[发明专利]用于电离样本气流的颗粒的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于在诸如质谱仪的检测器之前电离样本气流的颗粒，以确定气相样本或者特别地分子或团簇(例如气相碱或酸样本)的诸如质量或浓度的特性的方法和装置。

背景技术

用于确定气相样本的特性的精确的质谱分析方法在例如大气研究中具有非常重要的作用，诸如研究例如不同化学物质(诸如氨、胺、硫酸和氧化有机物)在大气纳米颗粒形成中的作用。特别是需要更好地认识大气中的胺和高氧化有机物以及许多其他碱和酸的低浓度和可变性。

然而，对例如来自空气的微量气态化合物的测量是极困难的，因为它们的浓度相比于总空气分子浓度是极低的，并且不同的气态化合物和它们的同位素化合物(isotope)比较庞杂。然而，这些分子中的一些即使具有非常小的量，也对于空气化学性质和气溶胶形成具有很大的影响。因此，需要例如在大气气溶胶研究中的精密测量。

通常通过质谱仪分析气相样本，但是也可以使用其他检测装置，例如IMS装置(离子迁移谱仪)或DMA装置(微分迁移分析仪)。质谱仪检测离子或离子团簇的质荷比，而IMS和DMA装置基于样本颗粒的电子迁移率。作为样本颗粒的大多数，例如空气中的分子和团簇最初是中性的，它们需要在测量之前被充电。

在测量之前给诸如分子和团簇的样本颗粒充电并且由此提供样本组分的离子流的一种示例性方法是使用样本组分的化学电离(CI)，其例如使用质子转移反应或与主要离子的样本组分聚集、或者换句话说使用离子-分子反应。

现有技术中有少量的用于例如在质谱仪中，例如使用放射源或者电晕充电装置给分子充电以产生主要离子的方法。然而，存在与现有技术的解决方案相关的一些缺陷。如果使用不当，放射源可能是有害的，特别是在化学电离入口(CI-入口)与酸在一起时。另外，放射源的存取和处置是非常困难的。此外，例如，由于放射性，具有放射源的充电器的维护是要求较高的工作并且需要专业人员修理装置。并且，与使用、销售和运输有关的官方制度也是有挑战性的。前面所提到的提高了具有放射源的充电器的操作成本。

在电晕充电中，在针尖上使用高电压以用于经由电晕放电产生离子。然而，电晕放电的使用是非常暴力的电离方法，其会损坏例如周围的一些弱束缚的分子或团簇。在含氧环境中，该方法产生大量的臭氧，并且也有可能产生氧气和羟基自由基等，其可以与气体样本中的分子反应和/或产生污染，这使得光谱混乱并且使得识别想要的样本化合物变得更加困难。该方法也能产生离子，包括，例如HSO4-，存在微量水平的SO2。这些人造的HSO4-离子干扰了通过从H2SO4(硫酸)分子提取质子而化学电离的HSO4-离子，由此影响了通过CI-MS方法的硫酸检测。

发明内容

本发明的目的在于缓解并消除与已知现有技术有关的问题。特别地，本发明的目的是提供一种用于电离样本气流的颗粒以检测极低浓度的气相组分(包括碱、酸和含氧有机物)的方法和装置。

可以通过独立权利要求的特征实现本发明的目的。本发明涉及根据权利要求1所述的方法。另外，本发明涉及根据权利要求9所述的装置。

根据本发明的一个实施例，样本气流中的诸如分子或团簇的颗粒被电离器电离以使得可以确定样本气流颗粒的特征。根据该实施例，由候选(candidate)试剂气流的颗粒制成试剂(主要)离子，其可以包括例如硝酸盐NO3-、硫酸氢盐、HSO4-、质子化氨、胺、醇类或丙酮。

此外，根据该实施例，试剂离子与样本气流一起被引入反应区域，以便安排在试剂离子和样本气流的颗粒之间的反应，从而产生样本气体离子，其可以被传输至例如检测器。在反应区域，所产生的(初步的)离子与样本气流的分子或团簇或其他颗粒相互作用，从而(经由电荷转移)将所述样本气体颗粒电离。此外，根据该实施例，通过使用(通过非放射性的X射线源产生的)软X射线辐射以电离所述候选(主要)试剂气流的颗粒来产生试剂离子。

样本气流优选地包括待确定的颗粒，例如大气中的碱或酸。其还可以包括除了所述待确定的样本颗粒之外的任意干扰组分。样本颗粒包括例如分子或团簇，并且所述样本气流优选地处于大气压。

所使用的软X射线光子的能量优选地在1-10keV的范围内，最优选地大约1-5keV。

而且，在该实施例中，鞘流被配置为流动至少通过样本气流与电离器的壁结构之间的主要离子产生区域和反应区域，从而防止或者至少最小化样本和/或试剂离子流与电离器的壁结构之间的任何相互作用。鞘流优选地实质上是层流，并且它包括例如纯净的空气或氮气，具有较少量的试剂气体分子，例如硝酸、硫酸、氨、胺、醇类或丙酮。