
測(cè)定樣品的形狀、大小、厚度不受限。所述載體可為多種固體載體，如絕緣的 紙張、布、皮革、塑料、聚四氟、聚乙烯、玻璃等；也可為金屬的銅、鋁、不銹鋼；
還可為生物樣品如西紅柿、土豆、菠菜、梨等，或?yàn)橐恍┤芤簶悠贰?br> 本發(fā)明離子源具有以下特點(diǎn)(1)兩電極分別在介質(zhì)管的內(nèi)外，且分布在待
測(cè)樣品的一側(cè)，克服了平板型電極大氣壓介質(zhì)阻擋放電等離子體源在應(yīng)用范圍所存 在的局限性，使產(chǎn)生的等離子體向空間延伸、開(kāi)放，噴射出來(lái)的非熱力學(xué)平衡的等
離子體炬焰可以掃各種形狀、大小、厚度的樣品表面；(2)離子源不與樣品接觸， 避免了樣品對(duì)電極和介質(zhì)管的污染；(3)兩電極分別距離等離子體炬焰出口處 3-5mm，電極不在放電焰炬范圍內(nèi)，因此可以測(cè)試包括金屬材質(zhì)在內(nèi)的各種載體(如 塑料、紡織品、紙張、玻璃、生物制品等)表面的樣品，甚至是直接在大氣壓條件 下解吸附液體表面樣品；(4)該離子源所使用的電源雖是高壓，卻是低功率電源， 不會(huì)損傷人體，而且離子化效率不受影響。應(yīng)用本發(fā)明離子源進(jìn)行樣品離子化時(shí)， 由于采用直接在固體(或液體)表面解吸附離子化的方式，使得離子化過(guò)程更加簡(jiǎn)單，不需要DART的載氣加熱裝置，還克服了DESI對(duì)高電壓和溶劑的依賴，就可 以使離子化的樣品在質(zhì)譜進(jìn)樣口內(nèi)真空負(fù)壓和載氣沖擊的共同作用下直接進(jìn)入質(zhì) 譜儀進(jìn)行檢測(cè)。這些特點(diǎn)進(jìn)一步拓寬了等離子技術(shù)的應(yīng)用范圍，提高了離子化效率， 為將該離子源發(fā)展成為具有體積小，能耗低，操作方便，安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的便攜式 表面快速分析質(zhì)譜儀提供了可能性。


圖1為本發(fā)明所提供的離子源結(jié)構(gòu)示意圖2為實(shí)施例1中2,4,6-三硝基甲苯、黑索金和鈍化太安三種爆炸物混合樣品 的質(zhì)譜圖3為實(shí)施例2中三種爆炸物TNT、 RDX和PETN質(zhì)譜圖及結(jié)構(gòu)式； 圖4為實(shí)施例3中四種氨基酸混合物樣品的質(zhì)譜圖5為實(shí)施例4中正離子模式下的L-苯丙氨酸總離子流色譜圖和監(jiān)測(cè)離子. (m/zl66,m/z 120)質(zhì)譜圖6為實(shí)施例5西紅柿表面上L-苯丙氨酸的質(zhì)譜圖; 圖7為實(shí)施例5皮革表面上PETN的質(zhì)譜圖； 圖8為實(shí)施例6應(yīng)用四種不同放電氣體的RDX的質(zhì)譜圖； 圖9為實(shí)施例6不同氣體流速對(duì)RDX (m/z284)質(zhì)譜信號(hào)的影響圖； 圖10為實(shí)施例7不同功率電源的RDX (m/z284)質(zhì)譜圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種管-線型低溫等離子體發(fā)生裝置，該裝置能形成含有亞穩(wěn)態(tài)離 子的低溫等離子體，在大氣壓條件下，樣品不經(jīng)預(yù)處理過(guò)程被直接解吸附并離子化， 進(jìn)入質(zhì)譜進(jìn)行測(cè)定的分析方法及其質(zhì)譜離子源。
如圖l所示，本發(fā)明離子源的絕緣介質(zhì)管1為兩端設(shè)有向內(nèi)收縮開(kāi)口的直型空 心管，內(nèi)電極2為棒狀金屬，外電極3為金屬箔緊貼在絕緣介質(zhì)管1外而成的管狀 電極，高壓交流電源6為供電裝置。工作氣體從絕緣介質(zhì)管側(cè)壁上開(kāi)設(shè)的進(jìn)氣口5 進(jìn)入，介質(zhì)管內(nèi)箭頭所示為工作氣以及等離子體流動(dòng)方向。
在進(jìn)行樣品測(cè)試時(shí)，樣品設(shè)于玻璃載片上或其他材質(zhì)載體上，從進(jìn)氣口5通入 載氣，所用的載氣可以為氦氣、氬氣、空氣、氮?dú)獾葰怏w或其混合氣體，可以通過(guò) 載氣管路輸入，在該管路上設(shè)置有測(cè)量載氣流速的流量計(jì)和控制載氣流量的流量 閥；載氣流速為20-1000 mL/min。開(kāi)啟供電裝置6，在介質(zhì)管1中就發(fā)生了均勻的
7放電，產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)的等離子體，穩(wěn)定一段時(shí)間后，將樣品區(qū)移到離子源出氣口4處， 距離離子源5-15mm，被解吸附離子化后的樣品，由于載氣的吹掃和質(zhì)譜儀內(nèi)部的 高真空而產(chǎn)生的負(fù)壓的共同作用而進(jìn)入質(zhì)譜儀錐形進(jìn)樣口，進(jìn)行下一步的質(zhì)譜分 析。此外，為了操作方便也可以將質(zhì)譜儀的進(jìn)樣口用一段管路延長(zhǎng)出來(lái)，在操作時(shí) 候?qū)悠伏c(diǎn)與管路遠(yuǎn)離質(zhì)譜儀一端的距離為10-50 mm即可，其他操作類似。
以下實(shí)施例是通過(guò)商業(yè)用的離子阱質(zhì)譜計(jì)(LTQ-MS; ThermoFinnigan, San Jose, CA,USA)進(jìn)行采集分析的。
實(shí)施例l、對(duì)三種爆炸物混合樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析
選取三種爆炸物混合樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析，這三種爆炸物分別為2,4,6-三硝基甲 苯(TNT),黑索金(RDX),鈍化太安(PETN)。
所用離子源的結(jié)構(gòu)如圖1所示，具體如下具有絕緣介質(zhì)管、內(nèi)電極、外電極、 供電裝置、以及工作氣進(jìn)口和等離子體炬焰出口，其中絕緣介質(zhì)管為兩端設(shè)有向內(nèi) 收縮開(kāi)口的直型空心管，供電裝置為高壓交流電源，內(nèi)電極為棒狀電極，外電極為 管狀電極；所述絕緣介質(zhì)管的一端開(kāi)口為等離子體炬焰出口；所述內(nèi)電極通過(guò)所述 絕緣介質(zhì)管的另一端開(kāi)口套設(shè)于所述絕緣介質(zhì)管中，所述內(nèi)電極的一端伸出絕緣介 質(zhì)管，另一端位于管內(nèi)；所述外電極包覆于所述絕緣介質(zhì)管外；所述內(nèi)電極和外電 極與供電裝置電連接；所述工作氣進(jìn)口設(shè)于絕緣介質(zhì)管的管壁上，且位于所述外電 極的上方；所述內(nèi)電極與所述絕緣介質(zhì)管的套接處用絕緣堵頭密封。
絕緣介質(zhì)管中作為等離子體炬焰出口的一端向內(nèi)收縮開(kāi)口，所述收縮開(kāi)口的收 縮角為150度。所述絕緣介質(zhì)管由玻璃構(gòu)成，其內(nèi)徑為3mm，長(zhǎng)度為60mm;所述等 離子體炬焰出口的直徑為lram;所述內(nèi)電極的長(zhǎng)度為70min，與等離子體炬焰出口的 距離為3mm;所述外電極的長(zhǎng)度為40mm，與等離子體炬焰出口的距離為4腿。
將三種爆炸物用溶劑(CH3OH/H20=l : 1 (體積比)，加HC1濃度0.050/0 (體 積百分含量))溶解并稀釋，配成每KiL溶液中含50ngPETN，34ngRDX,和50ng TNT混合溶液備用。在玻璃片上點(diǎn)爆炸物混合溶液lpL，室溫25'C下晾干。給離子 源通載氣氬氣，調(diào)節(jié)氣體流速250mL/min，電壓為3. 5 — 4. 5kV，頻率為18 —30kHz， 電源功率2.5W，通電穩(wěn)定lmin后將樣品移到距離離子源10mm，放電產(chǎn)生的低溫 等離子焰即與爆炸物樣品發(fā)生離子化，在負(fù)離子模式下，用質(zhì)譜測(cè)定并記錄信號(hào)， 如圖2所示，三種爆炸物特征信號(hào)TNT (m/zl97)、 RDX (m/z284)、 PETN (m/z378)清 楚明顯，說(shuō)明本發(fā)明離子化方法和離子源能用于鑒定爆炸物的混合物。
8實(shí)施例2、對(duì)爆炸物樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析
選取三種爆炸物樣品分別進(jìn)行質(zhì)譜分析，這三種爆炸物分別為2,4，6-三硝基甲 苯(TNT)，黑索金(RDX),鈍化太安(PETN)。
所用離子源與實(shí)施例1相同。選取三種爆炸物(TNT、 RDX和PETN)分別用 溶劑(CH3OH/H20=l : 1 (體積比))和溶劑(CH3OH/H20=l : 1 (體積比)，力口 HC1濃度0.05%)溶解并稀釋，配成lpL溶液中含50 ng PETN或50 ng RDX或50 ng TNT的單一組份溶液備用。在玻璃片上分別點(diǎn)溶劑和爆炸物樣品溶液各luL，室溫 25'C下涼干。在負(fù)離子模式下，給離子源通載氣氬氣，調(diào)節(jié)氣體流速250mL/min， 電壓為3. 5—4. 5kV，頻率為18 —30kHz,電源功率2. 5W，通電穩(wěn)定lmin后將樣品 移到距離離子源10mm下方，放電產(chǎn)生的等離子體炬焰即與爆炸物樣品發(fā)生離子化， 從而用質(zhì)譜測(cè)定并記錄信號(hào)，溶劑中加有HC1的樣品如圖3所示，三種爆炸物的特 征信號(hào)TNT(m/z197)、 RDX (m/z284)、 PETN(m/z378)，并且質(zhì)譜圖出現(xiàn)加Cl同 位素峰RDX(m/z257, m/z259)、 PETN(m/z351,m/z353)，并且同位素峰強(qiáng)度比例3 : 1 符合"C1與"C1含量比。未加HC1的溶劑配制的三種爆炸物樣品中RDX、 PETN 特征信號(hào)RDX (m/z284)、 PETO (m/z378)與加HCl的樣品相比無(wú)區(qū)別，只是TNT不 出特征峰(m/zl97)， RDX、 PETN無(wú)同位素峰。
將上述離子源安裝到質(zhì)譜儀中進(jìn)行質(zhì)譜分析時(shí)，可以得到三種爆炸物的特征離 子峰。對(duì)玻璃片上的三種爆炸物的最低檢出限(LOD)及重復(fù)性進(jìn)行測(cè)試，用選擇 離子監(jiān)測(cè)模式(SIM模式)測(cè)得TNT、 RDX、 PETN的最低檢出限分別為500fg、 lpg、 500fg，平均標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為12.21% (n=5)。分析結(jié)果充分證明該質(zhì)譜儀也 可應(yīng)用于分離科學(xué)的鑒定工作，具有較好的準(zhǔn)確性。
實(shí)施例3、對(duì)四種氨基酸混合物樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析
選取四種氨基酸混合物樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析，這四種氨基酸分別為L(zhǎng)-丙氨酸 (MW=89) 、 L-纈氨酸(MW417)、 L-苯丙氨酸(MW-165)、 L-色氨酸(MW二205)。
所用離子源與實(shí)施例1相同。將上述四種氨基酸用二次水溶解配成混合溶液， 分析方法同實(shí)施例l，氣體流速為200mL/min，電壓為3. 5—4. 5kV，頻率為18 — 30kHz，電源功率5W，記錄質(zhì)譜圖如圖4所示，四種氨基酸特征信號(hào)為L(zhǎng)-丙氨酸 (m/z90， m/z72)、 L-纈氨酸(m/z118， m/z72)、 L-苯丙氨酸(m/z166 ， m/zl20)、 L-色 氨酸(m/z205， m/zl88)。圖中可以清楚地分辨出各個(gè)氨基酸的質(zhì)子化的分子離子峰 及碎片峰，說(shuō)明本發(fā)明離子化方法和離子源能用于鑒定氨基酸混合物。實(shí)施例4、對(duì)氨基酸樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析
將本發(fā)明離子源安裝于質(zhì)譜儀，選取了常見(jiàn)的二十種氨基酸樣品用二次水溶 解，稀釋成50ng/uL濃度，氨基酸樣品點(diǎn)在玻璃片上，正離子模式下進(jìn)行測(cè)試，其 中十二種氨基酸(L-脯氨酸、L-色氨酸、L-絲氨酸、L-苯丙氨酸、L-丙氨酸、L-纈 氨酸、L-賴氨酸、L-甲硫氨酸、L-亮氨酸、L-異亮氨酸、L-蘇氨酸、L-天門冬酰胺) 質(zhì)譜圖中分子離子峰信號(hào)強(qiáng)度大，且碎片離子峰少，特征峰易于識(shí)別。對(duì)氨基酸的 碎片離子進(jìn)行監(jiān)測(cè)，圖5所示為離子反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(SRM模式)下對(duì)L-苯丙氨酸 的總離子流色譜圖(圖5A)與監(jiān)測(cè)離子質(zhì)譜圖(圖5B)。定量測(cè)定其最低檢出限 為50pg，該方法經(jīng)過(guò)7次對(duì)等量的L-苯丙氨酸進(jìn)行的測(cè)試，平均標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為 9.09% (n=7)，具有較好的準(zhǔn)確性。
實(shí)施例5、對(duì)氨基酸及爆炸物樣品在不同載體上進(jìn)行質(zhì)譜分析 應(yīng)用該離子源與質(zhì)譜儀聯(lián)用系統(tǒng)，測(cè)試氨基酸或是爆炸物樣品在不同載體上的 質(zhì)譜信號(hào)。在載體紙張、玻璃、塑料、聚四氟、皮革、布、聚乙烯、金屬(銅、 鋁、不銹鋼)、生物制品等各種材料表面均能夠進(jìn)行測(cè)定，對(duì)大量實(shí)際載體(燒杯、 煙灰缸、鉛筆盒、塑料盒、錢包、銅片、鋁箔、西紅柿、土豆、菠菜、梨)進(jìn)行測(cè) 試，質(zhì)譜圖如圖6、圖7所示。該離子源不受樣品形狀、大小、厚度、不同光滑程 度的載體表面限制，質(zhì)譜測(cè)試特征信號(hào)不受載體影響，均能獲得令人滿意測(cè)試結(jié)果。 這一優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步拓寬了本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用范圍，提高了其應(yīng)用效果，具有良好的實(shí) 用價(jià)值。
實(shí)施例6、測(cè)試離子源采用四種不同工作氣體對(duì)樣品質(zhì)譜特征信號(hào)的影響 應(yīng)用實(shí)施例2中的離子源，以爆炸物50ngRDX為例，使用功率2.5W電源， 測(cè)試四種不同工作氣體(氦氣、氬氣、氮?dú)?、空?和氣體流速(50-400mL/min) 對(duì)樣品質(zhì)譜特征信號(hào)的影響，如圖8、圖9所示。圖8顯示四種氣體均出現(xiàn)RDX (m/z284)特征信號(hào)峰，信號(hào)強(qiáng)度強(qiáng)，并且其他離子碎片干擾小，證明四種不同種類 的氣體均能夠作為工作氣用于本離子源。使用氬氣為工作氣，測(cè)定流速對(duì)質(zhì)譜的影 響，圖9顯示氣體流速小于300mL/min范圍內(nèi)，氣體流速越大RDX(m/z284)質(zhì)譜
特征信號(hào)越強(qiáng)，流速超過(guò)300mL/min后，特征信號(hào)強(qiáng)度變?nèi)酢?br> 使用四種不同種類的氣體作為工作氣均能產(chǎn)生穩(wěn)定的質(zhì)譜信號(hào)，而且氣體流速 300mL/min與DESI (> 350 m/s)、 DART(1500-3000 mL/min)相比小，這表明多種氣 體都能夠使該離子源發(fā)揮良好性能，而且以低成本的空氣作為工作氣體，將為發(fā)展野外使用的便攜式質(zhì)譜儀提供可能性。
實(shí)施例7、測(cè)試離子源采用不同功率交流電源對(duì)樣品質(zhì)譜特征信號(hào)的影響
應(yīng)用實(shí)施例l中的離子源，以氬氣為工作氣體，流速250mL/min，爆炸物50ng RDX為例，測(cè)定不同功率(2.5W、 5W、 7W、 18W、 30W)交流電源對(duì)質(zhì)譜特征信 號(hào)的影響，如圖IO所示，圖中A、 B、 C、 D、 E分別表示使用2.5、 5、 7、 18、 30W 不同功率電源的RDX(m/z 284)質(zhì)譜圖。該電源裝置尺寸較小(6 cm x4 cm x 3 cm)， 價(jià)格低廉(每個(gè)30元左右人民幣)。實(shí)驗(yàn)證明2.5W 30W功率的電源對(duì)RDX (m/z 284)的質(zhì)譜信號(hào)強(qiáng)度影響不大，只有18W電源碎片峰較多。但是，隨著電源功率 的提高，離子炬焰溫度會(huì)升高，溫度太高會(huì)損傷樣品或載體。
通過(guò)對(duì)幾種常見(jiàn)爆炸物的分析結(jié)果可以看出，使用本發(fā)明離子源的質(zhì)譜儀同樣 適于大氣壓下的爆炸物的分析。此外，該離子源還可用于其他一些有機(jī)物的分析， 如氨基酸、可卡因、大量農(nóng)藥樣品等。利用本發(fā)明離子源對(duì)多種氨基酸、幾種常見(jiàn) 爆炸物和其他化合物進(jìn)行質(zhì)譜分析的分析結(jié)果表明該離子源對(duì)于這些常見(jiàn)有機(jī)化 合物的分析具有高效的離子化性能和較強(qiáng)的適用性。
1權(quán)利要求
1、一種等離子體離子源，包括絕緣介質(zhì)管(1)、內(nèi)電極(2)、外電極(3)、工作氣進(jìn)口(5)和等離子體炬焰出口(4)，其特征在于所述絕緣介質(zhì)管(1)為兩端設(shè)有向內(nèi)收縮開(kāi)口的空心管，所述內(nèi)電極(2)為棒狀電極或空心管狀電極，所述外電極(3)為管狀電極；所述絕緣介質(zhì)管(1)的兩端向內(nèi)收縮開(kāi)口，其中的一個(gè)開(kāi)口為等離子體炬焰出口(4)；所述內(nèi)電極(2)通過(guò)所述絕緣介質(zhì)管(1)的另一個(gè)開(kāi)口套設(shè)于所述絕緣介質(zhì)管(1)，所述內(nèi)電極(2)的一端伸出絕緣介質(zhì)管(1)，另一端位于絕緣介質(zhì)管(1)內(nèi)；所述外電極(3)包覆于所述絕緣介質(zhì)管(1)外。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體離子源，其特征在于所述等離子體源還 包括供電裝置(6)，所述供電裝置(6)為高壓交流電源，所述內(nèi)電極(2)和外電極(3) 與供電裝置(6)電連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體離子源，其特征在于所述絕緣介質(zhì)管(1) 的管壁上設(shè)有一工作氣進(jìn)口 (5)，且位于所述外電極(3)的上方；所述內(nèi)電極(2) 與所述絕緣介質(zhì)管(1)的套接處密封。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體離子源，其特征在于所述內(nèi)電極(2)與 所述絕緣介質(zhì)管(1)的套接處設(shè)有一工作氣進(jìn)口 (5)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的等離子體離子源，其特征在于所述絕緣 介質(zhì)管中作為等離子體炬焰出口 (4)的向內(nèi)收縮開(kāi)口的收縮角為90 — 150度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的等離子體離子源，其特征在于所述絕緣 介質(zhì)管(1)由玻璃、石英或陶瓷構(gòu)成，所述絕緣介質(zhì)管的長(zhǎng)度為20-100mm，最大 內(nèi)徑小于等于8畫；所述等離子體炬焰出口 (4)的直徑為l一3rnm;所述外電極(3) 的長(zhǎng)度為10-90腿。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的等離子體離子源，其特征在于所述內(nèi)電 極(2)和外電極(3)與等離子體炬焰出口的距離均為3-5腿。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2-7所述的等離子體離子源，其特征在于所述供電裝置(6) 的電壓為220-IOOOOOV，頻率為0. 50-500kHz，功率為1-60W。
9、 一種利用等離子體離子源進(jìn)行樣品離子化的方法，是從等離子體離子源的 工作氣進(jìn)口通入載氣，開(kāi)啟供電裝置，然后將設(shè)于載體表面的樣品移到所述離子源 的等離子體炬焰出口，使樣品解吸附并離子化；其特征在于所述等離子體離子源 為權(quán)利要求2-8中任一所述的等離子體離子源。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述載氣為氦氣、氬氣、氮?dú)?和空氣中的一種或其任意混合；所述載氣的流速為20-1000 mL/min，優(yōu)選為100 — 400 mL/min。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于所述等離子體離子源的 等離子體炬焰出口對(duì)準(zhǔn)樣品，等離子體炬焰出口與樣品傾斜角度為70 — 90度；所 述等離子離子源的等離子體炬焰出口距離樣品5 15mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫等離子體直接離子化樣品的方法及其離子源。該離子源，包括絕緣介質(zhì)管(1)、內(nèi)電極(2)、外電極(3)、工作氣進(jìn)口(5)和等離子體炬焰出口(4)，所述絕緣介質(zhì)管為兩端設(shè)有向內(nèi)收縮開(kāi)口的空心管，內(nèi)電極為棒狀電極或空心管狀電極，外電極為管狀電極；所述絕緣介質(zhì)管的兩端向內(nèi)收縮開(kāi)口，其中的一個(gè)開(kāi)口為等離子體炬焰出口；所述內(nèi)電極通過(guò)所述絕緣介質(zhì)管的另一個(gè)開(kāi)口套設(shè)于所述絕緣介質(zhì)管，所述內(nèi)電極的一端伸出絕緣介質(zhì)管，另一端位于絕緣介質(zhì)管內(nèi)；所述外電極包覆于所述絕緣介質(zhì)管外。本發(fā)明離子源在大氣壓條件下可以測(cè)定多種有機(jī)物，不僅離子化效率高，而且待測(cè)樣品大小、形狀、厚度不受限制，還適用于多種材質(zhì)載體。
文檔編號(hào)G01N21/73GK101510493SQ20081022701
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者焱 張, 張四純, 張新榮, 芳 文, 楊成對(duì), 馬瀟瀟 申請(qǐng)人:清華大學(xué);河南科技學(xué)院