[发明专利]一种光电离源离子迁移管

说明书

本发明提供一种光电离源离子迁移管。采用真空紫外灯作为光源，在真空紫外灯光窗的正前方设置扩束镜系统，将真空紫外灯所输出光束的直径扩大N倍以上，使离子迁移管电离区的整个内部空腔充满真空紫外光，克服传统光电离源离子迁移谱中由于电离区内部紫外光分布的不均匀性以及样品分布的不均匀性所造成的目标样品利用率低、检测灵敏度低的问题。本发明所公开的光电离源离子迁移管技术将电离区内目标样品分子的利用效率提升至接近100％，使在电离区内获得高数密度的目标样品产物离子，提高光电离源离子迁移管的检测灵敏度。迁移管设计简单，普适性强。扩束镜系统的使用，可以将真空紫外灯与目标样品气相隔离，避免光窗污染、延长灯的使用寿命。

技术领域

本发明涉及离子迁移谱仪的核心部件离子迁移管，具体地说是一种采用扩束镜系统对真空紫外灯输出光束的直径进行扩束增大，提高电离区内中性样品分子利用率，进而获得高检测灵敏度的光电离源离子迁移管。

背景技术

大气压光电离化技术是离子迁移谱中使用最为普遍的一种离子化技术，被广泛应用于挥发性有机污染物、爆炸物、毒品、化学毒剂等检测领域。早期的光电离技术普遍采用激光做为光源，由Lubman等人于1982年首次引入离子迁移谱领域(Anal.Chem.1982,54:1546)。随着微型化商品化真空紫外灯(VUV灯)的出现，Hill和Eiceman等人先后将KryptonVUV灯和Hydrogen VUV灯直接用作离子迁移谱的光电离源(Anal.Chem.1983,55:1761；Anal.Chem.1986,58:2142)。为了提高光电离源离子迁移谱的检测灵敏度和检测目标物范围，Spangler于1992年公开了一种轴侧固定结构的光电离源离子迁移谱技术，采用KryptonVUV灯作为光电离源(US5338931)。Hans-Rudiger等人于1997年公开了一种基于Dopant掺杂的高灵敏度光电离源离子迁移谱技术(US5968837)，实现了光电离源离子迁移谱对正负极性目标物的检测。李海洋等人于2012年公开了一种阵列式光电离源离子迁移管技术以增强其在负离子模式下的检测灵敏度。

光电离源离子迁移谱普遍使用的商品化VUV灯，其输出真空紫外光的光束直径较小，仅为～8mm。离子迁移谱为了保证较好的离子传输效率，电离区内径通常设置为12～24mm。这就造成电离区内部仅在紧邻轴线的微小柱状区域内存在真空紫外光，电离区内偏离轴线稍远的径向区域内则不存在真空紫外光。李海洋等人最近研究电离区中样品浓度空间分布特征时发现，样品气进入电离区后并不会形成均匀的样品浓度空间分布，高浓度的样品气主要分布在电离区内部偏离轴线稍远的径向区域内(Sensor Actuat.B-Chem.2022,350:130844)。电离区内部紫外光分布的不均匀性以及样品分布的不均匀性，造成了电离区内仅有一小部分样品可以被光电离形成产物离子，样品利用率低、离子迁移谱检测灵敏度低。

发明内容

本发明提供一种具有高灵敏度的光电离源离子迁移管。离子迁移管的光电离源采用真空紫外灯作为光源，在真空紫外灯光窗的正前方设置扩束镜系统，将真空紫外灯所输出光束的直径扩大N倍以上，使离子迁移管电离区的整个内部空腔充满真空紫外光，克服传统光电离源离子迁移谱中由于电离区内部紫外光分布的不均匀性以及样品分布的不均匀性所造成的目标样品利用率低、检测灵敏度低的问题。本发明所公开的光电离源离子迁移管技术可以将电离区内目标样品分子的利用效率提升至接近100％，并在电离区内获得高数密度的目标样品产物离子，进而提高光电离源离子迁移管的检测灵敏度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种光电离源离子迁移管，离子迁移管为环状电极和环状绝缘体从左至右依次交替同轴叠合构成的中空圆柱状腔体，于腔体左端设置光电离源、右端设置离子接收极，沿光电离源至离子接收极方向，在腔体内部位于光电离源和离子接收极之间设置离子门，将腔体内部分成两个区域，其中光电离源和离子门之间构成电离区，离子门和离子接收极之间构成迁移区；

光电离源包括电离源腔室、真空紫外灯、光输入透镜和光输出透；