用于電離樣本氣流的顆粒的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在諸如質譜儀的檢測器之前電離樣本氣流的顆粒，以確定氣相樣本或者特別地分子或團簇(例如氣相堿或酸樣本)的諸如質量或濃度的特性的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]用于確定氣相樣本的特性的精確的質譜分析方法在例如大氣研究中具有非常重要的作用，諸如研究例如不同化學物質(諸如氨、胺、硫酸和氧化有機物)在大氣納米顆粒形成中的作用。特別是需要更好地認識大氣中的胺和高氧化有機物以及許多其他堿和酸的低濃度和可變性。
[0003]然而，對例如來自空氣的微量氣態(tài)化合物的測量是極困難的，因為它們的濃度相比于總空氣分子濃度是極低的，并且不同的氣態(tài)化合物和它們的同位素化合物(isotope)比較龐雜。然而，這些分子中的一些即使具有非常小的量，也對于空氣化學性質和氣溶膠形成具有很大的影響。因此，需要例如在大氣氣溶膠研究中的精密測量。
[0004]通常通過質譜儀分析氣相樣本，但是也可以使用其他檢測裝置，例如頂S裝置(離子迀移譜儀)或DMA裝置(微分迀移分析儀)。質譜儀檢測離子或離子團簇的質荷比，而IMS和DMA裝置基于樣本顆粒的電子迀移率。作為樣本顆粒的大多數，例如空氣中的分子和團簇最初是中性的，它們需要在測量之前被充電。
[0005]在測量之前給諸如分子和團簇的樣本顆粒充電并且由此提供樣本組分的離子流的一種示例性方法是使用樣本組分的化學電離(Cl)，其例如使用質子轉移反應或與主要離子的樣本組分聚集、或者換句話說使用離子-分子反應。
[0006]現有技術中有少量的用于例如在質譜儀中，例如使用放射源或者電暈充電裝置給分子充電以產生主要離子的方法。然而，存在與現有技術的解決方案相關的一些缺陷。如果使用不當，放射源可能是有害的，特別是在化學電離入口(Cl-入口)與酸在一起時。另夕卜，放射源的存取和處置是非常困難的。此外，例如，由于放射性，具有放射源的充電器的維護是要求較高的工作并且需要專業(yè)人員修理裝置。并且，與使用、銷售和運輸有關的官方制度也是有挑戰(zhàn)性的。前面所提到的提高了具有放射源的充電器的操作成本。
[0007]在電暈充電中，在針尖上使用高電壓以用于經由電暈放電產生離子。然而，電暈放電的使用是非常暴力的電離方法，其會損壞例如周圍的一些弱束縛的分子或團簇。在含氧環(huán)境中，該方法產生大量的臭氧，并且也有可能產生氧氣和羥基自由基等，其可以與氣體樣本中的分子反應和/或產生污染，這使得光譜混亂并且使得識別想要的樣本化合物變得更加困難。該方法也能產生離子，包括，例如HS04-，存在微量水平的S02。這些人造的HS04-離子干擾了通過從H2S04(硫酸)分子提取質子而化學電離的HS04-離子，由此影響了通過C1-MS方法的硫酸檢測。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于緩解并消除與已知現有技術有關的問題。特別地，本發(fā)明的目的是提供一種用于電離樣本氣流的顆粒以檢測極低濃度的氣相組分(包括堿、酸和含氧有機物)的方法和裝置。
[0009]可以通過獨立權利要求的特征實現本發(fā)明的目的。本發(fā)明涉及根據權利要求1所述的方法。另外，本發(fā)明涉及根據權利要求9所述的裝置。
[0010]根據本發(fā)明的一個實施例，樣本氣流中的諸如分子或團簇的顆粒被電離器電離以使得可以確定樣本氣流顆粒的特征。根據該實施例，由候選(candidate)試劑氣流的顆粒制成試劑(主要)離子，其可以包括例如硝酸鹽N03-、硫酸氫鹽、HS04-、質子化氨、胺、醇類或丙酮。
[0011]此外，根據該實施例，試劑離子與樣本氣流一起被引入反應區(qū)域，以便安排在試劑離子和樣本氣流的顆粒之間的反應，從而產生樣本氣體離子，其可以被傳輸至例如檢測器。在反應區(qū)域，所產生的(初步的)離子與樣本氣流的分子或團簇或其他顆粒相互作用，從而(經由電荷轉移)將所述樣本氣體顆粒電離。此外，根據該實施例，通過使用(通過非放射性的X射線源產生的)軟X射線輻射以電離所述候選(主要)試劑氣流的顆粒來產生試劑離子。
[0012]樣本氣流優(yōu)選地包括待確定的顆粒，例如大氣中的堿或酸。其還可以包括除了所述待確定的樣本顆粒之外的任意干擾組分。樣本顆粒包括例如分子或團簇，并且所述樣本氣流優(yōu)選地處于大氣壓。
[0013]所使用的軟X射線光子的能量優(yōu)選地在1-1OkeV的范圍內，最優(yōu)選地大約l_5keV。
[0014]而且，在該實施例中，鞘流被配置為流動至少通過樣本氣流與電離器的壁結構之間的主要離子產生區(qū)域和反應區(qū)域，從而防止或者至少最小化樣本和/或試劑離子流與電離器的壁結構之間的任何相互作用。鞘流優(yōu)選地實質上是層流，并且它包括例如純凈的空氣或氮氣，具有較少量的試劑氣體分子，例如硝酸、硫酸、氨、胺、醇類或丙酮。
[0015]根據一個實施例，樣本氣流和候選(主要)試劑氣流被配置為大致同軸地流動。所產生的試劑離子的軌跡被配置為向內并朝向電荷轉移相互作用區(qū)域的樣本氣流彎曲，以使得試劑離子可以與所述樣本氣流顆粒相互作用，并因此在任一檢測器之前用于樣本氣體離子流。通過例如使用用于吸引或排斥所述離子的電場，和/或通過使用流動氣流引導部件(例如偏轉器、翼或節(jié)流閥，如文氏管)，可以實現所產生的試劑離子的軌跡。
[0016]根據一個實施例，候選試劑氣流可以包括例如硝酸鹽[N03-]、硫酸氫鹽、HS04-、質子化氨、胺、醇類或丙酮。無論如何，這些僅僅是示例，并且應當理解，候選試劑氣流的組成可以根據待電離的樣本顆粒而改變。例如，為了給某些樣本氣流顆粒充電，N03-是專門選擇的，同樣地為了給其他樣本顆粒充電，氨NH4+也是專門選擇的。作為示例(當然不僅限于這些)，為了給例如H2S04[硫酸]、MSA[甲基磺酸]、H2S04+胺團簇、高氧化有機分子及其團簇充電，N03-是專門選擇的，而NH4+可以被用于給胺充電。通過選擇某些候選試劑氣體，可以非常有選擇地實現本發(fā)明的電離方法。例如，可以選擇某些候選試劑氣流用于產生某些試劑離子并因此提供在電荷轉移相互作用區(qū)域中的選擇性的復合充電，從而在試劑離子和樣本氣流的某些期望的顆粒(根據感興趣的顆粒)之間進行電荷轉移相互作用。
[0017]相對于已知的現有技術的方案，本發(fā)明提供了顯著的有益效果。例如，用于電離候選(主要)試劑氣流的非放射性的軟X射線輻射源對于用戶來說是非常安全的裝置，因為它不包含任何放射性材料。因此，其也是十分容易生產和運輸的，因為不需要要求屏蔽系統(tǒng)或官方制度。此外，X射線輻射源可以簡單地被打開和被關閉，例如用于測試器械的功能或者用于維護過程期間。此外，X射線源輻射(即，低能量伽馬輻射)不會產生干擾分子的識別的污染物(很大程度上如電暈所做的)。
[0018]此外，因為所使用的X射線輻射是軟輻射(能量典型地在約1-1OkeV的范圍內)，它不會很高程度地損壞待確定的分子和團簇并且由此干擾測量。
[0019]此外，本發(fā)明的概念可以很容易地用于選擇性的測量，這意味著待測量的樣本顆粒(氣體分子或團簇)可以通過選擇合適的試劑(主要)離子組成以用于與所述樣本顆粒相互作用而被確定，即，可以針對感興趣分子的復合選擇性充電來產生離子。例如，當如上所述使用N03-作為主要試劑離子時，某些樣本顆?？梢员浑婋x并因此被確定。該特征被稱為選擇性離子化學電離，并且其具有顯著的有益效果，例如用于僅聚焦于期望的樣本顆粒并因此最小化其他顆粒(由于它們未被充電)的可能的干擾影響。因此，本發(fā)明能夠在可以提取想要的化合物的準確的質量和濃度的位置獲得干凈的質譜。作為示例但是不僅限于此，選擇性離子化學電離可以用于例如包括例如硫酸和甲基磺酸的強酸、包括例如氨和胺的強堿、它們的團簇、氧化有機化合物的檢測。
[0020]此外，本發(fā)明提供了精確測量例如大氣中的堿或酸的濃度的可能性，大氣中的堿或酸在樣本氣流中整個大氣氣體組分的全部組分中的比例非常低。此外，本發(fā)明能夠實現在線測量，并且即使在同一時間也能實現高時間分辨率。另外，可以在大氣壓下進行測量，這增加了(當與現有技術的具有較低測量壓力的方案進行比較時)試劑離子與樣本顆粒的碰撞率并因此使得電離過程更有效，因此，甚至能測量ppq量級的顆粒濃度[ppq，千萬億分之一，10 15]。
[0021]本文所呈現的示例性實施例不應被解釋為對所附權利要求的適用性進行限制。動詞“包括”在本文中用作開放式限制，其不排除未敘述特征的存在。從屬權利要求中所述的特征可以相互自由地組合，除非另有明確規(guī)定。
[0022]被認為是本發(fā)明的特性的新穎特征特別地在所附權利要求中描述。然而，通過結合附圖閱讀特定的示例性實施例的如下描述，可以很好地理解本發(fā)明本身，關于其構成和操作方法，以及其附加的目的和有益效果。
【附圖說明】
[0023]下面將參照附圖并結合示例性實施例更加詳細地描述本發(fā)明，其中:
[0024]圖1示出根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用于電離樣本氣流的顆粒的示例性裝置的原理。
【具體實施方式】