專利名稱：等離子體離子源的發生裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種質譜分析技術，尤其涉及一種在低真空環境下的等離子體離子源的發生裝置。
背景技術：
質譜是對分子結構分析最精確的方法之一，通常用來對未知物進行定性分析和對混合物中已知組分進行定量檢測，其中，離子源是質譜的關鍵技術。最常用的離子源為電子電離源(Electron Ionization，ΕΙ)，它采用高能電子束轟擊樣品，從而使樣品發生電離產生電子和分子離子。原理如下M+e — M++2eM+繼續受到電子轟擊而引起化學鍵的斷裂或分子重排，瞬間產生多種碎片離子。EI源的使用及其廣泛，電離效率高，譜庫最完整。然而由于EI源使用的電子能量很高，譜圖中碎片峰占較多，分子離子峰強度很弱并且受到其他樣品碎片峰的干擾，譜圖復雜，對于混合未知物的解譜非常困難。為了解決這一問題，產生了一系列的軟電離(Soft Ionization)方法，即在質譜分析中采用較低的能量使樣品分子電離的技術，常用的例如為化學電離源(chemicalionization，Cl)。樣品分子在承受電子轟擊前，被一種反應氣(通常是甲烷等)稀釋，因此樣品分子與電子的碰撞幾率極小，所生面的樣品分子離子主要由反應氣分子電離產生。相比于EI源，CI源的電離使用的電子能量較小，產生的質譜峰數目少，能夠提供很強的分子離子峰，可以方便地確定分子量。但是，CI源產生的碎片離子和反應的溫度、離子源壓力、反應氣等因素有關，沒有標準譜不具有可比性，并且對真空系統消耗較大。另外，利用質子轉移反應(Proton Transfer Reaction)也可以產生較完整的分子離子峰，特別對小分子有機物有突出效果，但其存在裝置復雜、真空消耗大等缺點。后來，為了彌補這些缺點，業界又發展出了光離子化(Photo Ionization)源。光離子化源與EI源很類似，只是電子束被5eV 15eV真空紫外光子所代替，它可以使電離能小于光子能量的樣品分子得到電離。光離子化的反應機理為M+hv — M++e光離子化既可以得到分子離子峰，又能得到少數碎片離子峰，對未知物的鑒定有重要意義。光離子化可以分為大氣壓光離子化(APPI)和真空紫外光離子化(VUV-PI)。光離子化的能量還是比較高，對于大分子的有機物(例如石油)而言，如果產生碎片就會使得譜圖很復雜，分析起來就比較困難，這樣分析樣品得到的結果的準確性不高。并且光離子化需要產生電離光子，且需要透光體暴露于被分析樣品中，這樣很容易降低透光體的壽命。
發明內容
本發明的目的在于提供一種等離子體離子源的發生裝置，提供高密度的等離子體。為解決上述及其他問題，本發明提供一種等離子體離子源的發生裝置，應用于質譜儀中，所述裝置包括等離子體發生腔體，包括作為等離子體發生區的腔室；高壓射頻源，包括電源以及設于所述等離子體發生腔體外表面的射頻電極；與所述等離子體發生腔體相通的傳輸結構，用于將樣品氣體和載氣引入到所述等離子體發生腔體中；密封件，用于密封所述傳輸結構與所述等離子體發生腔體之間的連通，為所述等離子體發生腔體提供真空環境。可選地，所述等離子體發生腔體為中空的玻璃管。可選地，所述玻璃管的外徑為0. 2mm至20mm，內徑為0. Olmm至10mm。可選地，所述玻璃管的外徑為6mm，內徑為2mm。可選地，所述電源為交流電源，其電壓范圍為IOV至10kV，所述射頻電極產生的射頻的頻率范圍為IOOHz至3GHz。可選地，所述電壓為2kV，所述射頻的頻率為200kHz。可選地，所述傳輸結構包括與所述等離子體發生腔體相通的支撐管；位于所述支撐管內并探入所述等離子體發生腔體的腔室中、供傳輸樣品氣體和載氣的毛細管。可選地，所述毛細管的流量為0. 1標準毫升每分鐘至2標準毫升每分鐘。可選地，所述等離子體離子源的發生裝置還包括用于將所述支撐管密封于所述等離子體發生腔體的第一密封法蘭。可選地，所述密封件為兩通閥。本發明的等離子體離子源的發生裝置，具有如下優點1、利用等離子體發生腔體，在低真空環境下產生等離子體離子源。由于在低氣壓環境下，分子密度較低，電子可以被加速到更大的速度，與載氣分子撞擊時更容易產生出等離子體，且產生的等離子體的密度也越高，便于分析和對離子作進一步的處理，例如串級質譜分析，適用于大分子復雜樣品的分析。且在低氣壓環境下，可以延長產生的等離子體的壽命和傳輸距離，并更易與質譜分析器結合。2、利用本發明的等離子體離子源的發生裝置產生的等離子體中自由電子和激發態粒子能量較小，形成的離子碎片少，有利于復雜有機物的分子離子峰形成，使得譜圖簡單，便于進行分析，獲得準確性較高的分析結果。3、包括電源和射頻電極的高壓射頻源設置在等離子體發生腔體之外的大氣壓下， 不容易放電，也不易產生污染，最大限度的減少了其對離子源中等離子體的傳輸以及對分析器的運行的影響。
圖1為本發明等離子體離子源的發生裝置的在一個實施方式中的立體示意圖；圖2為本發明等離子體離子源的發生裝置沿著圖1中A-A線的剖面示意圖；圖3顯示了本發明中等離子體離子源的發生裝置在一個具體實施例中的工作示意圖。
具體實施方式
鑒于現有技術中產生的一些離子源(例如EI源、CI源、PI源)出現的一些問題，本發明的發明人通過創造性設計，提出了一種可以應用于低氣壓環境下的等離子體離子源的發生裝置，采用一體化的制作工藝制作電極矩陣，制作工藝簡單且加工精度較高，而制作出的電極矩陣具有空間利用率高、電場性能穩定、尺寸在不同應用環境下可以多種選擇等優點。以下將通過具體實施例來對本發明的等離子體離子源的發生裝置進行詳細說明。請一并參閱圖1和圖2，其中圖1為本發明等離子體離子源的發生裝置在一個實施方式中的立體示意圖，圖2為本發明等離子體離子源的發生裝置沿著圖1中A-A線的剖面示意圖。如圖1和圖2所示，本發明的等離子體離子源的發生裝置包括等離子體發生腔體
11、包括電源以及設于等離子體發生腔體外表面的射頻電極12的高壓射頻源、與等離子體發生腔體相通的傳輸結構13、用于將傳輸結構13密封于等離子體發生腔體11的第一密封法蘭14、以及用于密封傳輸結構13與等離子體發生腔體11之間連通的密封件15。等離子體發生腔體11，具有中空的腔室，所述腔室可以作為等離子體發生區。在實際應用中，等離子體發生腔體11可以采用絕緣材料制作而成，所述絕緣材料例如為陶瓷、云母、玻璃、絕緣纖維及其制品，但并不以此為限。優選地，在本實施例中，等離子體發生腔體11采用的是中空的厚壁玻璃管，由于玻璃管是透明的，從而可以使得觀察者能夠看見等離子體形成過程中能量釋放的光，進而能夠實時觀察等離子體的產生情況。具體地，所述玻璃管的外徑(OD)的范圍為0.2mm至20mm，優選為6mm;其內徑(ID)的范圍為0.01mm至IOmm,優選為2mm。所述高壓射頻源包括電源(未在圖式中予以顯示)和與所述電源相連的射頻電極
12。電源可以是具有高電壓的交流電源。射頻電極12設于等離子體發生腔體11的外表面，包括與所述電源正極相連的陽極和與所述電源負極相連的陰極，在導電的情況下，射頻電極產生電場，受電激發出電子。在本實施例中，射頻電極12為包覆于等離子體發生腔體11的筒形電極。傳輸結構13與等離子體發生腔體11相通，用于將樣品氣體和載氣引入到等離子體發生腔體11中。在本實施例中，傳輸結構13包括支撐管130和毛細管132。支撐管130與等離子體發生腔體11相通，主要起到支撐毛細管132的作用，支撐管130具體可以是金屬管，例如不銹鋼管。毛細管132插置于支撐管130內并將其一端口探入到等離子體發生腔體11的腔室中，這樣，在等離子體發生腔體11的腔室內，射頻電極12產生電子與毛細管132引入的載氣相互碰撞產生等離子體。在這里，毛細管是用于引入樣品氣體和載氣，按此功能，用于引入樣品氣體和載氣的管道內徑越粗越好，進入量就越大，越有利于等離子體的發生，但是，由于本發明是利用在低氣壓環境下產生等離子體，為確保真空環境，才選用了毛細管以實現在真空環境下引入樣品和載氣。所述樣品為易揮發性有機物，所述載氣可以選用氮氣、空氣或者其他類似氣體。另外，本發明提供了位于所述傳輸結構13的支撐管130和等離子體發生腔體11之間的第一密封法蘭14，利用第一密封法蘭14，可以將傳輸結構13中的支撐管130密封于等離子體發生腔體11上。在本實施例中，第一密封法蘭14為不銹鋼密封法蘭。由于不銹鋼密封法蘭的結構及其工作原理已為本領域技術人員所熟知的現有技術，故不在此贅述。再有，本發明提供了設于密封傳輸結構13的支撐管130的密封件15，利用密封件15，可以密封傳輸結構13中毛細管132與等離子體發生腔體11之間的連通。具體來講，當密封件15開通的情況下，毛細管132與等離子體發生腔體11之間連通，利用毛細管132將樣品氣體和載氣引入至等離子體發生腔體11內；當密封件15關閉的情況下，毛細管132與等離子體發生腔體11之間關斷，確保等離子體發生腔體11處于真空狀態(1 至20kPa)。 在本實施例中，密封件15為不銹鋼制的兩通閥。由于兩通閥的結構及其工作原理已為本領域技術人員所熟知的現有技術，故不在此贅述。在樣品分析中，要求樣品在處于穩定的外部環境下，因此，需要對毛細管132進行恒溫等恒條件處理，這樣才可能作質譜離子源的定量分析，所以本發明還包括用于對所述毛細管作恒溫處理的恒溫裝置(未在圖式中予以顯示)。進一步地，為便于等離子體離子源的發生裝置的裝配，本發明提供了用于等離子體發生腔體11于質譜儀的真空腔密封相連的第二密封法蘭16和密封圈17。在本實施例中，第二密封法蘭16為不銹鋼密封法蘭，由于不銹鋼密封法蘭以及密封圈的結構及其工作原理已為本領域技術人員所熟知的現有技術，故不在此贅述。更進一步地，由于等離子體發生腔體11的電源用的是高壓射頻，所述電源具有較高能量輻射，為免于對操作人員的身體造成輻射傷害，需要對輻射作一定的屏蔽，因此本發明還提供罩設于等離子體發生腔體11、用于將高壓射頻源與外界隔離的屏蔽外罩18。本發明的等離子體離子源的發生裝置，離子源主要由呈真空狀態的等離子體發生腔體和位于大氣壓下的高壓射頻源構成，可以在低真空環境下的等離子體發生腔體內產生等離子體離子源。由于在低氣壓環境下，分子密度較低，電子可以被加速到更大的速度，與載氣分子撞擊時更容易產生出等離子體，且產生的等離子體的密度也越高，便于分析和對離子作進一步的處理，例如串級質譜分析，適用于大分子復雜樣品的分析。另外，可以延長產生的等離子體的壽命和傳輸距離，并更易與質譜分析器結合。另一方面，利用本發明的等離子體離子源的發生裝置產生的等離子體中自由電子和激發態粒子能量較小，形成的離子碎片少，有利于復雜有機物的分子離子峰形成，使得譜圖簡單，便于進行分析，獲得準確性較高的分析結果。再一方面，高壓射頻源是設置在等離子體發生腔體之外的在大氣壓環境下，相對而言不容易放電，也不易產生污染，最大限度的減少了其對離子源中等離子體的傳輸以及對分析器的運行的影響。請繼續參閱圖3，圖3顯示了本發明中等離子體離子源的發生裝置在一個具體實施例中的工作示意圖。如圖3所示，離子源主要由呈真空狀態(1 至20kPa)的等離子體發生腔體11和設于等離子體發生腔體11之外、處于大氣壓狀態的高壓射頻源構成，高壓射頻源包括作為陽極和陰極的兩個射頻電極12以及連接于兩個射頻電極12的交流電源，所述交流電壓的電壓范圍為IOV至10kV，在本實施例中，優選地，電壓為2kY，產生的射頻的頻率范圍為IOOHz至3GHz，在本實施例中，優選地，射頻頻率為200kHz，波形可以是方波、正弦波以及其他周期性波形。另外，還包括與等離子體發生腔體11相通的毛細管132，毛細管132用于向等離子體發生腔體11引入樣品氣體和載氣(例如為氮氣)。其中，毛細管的流量可以為0.1標準毫升每分鐘(Standard Cubic Centimeter per Minute, SCCM)至 2 標準毫升每分鐘(SCCM)。在工作時，兩個射頻電極12在受電作用下產生電場，激發出電子，所述電子與毛
6細管132引入的載氣相互碰撞產生等離子體。毛細管132引入的樣品氣體，則在等離子體中進行電離形成正負離子。具體來講，通過電離將樣品氣體用射頻激發到等離子體狀態，然后過濾掉負離子(正離子分析)或者正離子(負離子分析)，分析出其中的物質及分析出樣品的含量。 上述實施例僅列示性說明本發明的原理及功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此項技術的人員均可在不違背本發明的精神及范圍下，對上述實施例進行修改。因此，本發明的權利保護范圍，應如權利要求書所列。
權利要求
1.一種等離子體離子源的發生裝置，應用于質譜儀中，其特征在于，所述發生裝置包括等離子體發生腔體，包括作為等離子體發生區的腔室； 高壓射頻源，包括電源以及設于所述等離子體發生腔體外表面的射頻電極； 與所述等離子體發生腔體相通的傳輸結構，用于將樣品氣體和載氣引入到所述等離子體發生腔體中；密封件，用于密封所述傳輸結構與所述等離子體發生腔體之間的連通，為所述等離子體發生腔體提供真空環境。
2.如權利要求1所述的等離子體離子源的發生裝置，其特征在于，所述等離子體發生腔體為中空的玻璃管。
3.如權利要求2所述的等離子體離子源的發生裝置，其特征在于，所述玻璃管的外徑為 0. 2mm 至 20mm,內徑為 0. Olmm 至 10mm。
4.如權利要求2所述的等離子體離子源的發生裝置，其特征在于，所述玻璃管的外徑為6mm,內徑為2mm。
5.如權利要求1所述的等離子體離子源的發生裝置，其特征在于，所述電源為交流電源，其電壓范圍為IOV至10kV，所述射頻電極產生的射頻的頻率范圍為IOOHz至3GHz。
6.如權利要求4所述的等離子體離子源的發生裝置，其特征在于，所述電壓為2kV，所述射頻的頻率為200kHz。
7.如權利要求1或2所述的等離子體離子源的發生裝置，其特征在于，所述傳輸結構包括與所述等離子體發生腔體相通的支撐管；位于所述支撐管內并探入所述等離子體發生腔體的腔室中、供傳輸樣品氣體和載氣的毛細管。
8.如權利要求7所述的等離子體離子源的發生裝置，其特征在于，所述毛細管的流量為0. 1標準毫升每分鐘至2標準毫升每分鐘。
9.如權利要求7所述的等離子體離子源的發生裝置，其特征在于，還包括用于將所述支撐管密封于所述等離子體發生腔體的第一密封法蘭。
10.如權利要求1所述的等離子體離子源的發生裝置，其特征在于，所述密封件為兩通閥。
全文摘要
一種應用于質譜儀的等離子體離子源的發生裝置，包括等離子體發生腔體，包括作為等離子體發生區的腔室；高壓射頻源，包括電源以及設于所述等離子體發生腔體外表面的射頻電極；與所述等離子體發生腔體相通的傳輸結構，用于將樣品氣體和載氣引入到所述等離子體發生腔體中；密封件，用于密封所述傳輸結構與所述等離子體發生腔體之間的連通，為所述等離子體發生腔體提供真空環境。相較于現有技術，本發明的等離子體離子源的發生裝置，利用等離子體發生腔體，在低真空環境下可以產生出高密度的等離子體離子源。
文檔編號H05H1/46GK102573260SQ201010579490
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月8日 優先權日2010年12月8日
發明者徐國賓, 楊芃原, 陳應 申請人:上海華質生物技術有限公司