本發(fā)明及質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜領(lǐng)域，尤其涉及一種用于傳輸質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)離子源中離子的傳輸裝置。

背景技術(shù)：

揮發(fā)性有機(jī)物(volatileorganiccompounds，vocs)是大氣、水和土壤環(huán)境中的主要污染物，長時間攝入會有致癌、致畸、致突變的危險。此外，空氣中揮發(fā)性有機(jī)物還會參加光化學(xué)反應(yīng)從而導(dǎo)致氣候的惡劣變化，如光化學(xué)煙霧、有機(jī)氣溶膠、溫室效應(yīng)的出現(xiàn)。另外，食品中也含有大量的揮發(fā)性有機(jī)物，通過分析食品的揮發(fā)物，可以監(jiān)控食品的成分和質(zhì)量，保證食品安全。揮發(fā)性有機(jī)物還是人體呼出氣體中的重要成分，它們常常和某些疾病有著密切的關(guān)系。因此通過分析呼出氣體中的揮發(fā)性有機(jī)物，可以了解人體的新陳代謝過程，實(shí)現(xiàn)對疾病的早期診斷。目前，檢測揮發(fā)性有機(jī)物的主要質(zhì)譜手段是氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(gaschromatography-massspectrometry，gc-ms)方法。這種技術(shù)在測定痕量揮發(fā)性有機(jī)物方面一直發(fā)揮著重要作用。但是，gc-ms涉及到色譜分離技術(shù)以及樣品的采集、濃縮提取，導(dǎo)致測量耗時又費(fèi)力，且不適于現(xiàn)場、實(shí)時在線分析；此外，該聯(lián)用技術(shù)所采用的電子轟擊電離源是一種硬電離技術(shù)，不僅會形成多種離子碎 片，使得質(zhì)譜圖復(fù)雜、分析難度大，而且還會將空氣中的常規(guī)組分n2、o2、co2和ar等分子電離，干擾小分子量揮發(fā)性有機(jī)物的實(shí)時檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

出于對揮發(fā)性有機(jī)物快速實(shí)施監(jiān)測手段的迫切需求，且目前并沒有與之匹配的分析手段，本項(xiàng)目擬研制一種具有高靈敏度快速測量的質(zhì)譜儀，用于揮發(fā)性有機(jī)物的快速實(shí)時檢測分析。質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜(protontransferreactionmassspectrometry，ptr-ms)技術(shù)是一種基于質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的化學(xué)電離源質(zhì)譜技術(shù)，其基本原理是先用各種電離手段將水蒸氣分子離子化，產(chǎn)生反應(yīng)試劑離子h3o+，反應(yīng)試劑離子再與樣品分子碰撞發(fā)生反應(yīng)并使樣品離子化，從而進(jìn)行質(zhì)譜檢測。高濃度的h3o+與被分析物發(fā)生質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，有助于提高樣品分子的離子化效率，從使得儀器具有較高的檢測靈敏度。軟電離技術(shù)使得ptr-ms直接檢測揮發(fā)性有機(jī)物可不受空氣背景干擾。ptr-ms具有的快速分析、絕對量測量的特點(diǎn)，使其具有氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用不可比擬的優(yōu)勢。為了提高質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜系統(tǒng)的性能，目前出現(xiàn)了諸如輝光放電、空心陰極放電、微波等離子體、射頻放電以及放射源等多種質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜離子源。要提高質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜儀的靈敏度，一個關(guān)鍵的問題就是提高各類質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜儀器離子源中的離子利用效率，亦即，提高離子傳輸系統(tǒng)的離子傳輸效率以及對各類離子源的兼容性，這也是本發(fā)明的初衷。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明目的在于為各種形式的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜離子源與各類型質(zhì)譜質(zhì)量分析器之間提供一種高效的離子傳輸與聚焦裝置，以提高質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜離子源的離子利用效率，彌補(bǔ)現(xiàn)有離子傳輸方法傳輸效率不足的問題，最終提高質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜儀的靈敏度。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種用于傳輸質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)離子源中離子的傳輸裝置，包括同軸設(shè)置的環(huán)狀傳輸聚焦電極、引入電極和引出電極，所述環(huán)狀傳輸聚焦電極位于引入電極和引出電極之間，所述引入電極中心設(shè)置有離子引入口，引出電極中心設(shè)置有離子引出口；所述環(huán)狀傳輸聚焦電極中心有漏斗型的離子聚焦傳輸通道，離子聚焦傳輸通道末端朝向離子引出口，所述離子引入口、離子傳輸通道、離子引出口相連通，所述離子傳輸通道內(nèi)設(shè)置有射流阻擋電極。

進(jìn)一步的，傳輸裝置還包括真空腔體，所述環(huán)狀傳輸聚焦電極、引入電極和引出電極設(shè)于真空腔體內(nèi)部，所述引入電極設(shè)于真空腔體前端，引出電極設(shè)于真空腔體后端，真空腔體前、后端均設(shè)有貫通其內(nèi)部的開口，所述開口與離子聚焦傳輸通道正對，真空腔體與環(huán)狀傳輸聚焦電極、引入電極、射流阻擋電極以及引出電極之間絕緣電隔離，所述真空腔體側(cè)壁設(shè)有真空抽氣口。

優(yōu)選的，所述環(huán)狀傳輸聚焦電極采用多個極片環(huán)同軸間隔設(shè)置的結(jié)構(gòu)，相鄰兩個極片環(huán)之間電絕緣，極片環(huán)的內(nèi)徑從離子引入口到離子引出口依次減小從而在環(huán)狀傳輸聚焦電極中心形成漏斗型的離子 聚焦傳輸通道。

進(jìn)一步的，所述極片環(huán)的形狀為圓形環(huán)狀或方形環(huán)狀

進(jìn)一步的，極片環(huán)的內(nèi)徑為0.1mm～200mm，極片環(huán)厚度為0.1mm～10mm，相鄰兩個極片環(huán)之間的距離為0.1mm～20mm。

進(jìn)一步的，相鄰兩個極片環(huán)上施加有相位差為170°～190°的正弦或余弦射頻低電壓，所述射頻低電壓的絕對值小于500v，頻率100khz～10mhz。

優(yōu)選的，射流阻擋電極設(shè)于離子傳輸通道的軸線上。

進(jìn)一步的，射流阻擋電極為圓板狀，射流阻擋電極遠(yuǎn)離離子聚焦傳輸通道末端。

進(jìn)一步的，所述射流阻擋電極安裝在離子聚焦傳輸通道前端十分之三處。

進(jìn)一步的，所述射流阻擋電極上施加有直流電壓和/或射頻低電壓，所述直流電壓、射頻低電壓的絕對值小于500v。

進(jìn)一步的，相鄰兩個極片環(huán)之間設(shè)有絕緣隔墊，所述極片環(huán)和絕緣隔墊外沿貫穿有便于固定極片環(huán)和安裝環(huán)狀傳輸聚焦電極的固定螺桿。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1.由于本發(fā)明所述的用于質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜離子源的離子傳輸裝置經(jīng)過特別的射頻電壓幅值、頻率以及多片環(huán)狀電極形狀的相互匹配，可以高效率地在漂移管后端100pa-0.1pa的氣壓下，大面積捕獲并聚焦傳輸質(zhì)荷比500以下的小質(zhì)量離子，最終有針對性地特別 提高質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜儀的離子傳輸效率，進(jìn)而提高系統(tǒng)的靈敏度。

2.本發(fā)明裝置特別地在中心設(shè)置有射流阻擋電極，可以在基本不影響離子傳輸效率的情況下阻擋由離子源進(jìn)入離子傳輸裝置的中性分子氣流，提高傳輸系統(tǒng)后級的真空度，最終達(dá)到減小后級質(zhì)譜質(zhì)量分析器的本底噪聲，提高信噪比，進(jìn)一步提高系統(tǒng)靈敏度。

3.本發(fā)明裝置具有兼容各類型質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜離子源的特性，包括但不僅限于基于微波等離子體、介質(zhì)阻擋放電、直流輝光放電、空心陰極放電、射頻放電、放射源的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜離子源。并且可以將這些離子源的離子高效傳輸?shù)桨ǖ粌H限于四級桿、飛行時間、離子阱等各類離子質(zhì)量分析器。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-真空腔體、2-真空抽氣口、3-環(huán)狀傳輸聚焦電極、4-射頻電源、5-引入電極、6-射流阻擋電極、7-引出電極、8-離子源接口、9-質(zhì)量分析器接口、10-固定螺栓、11-絕緣帽、12-固定螺桿、13–絕緣隔墊。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附 圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例公開的用于傳輸質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)離子源中離子的傳輸裝置，包括同軸設(shè)置的環(huán)狀傳輸聚焦電極3、引入電極5和引出電極7，環(huán)狀傳輸聚焦電極3位于引入電極5和引出電極7之間，引入電極5中心設(shè)置有離子引入口，引出電極7中心設(shè)置有離子引出口；環(huán)狀傳輸聚焦電極3中心有漏斗型的離子聚焦傳輸通道，離子聚焦傳輸通道末端朝向離子引出口，離子引入口、離子傳輸通道、離子引出口相連通，離子傳輸通道內(nèi)設(shè)置有射流阻擋電極6。來自質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜離子源的離子通過離子引入口被引入離子聚焦傳輸通道進(jìn)行離子束的傳輸與聚焦。聚焦以后的離子束通過傳輸裝置尾端引出電極7上的離子引出口引出。由于氣壓差從離子源射入傳輸裝置的中性氣體分子射流通過射流阻擋電極6抑制，防止氣體射流直接進(jìn)入傳輸裝置尾端的離子引出口。

優(yōu)選的，環(huán)狀傳輸聚焦電極3采用多個極片環(huán)同軸間隔設(shè)置的結(jié)構(gòu)，相鄰兩個極片環(huán)之間由任何介電方式實(shí)現(xiàn)電絕緣，極片環(huán)的內(nèi)徑從離子引入口到離子引出口依次減小從而在環(huán)狀傳輸聚焦電極3中心形成漏斗型的離子聚焦傳輸通道。極片環(huán)的內(nèi)徑從前往后依次減小安裝的目的是使得離子能更好的被約束聚焦。進(jìn)一步的，極片環(huán)的形狀為圓形環(huán)狀或方形環(huán)狀，極片環(huán)可由任何導(dǎo)電或者表面導(dǎo)電材料制作，極片環(huán)的內(nèi)徑為0.1mm～200mm，極片環(huán)厚度為0.1mm～10mm，相鄰兩個極片環(huán)之間的距離為0.1mm～20mm。使用導(dǎo)電或者表面導(dǎo) 電材料的目的是為極片環(huán)中心鏤空部分提供有效地直流以及交變電場；使用圓形或者方形形狀的目的是使極片環(huán)中心鏤空內(nèi)的電場分布對稱均勻。限制安裝間距的目的是為了配合直流以及交變電場為離子提供盡可能大的傳輸通道。

進(jìn)一步的，相鄰兩個極片環(huán)上施加有相位差為180°±10°的正弦或余弦射頻低電壓4，所述射頻低電壓4的絕對值小于500v，頻率100khz～10mhz。在相鄰極片環(huán)施加反相的正弦或余弦電壓的目的在于為中心傳輸通道中的離子提供束縛電壓，避免離子運(yùn)行到電極上，并配合環(huán)狀傳輸聚焦電極3將離子聚焦在離子聚焦傳輸通道中心。

優(yōu)選的，射流阻擋電極6設(shè)于離子傳輸通道的軸線上,進(jìn)一步，射流阻擋電極6的面積比離子引出口的面積大。射流阻擋電極6可以安裝在軸線上的任意位置，射流阻擋電極6可以為板狀也可以是任意形狀，射流阻擋電極6可以設(shè)置一個或多個。射流阻擋電極6可以阻擋前級離子源的氣體射流直接進(jìn)入傳輸裝置尾端的離子引出口，減少離子引出口輸出的中性氣體分子，提高后級真空度，減小系統(tǒng)噪聲，提高質(zhì)譜系統(tǒng)的信噪比。在射流阻擋電極6上施加有直流電壓和/或射頻低電壓，使得射流阻擋電極6在阻擋中性氣體分子的同時可以排斥離子碰撞電極，最大限度保證傳輸裝置對離子的傳輸效率。直流電壓和射頻低電壓的絕對值小于500v。

進(jìn)一步的，傳輸裝置的外殼為一個真空腔體1，環(huán)狀傳輸聚焦電極3、引入電極5和引出電極7設(shè)于真空腔體1內(nèi)部，引入電極5設(shè)于真空腔體1前端，引出電極7設(shè)于真空腔體1后端，真空腔體1前、 后端均設(shè)有貫通其內(nèi)部的開口，開口與離子聚焦傳輸通道正對，真空腔體1前端的開口應(yīng)比離子引入口大；后端的開后應(yīng)比離子引出口大，真空腔體1與環(huán)狀傳輸聚焦電極3、引入電極5、射流阻擋電極6以及引出電極7之間絕緣電隔離，真空腔體1側(cè)壁設(shè)有真空抽氣口2。真空腔體1不銹鋼或者鋁合金制。真空腔體1為傳輸裝置提供所需的密閉環(huán)境，通過連接在真空抽氣口2上的機(jī)械泵或分子泵維持真空度；當(dāng)然傳輸裝置也可以在沒有真空腔體1的情況下，在其它真空環(huán)境中工作。傳輸裝置內(nèi)部工作氣壓為絕對壓力0.1pa至100pa之間。

實(shí)施例2

如圖2所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于：相鄰兩個極片環(huán)之間設(shè)置絕緣隔墊13來介電，絕緣隔墊13的材質(zhì)優(yōu)選四氟乙烯。優(yōu)選的，極片環(huán)為圓形狀，極片環(huán)的材質(zhì)為不銹鋼，極片環(huán)厚度為1mm。相位差180°的兩組正弦射頻低壓電壓被加在相鄰的極片環(huán)上，極片環(huán)有3-1000片，極片環(huán)的內(nèi)徑為0.1mm～100mm，前端極片環(huán)的內(nèi)徑為0.1-100mm，后端極片環(huán)的內(nèi)徑為0.1-100mm，離子引入口的直徑為100mm，離子引出口的直徑為1mm。離子引入電極5由厚度2mm不銹鋼片制作，引出電極7由厚度1mm的不銹鋼片制作。

極片環(huán)和絕緣隔墊13外沿貫穿有便于固定極片環(huán)和安裝環(huán)狀傳輸聚焦電極3的固定螺桿12。通過螺帽固緊。螺帽與引入電極5通過絕緣帽11進(jìn)行絕緣處理。螺桿絕緣或者螺桿比螺孔小來實(shí)現(xiàn)絕緣。

進(jìn)一步的，射流阻擋電極6為圓板狀，射流阻擋電極6遠(yuǎn)離離子 聚焦傳輸通道末端。優(yōu)選的，射流阻擋電極6安裝在離子聚焦傳輸通道前端十分之三處，在本實(shí)施例中射流阻擋電極6安裝在第30片極片環(huán)處，射流阻擋電極6為圓板狀，射流阻擋電極6通過四根金屬絲安裝在離子聚焦傳輸通道軸線上，同時通過四根金屬絲與外部電源相連，以在射流阻擋電極6上附加10v的直流電壓。

實(shí)施例3

如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1或?qū)嵤├?的區(qū)別在于：圖3為包含真空腔體的傳輸裝置四分之一剖面圖，傳輸裝置被鋁合金制真空腔體1包裹，以提供封閉環(huán)境，傳輸裝置內(nèi)部通過真空抽氣口2與真空獲得裝置相連，以獲得真空腔體1內(nèi)的真空狀態(tài)，傳輸裝置工作氣壓為1pa；真空抽氣口2同時為傳輸裝置所需的直流、交流電壓提供穿導(dǎo)位置。

固定螺桿12另一端固定于質(zhì)量分析器接口9底座上，離子引出口與質(zhì)量分析器接口9相連，并起到真空阻隔的作用。整個離子傳輸裝置通過質(zhì)量分析器接口9與四級桿質(zhì)量分析器相連。整個傳輸裝置通過前端的離子源接口8與質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜離子源對接。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。