一種光電子后電離的電離源及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及分析儀器中的電離源，具體地說(shuō)是一種基于光電發(fā)射的光電子后電離的負(fù)電離源，這種光電發(fā)射電離源利用了紫外光照射金屬產(chǎn)生的光電效應(yīng)以及照射載氣產(chǎn)生的光化學(xué)反應(yīng)。紫外光照射金屬柵網(wǎng)表面能夠產(chǎn)生低能量的光電子。產(chǎn)生光電子，光電子與電負(fù)性中性分子反應(yīng)產(chǎn)生樣品離子。
【背景技術(shù)】
[0002]二次中性粒子質(zhì)譜(Secondary Neutral mass spectrometry, SNMS)是在二次離子質(zhì)譜(Secondary 1n mass spectrometry, SIMS)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的用于分析表面化學(xué)組成的一種質(zhì)譜方法。S匪S和SMS相似之處在于兩者都是利用初級(jí)離子束入射樣品表面，通過(guò)分析濺射產(chǎn)生的二次粒子而獲取材料表面化學(xué)組成，不同之處在于前者測(cè)量的是產(chǎn)生的中性粒子，而后者測(cè)量的是產(chǎn)生的荷電粒子(正負(fù)離子)。
[0003]SIMS成功地解決了樣品表面化學(xué)成份的定性分析，其靈敏度已達(dá)10_5_10_6，但是在定量分析上還有待進(jìn)一步發(fā)展。在離子濺射表面產(chǎn)生的粒子中，離子濺射產(chǎn)生的粒子一般以中性為主，荷電粒子在濺射產(chǎn)物中僅占KT5-KT1,其產(chǎn)率與原子序數(shù)、電離電勢(shì)及親合勢(shì)有關(guān)，其跨度可達(dá)4個(gè)數(shù)量級(jí)，并受其它成分的存在而變化(基體效應(yīng)，Matrix Effect，如氧對(duì)金屬正二次離子產(chǎn)額的影響)。這是用SMS定量分析比較困難的原因。
[0004]和二次離子產(chǎn)率變化范圍相比，濺射產(chǎn)物中占90%-99.9999%的中性粒子變化范圍要小得多，這是S匪S在靈敏度和定量分析均優(yōu)于SMS的根本原因。另外，在離子濺射過(guò)程中，不同元素濺射產(chǎn)額的差別遠(yuǎn)小于二次離子產(chǎn)額的差別。和SIMS不同的的是，SNMS檢測(cè)的是脫離基體表面的自由中性粒子，與直接產(chǎn)生的二次離子不同，已不受基體表面的影響，電離過(guò)程和粒子發(fā)射過(guò)程完全分離，因此無(wú)需像SIMS那樣建立復(fù)雜的模型，更容易實(shí)現(xiàn)定量。S匪S技術(shù)的核心就是利用有效的后電離技術(shù)(Post 1nizat1n)電離這些中性粒子。采用恰當(dāng)?shù)暮箅婋x技術(shù)可以有效提高檢測(cè)靈敏度。目前用于S匪S中后電離技術(shù)主要有“電子氣(e-gas)”，“電子束(e-beam)”、“激光束”等幾種電離方法，其中“電子氣(e-gas)”和“電子束”方法是基于經(jīng)典的富能電子碰撞電離模式，經(jīng)過(guò)二十年來(lái)的發(fā)展目前已成為S匪S中主要的電離手段。上述幾種后電離技術(shù)主要是在正離子模式下對(duì)樣品進(jìn)行電離和測(cè)定，而電負(fù)性樣品在負(fù)離子模式能夠更好的檢測(cè)。因此，本發(fā)明提出一種新型光電發(fā)射的光電子后電離負(fù)離子源，它充分利用了光電效應(yīng)和光化學(xué)反應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，靈敏度高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及分析儀器中的電離源，具體地說(shuō)是一種基于光電發(fā)射的光電子后電離的電離源及其應(yīng)用，這種光電發(fā)射電離源利用了紫外光照射金屬產(chǎn)生的光電效應(yīng)以及照射載氣產(chǎn)生的光化學(xué)反應(yīng)。它主要包括:紫外光源、金屬柵網(wǎng)電極A、樣品腔、金屬柵網(wǎng)電極B、一次離子源、質(zhì)譜檢測(cè)器。紫外光照射金屬柵網(wǎng)電極A上能夠產(chǎn)生低能量的光電子，光電子與中性分子反應(yīng)產(chǎn)生樣品離子。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種光電子后電離的電離源及其應(yīng)用，包括紫外光源、樣品腔、金屬柵網(wǎng)A、金屬柵網(wǎng)B、樣品、一次離子源、質(zhì)譜檢測(cè)器和孔；
[0008]所述的樣品腔是一個(gè)中空的箱體，材料絕緣體，例如陶瓷、PEEK和石英玻璃等，箱體上面設(shè)置有三個(gè)互通的孔，其中兩個(gè)孔在一條線上貫穿箱體。貫穿箱體的兩個(gè)孔上面分別設(shè)置有金屬柵網(wǎng)A和金屬柵網(wǎng)B。樣品腔上第三個(gè)孔與兩個(gè)貫穿箱體的孔相交叉。孔的底部設(shè)置有樣品臺(tái)用于放置樣品。
[0009]所述紫外光源為能夠產(chǎn)生紫外光的設(shè)備，例如真空紫外燈、二極管、氙燈、汞燈或紫外激光器。所述金屬柵網(wǎng)A和金屬柵網(wǎng)B為金屬柵網(wǎng)，其材料為各種電子逸出功小于紫外光源電離能的金屬及合金。
[0010]所述紫外光源I與金屬柵網(wǎng)A的距離小于0.5厘米。紫外光源發(fā)出的紫外光能夠照射到金屬柵網(wǎng)A。質(zhì)譜檢測(cè)器置于樣品腔外側(cè)，質(zhì)譜檢測(cè)器與金屬柵網(wǎng)B的距離小于0.5厘米。
[0011]所述一次離子源通過(guò)孔進(jìn)入樣品腔，然后照射到樣品上。一次離子源正對(duì)著孔。
[0012]所述金屬柵網(wǎng)A和金屬柵網(wǎng)B上施加直流負(fù)電壓，金屬柵網(wǎng)A上的電壓與金屬柵網(wǎng)B上的電壓差小于10V。
[0013]所述光電子后電離的電離源和質(zhì)譜聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)樣品的準(zhǔn)確定量分析。
[0014]離子的檢測(cè)過(guò)程為:首先紫外光源I照射金屬柵網(wǎng)A3上產(chǎn)生低能電子。同時(shí)一次離子源6轟擊樣品5產(chǎn)生氣相樣品分子。低能電子與氣相樣品結(jié)合產(chǎn)生樣品負(fù)離子，樣品負(fù)離子通過(guò)金屬柵網(wǎng)B4進(jìn)入質(zhì)譜檢測(cè)器7。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:將光電子后電離的電離源與質(zhì)譜聯(lián)用，可以實(shí)現(xiàn)大量樣品分子的高效電離，提高檢測(cè)靈敏度；該電離源的對(duì)象為濺射產(chǎn)物中占90%-99.9999%的中性粒子，可以提高定量的準(zhǔn)確性。另外，光電發(fā)射的光電子后電離負(fù)電離源使用簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)小巧，可以在空氣中運(yùn)行，更有利于質(zhì)譜的推廣和應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1光電發(fā)射電離源的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]其中，1-紫外光源；2_樣品腔；3_金屬柵網(wǎng)A ；4-金屬柵網(wǎng)B ;5_樣品；6_ —次離子源；7-質(zhì)譜檢測(cè)器和8-孔。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明利用了紫外光照射金屬產(chǎn)生的光電效應(yīng)以及光電子引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)，具體裝置見(jiàn)圖1。其主要包括以下幾個(gè)部分:包括紫外光源1、樣品腔2、金屬柵網(wǎng)A3、金屬柵網(wǎng)B4、樣品5、一次離子源6、質(zhì)譜檢測(cè)器7和孔8。紫外光源I可以是真空紫外燈、二極管、氙燈、紫外激光器等能夠產(chǎn)生紫外光的設(shè)備，這里以真空紫外燈為例；金屬柵網(wǎng)的材料為金屬或合金，材料的電子逸出功小于紫外光源I的電離能，如金、銀、不銹鋼等。樣品腔為絕緣材料，如陶瓷、石英玻璃和PEEK等。金屬柵網(wǎng)A3與真空紫光源I的間隔為2mm。當(dāng)工作時(shí)，真空紫外光源I照射金屬柵網(wǎng)A,產(chǎn)生光電效應(yīng),發(fā)射出光電子。光電子的能量十分小,僅有0.4eV。此時(shí)一次離子源6通過(guò)樣品腔2上的孔8照射到樣品5上將樣品濺射出。樣品分子與光電子結(jié)合使樣品分子帶點(diǎn)變?yōu)樨?fù)離子。此外樣品分子的電離還可以通過(guò)添加試劑氣體完成。紫外光照照射產(chǎn)生的電子與試劑氣體分子相結(jié)合形成試劑離子，試劑離子在于濺射產(chǎn)生的樣品分子結(jié)合，從而將樣品分子電離。例如通入的試劑氣體為臭氧。
[0019]Metal+h υ — e (I)
[0020]03+e — Of (2)
[0021]形成03_離子后，03_離子再與樣品分子結(jié)合將樣品分子電離。樣品離子經(jīng)過(guò)金屬柵網(wǎng)B4到達(dá)質(zhì)譜檢測(cè)器7進(jìn)行分析檢測(cè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光電子后電離的電離源及其應(yīng)用，其特征在于:包括紫外光源(I)、樣品腔(2)、金屬柵網(wǎng)A (3)、金屬柵網(wǎng)B (4)、樣品(5)、一次離子源(6)、質(zhì)譜檢測(cè)器(7)和孔(8); 樣品腔(2)是一個(gè)中空的箱體，材料為絕緣體，箱體上面設(shè)置有互通的孔，其中兩個(gè)貫穿箱體的孔在一條線上，兩個(gè)貫穿箱體的孔上面分別設(shè)置有金屬柵網(wǎng)A (3)和金屬柵網(wǎng)B(4);樣品腔(2)上第三個(gè)孔孔(8)與兩個(gè)貫穿箱體的孔相交叉；孔(8)的底部設(shè)置有樣品臺(tái)用于放置樣品(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電子后電離的電離源及其應(yīng)用，其特征在于: 紫外光源(I)為能夠產(chǎn)生紫外光的設(shè)備，包括真空紫外燈、二極管、氙燈、汞燈或紫外激光器; 所述金屬柵網(wǎng)A (3)和金屬柵網(wǎng)B (4)材料為各種電子逸出功小于紫外光源電離能的金屬及合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電子后電離的電離源及其應(yīng)用，其特征在于:紫外光源(I)與金屬柵網(wǎng)A (3)的距離小于2厘米；紫外光源(I)發(fā)出的紫外光能夠照射到金屬柵網(wǎng)A (3);質(zhì)譜檢測(cè)器(7)置于樣品腔(2)外側(cè)，質(zhì)譜檢測(cè)器(7)與金屬柵網(wǎng)B (4)的距離小于10厘米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電子后電離的電離源及其應(yīng)用，其特征在于:一次離子源(6)通過(guò)孔(8)進(jìn)入樣品腔(2)，然后照射到樣品(5)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述電離源，其特征在于:金屬柵網(wǎng)A(3)和金屬柵網(wǎng)B (4)上施加直流電壓，金屬柵網(wǎng)A (3)上的電壓與金屬柵網(wǎng)B (4)上的電壓差小于30V。
6.一種權(quán)利要求1所述的光電子后電離的電離源的應(yīng)用，其特征在于:光電子后電離的電離源和質(zhì)譜聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)樣品的準(zhǔn)確定量分析；其電離與檢測(cè)過(guò)程為:首先紫外光源(I)照射金屬柵網(wǎng)A (3)上產(chǎn)生低能電子，一次離子源(6)轟擊樣品(5)產(chǎn)生氣相樣品分子，電子與氣相樣品結(jié)合產(chǎn)生樣品負(fù)離子，樣品負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下經(jīng)金屬柵網(wǎng)B (4)進(jìn)入質(zhì)譜檢測(cè)器(7)進(jìn)行檢測(cè)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及分析儀器中的電離源，具體地說(shuō)是一種基于光電發(fā)射的光電子后電離的電離源及其應(yīng)用，這種光電發(fā)射電離源利用了紫外光照射金屬產(chǎn)生的光電效應(yīng)以及照射載氣產(chǎn)生的光化學(xué)反應(yīng)。它主要包括：紫外光源、金屬柵網(wǎng)A、樣品腔、金屬柵網(wǎng)B、一次離子源、質(zhì)譜檢測(cè)器。紫外光照射金屬柵網(wǎng)電極A上能夠產(chǎn)生低能量的光電子，光電子與中性分子反應(yīng)產(chǎn)生樣品離子。將光電子后電離的電離源用于地質(zhì)樣品分析，能夠提高樣品的電離效率，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)樣品的準(zhǔn)確定量分析，有利于地質(zhì)年代的準(zhǔn)確分析。
【IPC分類】H01J49-16, G01N27-64
【公開(kāi)號(hào)】CN104716011
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310691169
【發(fā)明人】李海洋, 趙無(wú)垛, 王衛(wèi)國(guó), 陳平, 花磊, 陳文東, 劉巍
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2013年12月13日