[发明专利]微型质谱仪中空心阴极放电真空紫外光电离源

说明书

技术领域

本发明属于质谱分析仪，特别涉及一种用于空气中可挥发性有机污染物分析的微型飞行时间质谱仪，利用这种电离技术有望进一步提高了质谱在线分析的灵敏度。

背景技术

传统的有机物质谱分析一般采用的是电子轰击电离源，电子轰击电离产生了大量的碎片离子，谱图复杂难以分辨，是一种实验室分析方法。环境样品量大，需要快速的在线检测技术，真空紫外光是一种非常有效的软电离方式，其光子能量在8～11eV，对于电离能小于光子能量的样品分子无能为力，能够有效抑制空气中含量99.99％以上的组分(N₂、O₂、H₂O、CO₂等)产生的信号干扰。光子的能量刚刚超过样品分子的临界电离能，没有多余的能量生成碎片离子，谱图简单，如图4为苯的电子碰撞电离(EI)与VUV电离谱图的比较，后者的谱图远较前者简单。可以根据分子量快速进行定性和定量分析。

真空紫外光源电离得到的谱图根据被分析化合物的分子量进行快速的定性，已经在在线分析中受到了广泛的关注和应用。目前有两中真空紫外光电离源，一种是激光产生，但是激光器非常昂贵，而且还需要复杂的光学系统；另外一种是商品化的充有惰性气体的放电灯，这种灯体积小巧，耐用(5000小时以上)无需其他的溶剂，特别适合用于在线仪器。但是真空紫外灯的光子密度比较弱仅有10¹⁰ photons/s，分析的灵敏度进能够达到ppm数量级，这对于环境样品中的痕量分析要求还有一定的差距。如何提高真空紫外灯的光子密度也成为了一个难点。德国国家环境与健康研究中心的Zimmermann教授研究小组开发了脉冲式电子轰击真空紫外光电离源，采用电子共振激发多光子增强了光子的密度，光子数量已经可以达到2.6×10¹⁸photons/s，在没有富集的情况下检测限达到了20ppb，但此种办法技术方案复杂成本高。

据此，我们利用低真空下的空心阴极放电产生高密度的真空紫外光，以提高微型飞行时间质谱的分析灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种机动性好，能快速测量空气中有机污染物的便携式质谱仪的空心阴极放电真空紫外光电离源(图1)，与飞行时间质量分析器联用能实现空气中微量污染物的快速检测。

在电离室中采用了毛细管约束样品扩散，样品直接引入到空心阴极放电真空紫外光电离区，与真空紫外灯进行垂直电离。放电区以圆筒状电极作为空心放电阴极，以金属圆状电极作为放电的阳极，电离得到的离子通过离子漏斗直接引入到质谱分析器。放电区冲入惰性气体，保持放电区处于50～200Pa之间，空心阴极放电区域末端及空心阴极末端使用了氟化镁玻璃有效透过真空紫外光。离子漏斗区直接与放电发光区相接，样品从放电区后端进入，在离子漏斗区里面电离，电离得到的离子直接通过离子漏斗压缩进入到质谱分析器。

具体为：

微型质谱仪中空心阴极放电真空紫外光电离源，包括电离室，

电离室中部设置有圆筒状电极作为空心放电阴极，在放电阴极上方设置有金属圆环、圆盘、或圆筒状电极作为放电阳极，放电阴极与放电阳极间留有间隙，

在放电阴极的下方设置有平板状推斥电极，推斥电极中部设置有孔，在孔的下方设置有氧化镁玻璃，由推斥电极和氧化镁玻璃将电离室分隔成二个腔体，上部腔体和下部腔体；

在下部腔体中氧化镁玻璃的正下方设置有离子漏斗，离子漏斗下方腔体壁面上设置有出口，电离得到的离子通过离子漏斗直接引入到质谱分析器；

在离子漏斗上方、下部腔体的侧壁上设置有样品进气口；在上部腔体的侧壁上设置有放电气体进口和出口。

所述放电气体出口与差分真空泵相连；空心阴极放电区域具有一定的真空，真空度在50～200Pa，空心阴极放电区域通入高纯的惰性气体(氦气或者氩气)产生真空紫外光。

所述放电阴极与推斥电极间设置有绝缘层。

所述放电阳极与高压电源的正极相连，电极上施加电压400～1500V，空心阴极接地电位。

放电阴极与放电阳极间距离为10～15mm，放电阴极与放电阳极的圆外径为12mm，空心阴极的内直径为8mm，空心阴极长度为10mm。

所述质谱分析器为垂直加速微型飞行时间质谱。

采用毛细管或者膜进样装置把气体样品从样品进气口引入真空紫外光后端进行电离，毛细管根据所需真空，内径选择可以在0.2～0.5mm范围内；

真空紫外光电离源的紫外光轴和进样室的空气流向方向垂直。进样毛细管距离距离真空紫外灯中心线的距离为5～10mm。