基于常壓等離子體的多模式離子源工作裝置及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于質(zhì)譜領(lǐng)域，涉及一種基于常壓等離子體的多模式離子源工作裝置，是一種對(duì)等離子體電離的離子源進(jìn)行多模式工作處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以常壓解吸電離源為代表的直接離子化技術(shù)是近年來(lái)質(zhì)譜領(lǐng)域一次重大突破，極大地促進(jìn)了物質(zhì)檢測(cè)分析領(lǐng)域的發(fā)展。但現(xiàn)有的基于常壓等離子體的解吸電離源，并不能兼顧有機(jī)物分析和無(wú)機(jī)元素分析，不足以滿(mǎn)足人們的檢測(cè)需求。例如目前對(duì)于PM2.5成分量分析，既要知道PM2.5中揮發(fā)性或半揮發(fā)性有機(jī)物含量，也要得知其重金屬元素含量。故開(kāi)發(fā)一種基于常壓等離子體的直接離子化技術(shù)的多模式離子源工作裝置，對(duì)常壓等離子體離子源進(jìn)行多模式工作方式處理，使其兼顧有機(jī)物和無(wú)機(jī)元素分析，迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于常壓等離子體的多模式離子源工作裝置。通過(guò)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)電極，對(duì)離子運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行處理。一部分樣品直接通過(guò)等離子體火焰電離，第一對(duì)偏轉(zhuǎn)對(duì)將等離子體內(nèi)元素離子導(dǎo)出并偏離原方向，第二對(duì)偏轉(zhuǎn)對(duì)將元素離子運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)回原軌跡。同時(shí)，等離子體內(nèi)中性的高能量的亞穩(wěn)態(tài)的He (或Ar)不受電場(chǎng)控制，繼續(xù)保持原有運(yùn)動(dòng)方向，在其運(yùn)動(dòng)方向上放置另一部分樣品，對(duì)樣品進(jìn)行解析電離，得到有機(jī)物成分量表征。該多模式離子源工作裝置具有工作模式多樣性、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的一種基于常壓等離子體的多模式離子源工作裝置，主要由離子引出電極、M2固定螺桿、引出電極墊片、入口電極墊片、入口電極、初始偏轉(zhuǎn)電極上、初始偏轉(zhuǎn)電極下、準(zhǔn)直電極一、準(zhǔn)直電極墊片、準(zhǔn)直電極二、準(zhǔn)直電極三、后偏轉(zhuǎn)電極上、后偏轉(zhuǎn)電極墊片、后偏轉(zhuǎn)電極下、固定螺桿、固定套構(gòu)成；等離子體火焰居于離子引出電極之前，離子引出電極將離子引出，后續(xù)電極將其偏轉(zhuǎn)。離子引出電極為帶孔圓環(huán)結(jié)構(gòu)，材料為304不銹鋼，處于等離子體火焰之前，負(fù)責(zé)將等離子體內(nèi)元素離子引出并聚焦，M2固定螺桿為耐高溫的絕緣材料PEEK，位于初始偏轉(zhuǎn)電極上和離子引出電極之間，用于固定入口電極，入口電極材料為304不銹鋼，為帶孔圓環(huán)結(jié)構(gòu)，通過(guò)M2固定螺桿固定在初始偏轉(zhuǎn)電極上、初始偏轉(zhuǎn)電極下與離子引出電極之間，初始偏轉(zhuǎn)電極上、初始偏轉(zhuǎn)電極下與離子引出電極之間使用引出電極墊片、入口電極墊片緣，入口電極作用為與離子引出電極配合，對(duì)離子束進(jìn)行聚焦，引出電極墊片材料為聚四氟乙烯，用于隔離引出電極與初始偏轉(zhuǎn)電極上，并使兩者之間保持一定距離，入口電極墊片材料為聚四氟乙烯，用于入口電極的固定，并與初始偏轉(zhuǎn)電極下和離子引出電極保持絕緣，初始偏轉(zhuǎn)電極上材料為304不銹鋼，其為一帶斜角45°的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，用于偏轉(zhuǎn)離子運(yùn)動(dòng)軌跡，其上有一 M2螺紋孔，用于固定M2固定螺桿。所述初始偏轉(zhuǎn)電極下材料為304不銹鋼，為一帶斜角45°的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，用于偏轉(zhuǎn)離子運(yùn)動(dòng)軌跡。初始偏轉(zhuǎn)電極下與初始偏轉(zhuǎn)電極為第一對(duì)偏轉(zhuǎn)對(duì)，兩者共同作用，引導(dǎo)離子上移，通過(guò)調(diào)節(jié)兩電極之間電壓差，優(yōu)化離子運(yùn)動(dòng)軌跡。所述的準(zhǔn)直電極一材料為304不銹鋼，位于初始偏轉(zhuǎn)電極之后，為帶孔圓環(huán)結(jié)構(gòu)，用于校準(zhǔn)、聚焦離子運(yùn)動(dòng)方向。所述的準(zhǔn)直電極墊片材料為聚四氟乙烯，用于三個(gè)準(zhǔn)直電極間絕緣與固定。所述的準(zhǔn)直電極二材料為304不銹鋼，位于準(zhǔn)直電極一之后，為帶孔圓環(huán)結(jié)構(gòu)，用于校準(zhǔn)、聚焦離子運(yùn)動(dòng)方向。其內(nèi)孔上有一樣品放置凹槽，用于檢測(cè)樣品的放置。等離子體中高能量的亞穩(wěn)態(tài)的He (或Ar)運(yùn)動(dòng)方向不受電場(chǎng)影響，并沿原軌跡運(yùn)動(dòng)，依次通過(guò)等離子體入口、離子運(yùn)動(dòng)孔、中性分子運(yùn)動(dòng)過(guò)孔一、中性分子運(yùn)動(dòng)過(guò)孔二、中性分子運(yùn)動(dòng)過(guò)孔三、中性分子運(yùn)動(dòng)過(guò)孔四，將準(zhǔn)直電極二樣品放置凹槽內(nèi)樣品電離，得到有機(jī)離子。所述的入口電極材料為304不銹鋼，為帶孔圓環(huán)結(jié)構(gòu)，用于校準(zhǔn)并焦距離子運(yùn)動(dòng)軌跡。所述的準(zhǔn)直電極三材料為304不銹鋼，位于準(zhǔn)直電極二之后，為帶孔圓環(huán)結(jié)構(gòu)，用于校準(zhǔn)、聚焦離子運(yùn)動(dòng)方向。準(zhǔn)直電極一、準(zhǔn)直電極二、準(zhǔn)直電極三通過(guò)固定螺桿分別穿過(guò)固定螺桿過(guò)孔、準(zhǔn)直電極固定孔、固定螺桿過(guò)孔來(lái)固定，準(zhǔn)直電極之間用準(zhǔn)直電極墊片間隔開(kāi)來(lái)。離子在準(zhǔn)直電極間運(yùn)動(dòng)通道為離子運(yùn)動(dòng)孔、離子偏轉(zhuǎn)后運(yùn)動(dòng)過(guò)孔、離子偏轉(zhuǎn)后運(yùn)動(dòng)過(guò)孔。所述的后偏轉(zhuǎn)電極上材料為304不銹鋼，其為一帶斜角45°的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，用于將離子運(yùn)動(dòng)方向引導(dǎo)回原方向。所述的后偏轉(zhuǎn)電極下材料為304不銹鋼，其為一帶傾斜角45°的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，與后偏轉(zhuǎn)電極上一起組成第二對(duì)偏轉(zhuǎn)對(duì)，用來(lái)偏轉(zhuǎn)離子運(yùn)動(dòng)軌跡。后偏轉(zhuǎn)電極上、后偏轉(zhuǎn)電極下通過(guò)固定螺桿穿過(guò)固定螺桿過(guò)孔一、固定螺桿過(guò)孔二來(lái)固定。所述的固定螺桿位于后偏轉(zhuǎn)電極上、后偏轉(zhuǎn)電極下之上，用于將整個(gè)裝置固定在等離子體激發(fā)源上。固定套套在第一對(duì)偏轉(zhuǎn)對(duì)和第二對(duì)偏轉(zhuǎn)對(duì)外側(cè)，與離子引出電極I緊密貼合，固定套材料為聚四氟乙烯，由于各個(gè)偏轉(zhuǎn)電極不易對(duì)準(zhǔn)，固定套用于補(bǔ)償裝置的機(jī)械裝配誤差，同時(shí)消除外界氣流對(duì)裝置的干擾。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述的一種基于常壓等離子體的多模式離子源工作裝置在多模式離子源工作中應(yīng)用，可應(yīng)用于大氣環(huán)境污染物檢測(cè)領(lǐng)域、食品安全領(lǐng)域，為檢測(cè)樣品的有機(jī)成份量和無(wú)機(jī)成份量同時(shí)性能表征提供可能，進(jìn)一步可對(duì)污染物進(jìn)行溯源檢測(cè)和分析。
[0006]本發(fā)明通過(guò)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)電極，對(duì)離子運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行處理。一部分樣品直接通過(guò)等離子體火焰電離，第一對(duì)偏轉(zhuǎn)對(duì)將等離子體內(nèi)元素離子導(dǎo)出并偏離原方向，第二對(duì)偏轉(zhuǎn)對(duì)將元素離子運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)回原軌跡。同時(shí)，等離子體內(nèi)中性的高能量的亞穩(wěn)態(tài)的He (或Ar)不受電場(chǎng)控制，繼續(xù)保持原有運(yùn)動(dòng)方向，在其運(yùn)動(dòng)方向上放置另一部分樣品，對(duì)樣品進(jìn)行解析電離，得到有機(jī)物成分量表征。
[0007]本發(fā)明提出的常壓等離子體的多模式離子源工作裝置常壓下即可工作，不需要繁瑣的真空環(huán)境；利用多電極偏轉(zhuǎn)，離子運(yùn)動(dòng)精確可控，使質(zhì)譜圖簡(jiǎn)單化；多模式的工作方式:在只需要進(jìn)行有機(jī)物成分分析時(shí)，可以利用偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)消除背景離子干擾。在需要同時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行有機(jī)成分和無(wú)機(jī)元素性能表征時(shí)，利用偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，將元素離子偏離原方向，最后再利用偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，使元素離子、有機(jī)物離子同時(shí)進(jìn)入質(zhì)譜分析，在同時(shí)得到物質(zhì)的有機(jī)和無(wú)機(jī)成分量后，可進(jìn)行溯源分析。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，裝置結(jié)構(gòu)緊湊，制作簡(jiǎn)單、成本低，具有很強(qiáng)的通用性，可基于微波等離子體，也可基于直接實(shí)時(shí)分析等離子體。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖:1-離子引出電極；2-M2固定螺桿；3_引出電極墊片；4-入口電極墊片；5_入口電極；6_初始偏轉(zhuǎn)電極上；7_初始偏轉(zhuǎn)電極下；8_準(zhǔn)直電極一；9-準(zhǔn)直電極墊片；10-準(zhǔn)直電極二 ； 11-準(zhǔn)直電極三；12-后偏轉(zhuǎn)電極上；13-后偏轉(zhuǎn)電極墊片；14_后偏轉(zhuǎn)電極下；15_固定螺桿；16_固定套。
[0009]圖2為離子引出電極I俯視圖:17_裝置固定孔，用于裝置與等離子體激發(fā)裝置固定；18-等離子體入口，用于中性分子或離子通過(guò)，與等離子體火焰同軸心；19-入口電極固定螺釘過(guò)孔；20_偏轉(zhuǎn)電極固定螺桿過(guò)孔。
[0010]圖3為引出電極墊片3結(jié)構(gòu)示意圖，其中左為主視圖，右為左視圖。
[0011]圖4為入口電極5結(jié)構(gòu)示意圖:21_引出電極固定螺桿過(guò)孔；22-離子運(yùn)動(dòng)孔。
[0012]圖5為初始偏轉(zhuǎn)電極上6結(jié)構(gòu)示意圖，上圖為主視圖，下圖為俯視圖:23_過(guò)孔；24-M2固定螺桿固定螺紋孔。
[0013]圖6為初始偏轉(zhuǎn)電極下7結(jié)構(gòu)示意圖，上圖為主視圖，下圖為俯視圖:25_裝配誤差補(bǔ)償螺紋孔；26_初始偏轉(zhuǎn)電極固定螺桿過(guò)孔；27_中性分子運(yùn)動(dòng)過(guò)孔一。
[0014]圖7為準(zhǔn)直電極一 8結(jié)構(gòu)示意圖:28_固定螺桿過(guò)孔；29_偏轉(zhuǎn)后離子運(yùn)動(dòng)孔；30-中性分子過(guò)孔二。
[0015]圖8為準(zhǔn)直電極墊片9結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖9為準(zhǔn)直電極二 10結(jié)構(gòu)示意圖:31_固定螺桿過(guò)孔；32_離子偏轉(zhuǎn)后運(yùn)動(dòng)過(guò)孔；33-樣品放置凹槽；34_中性分子過(guò)孔三。
[0017]圖10為準(zhǔn)直電極三11結(jié)構(gòu)示意圖:36_準(zhǔn)直電極固定孔；37_離子偏轉(zhuǎn)后