真空紫外光内电离质谱分析装置及质谱分析方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种真空紫外光内电离质谱分析装置及质谱分析方法，包括：紫外光源、质量分析器、光束调节部件、分析样品以及控制器；所述紫外光源能够对分析样品进行单光子电离；所述质量分析器能够在内部进行从分析样品电离到离子质量分离的完整质谱工作时序；所述质量分析器开有光源引入口；所述光束调节部件设置于光源引入口的上游；所述控制器能够同步控制质量分析器的工作时序阶段与所述光束调节部件调制量；本发明专利技术采用简单阀门或光调制结构，可在真空紫外光电离质谱分析中使用高灵敏度的内电离分析模式，同时避免传统连续紫外光源电离法造成的底噪信号干扰。可提高分析检测限约2

【技术实现步骤摘要】
真空紫外光内电离质谱分析装置及质谱分析方法


[0001]本专利技术涉及质谱分析
，具体地，涉及一种真空紫外光内电离质谱分析装 置及质谱分析方法。尤其涉及一种通过小型连续型紫外光电离光源实现待测样品离 子化并减少质量分析阶段干扰的微型质谱分析装置及其方法。

技术介绍

[0002]质谱分析技术在公共安全、生物医药、先进材料分析及开发等领域应用广泛。 其中小型及微型质谱系统在国防安全以及其它工业民用等多领域的现场分析应用 中逐渐成为重要的分析手段。目前便携式的现场质谱全分析主要依靠气相色谱-质 谱连用技术，其主要原理是将气相样品或可引入分析的其他物相样品气化引入色谱 柱，依照不同样品分子在色谱柱上保留或吸附情况的不同在脱出时间上加以分离成 基本纯净的化合物；再通过电子轰击电离(EI)等手段将样品分子碎片电离化，形 成质谱图，并与标准物质的质谱图进行查询比对，从而得到一系列化合物的定量信 息。该方法测量准确性好，但设备中由于包括了色谱和质谱所需的进样口，采样泵， 定量环，色谱柱，质谱接口，电子轰击电离源，导入透镜，质量分析器等一系列复 杂器件，设备在10kg以下的小型化领域的工程化中遇到了许多挑战。特别是对于航 天载荷等对系统质量功耗要求严苛的应用领域，设备的进一步小型化非常困难，同 时系统中大量细小部件对该类质谱分析系统的应力负载造成了巨大限制。因此，有 必要寻找一种新型的质谱全分析装置以适应航天等尖端领域对于质谱系统微型化 的需求。
[0003]在复杂样品环境中，传统不依赖色谱等前分离技术的质谱全分析方法主要存在 问题是样品分子的碎片化问题。以EI源为例，该离子源中样品分子在70电子伏特 (eV)电子轰击电离的作用下能够产生大量的离子。但是该过程的能量转移较为猛 烈，超过了一般化合物数个eV的化学键能水平，内能较大的离子在与中性分子碰撞 时会自发裂解产生更多的碎片。例如常见的增塑剂邻苯二甲酸酯均形成149u的碎 片，烃类化合物均会形成43，57u等常见碳氢化合物碎片，大量的碎片形成削减了 样品分子的化学信号，并形成了相互干扰。
[0004]真空紫外光电离(VUV-PI)与EI电离法相比具有极低的离子碎片产率，地球大 气中的水蒸气、氮气、氧气及与金星、火星大气中的二氧化碳、土卫六中的甲烷等 主要背景干扰在常见的连续氪气放电真空紫外灯输出的10.6eV光子作用下均不被 电离。因此，采用VUV-PI电离法得到的质谱图化学背景干净，且可以直接得到可电 离样品的分子量信息。根据获得的分子量信息作为基础，还可以通过离子阱等串级 质量分析器及飞行时间质谱等高分辨质量分析器获得各物质的进一步化学信息，从 而达成高效率的全谱图快速分析。
[0005]但与其他离子化技术相比，在真空紫外光(波长10一195nm)区域内还不具备 较好的可被小型化的激光光源，目前主要应用的准分子激光，惰性气体离子激光， 自由电子激光等手段均需要巨大的试验装置，且激光法获得光子能量偏低，不利于 获得主要物质的电离质谱信息。目前该领域主要还是基于直流或射频空心放电灯得 到8eV以上的真空紫外光
少一部分时间中轰击在电子逸出功低于其真空紫外光子能量的表面、产生逸出光电 子并电离真空紫外光内电离质谱分析装置内至少一部分的样品分子及背景气体分 子。
[0029]优选地，还包括：收集电极、离子倍增部件；
[0030]所述收集电极能够探测真空度；
[0031]所述收集电极能够收集真空紫外光内电离质谱分析装置内至少一部分的样品 分子及背景气体分子电离形成的离子所形成的电流信号，用以输入所述控制器，计 算真空紫外光内电离质谱分析装置的内部气压是否满足所述离子倍增部件的高电 压安全工作阈值范围，并根据阈值判定结果控制开关所述离子倍增部件的工作高电 压。
[0032]优选地，采用真空紫外光内电离质谱分析装置，包括：
[0033]步骤S1：对所述连续型真空紫外光源起辉，保持其输出真空紫外光强度稳定于 设定平均输出值附近
±
1％的范围内；
[0034]步骤S2：采用控制器控制所述质量分析器的工作条件，使其进入样品电离化工 作阶段，并使引入质量分析器的样品在输出真空紫外光的作用下电离为样品离子， 同时仍驻留在所述质量分析器中；
[0035]步骤S3：采用控制器控制所述光束调节部件，使进入所述质量分析器的真空紫 外光强度下降到述连续型真空紫外光源所设定平均输出值的1％或以下；
[0036]步骤S4：采用控制器控制所述质量分析器的工作条件，使其进入离子动能调节 阶段，调节驻留在所述质量分析器中样品离子的动能，满足使其后续不同质荷比的 离子分离的离子动能及势能分布状态；
[0037]步骤S5：采用控制器控制所述质量分析器的工作条件，使其进入不同质荷比的 离子分离阶段，使不同质荷比的样品离子电信号按质量数顺序分离，获得质谱图。
[0038]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0039]1、本专利技术采用简单阀门或光调制结构，可在真空紫外光电离质谱分析中使用高 灵敏度的内电离分析模式，同时避免传统连续紫外光源电离法造成的底噪信号干扰。 可提高分析检测限约2-3个数量级；
[0040]2、本专利技术能够通过设置同一启闭紫外光路和样品入射的阀门类调制装置，可以 进一步降低样品中性噪声对极低含量真空残余气体质谱分析的影响。该方法也可以 减少质谱分析器所在真空室的负载，减少真空泵组成本及作为分析载荷时的整机体 积与重量；
[0041]3、本专利技术结构合理，使用方便，能够克服现有技术的缺陷。
附图说明
[0042]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0043]图1是常见的在先真空紫外光源内电离质谱装置的结构及工作时序图。
[0044]图2是一种在先的真空紫外光源外电离质谱装置结构示意图。
[0045]图3是本专利技术的典型实施例的结构及工作时序图。
[0046]图4a是可用于本专利技术具体实施例的圆柱形离子阱的结构示意图。
[0047]图4b是可用于本专利技术具体实施例的方形离子阱的结构示意图。
[0048]图4c是可用于本专利技术具体实施例的飞行时间质量分析器的结构示意图。
[0049]图5是本专利技术典型实施例分析样品邻苯二甲酸二辛酯391u谱示意图。
[0050]图6a是采用阀门进一步提高样品分析的同步效能的本专利技术改进实施例的结构 及工作时序图。
[0051]图6b是采用阀门同时作为进样和紫外光调制内电离过程的本专利技术改进实施例 的结构及工作时序图。
[0052]图7是采用偏转电压装置作为紫外光调制器的本专利技术改进实施例结构及光强
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噪音-偏转电压优化关系示意图。
[0053][0054]图8是利用被闸断或遮蔽的紫外光部分，产生逸出光电子，通过电子捕获或电 子的后加速电离，扩展本专利技术装置电离分析样品范围的改进实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空紫外光内电离质谱分析装置，其特征在于，包括：紫外光源、质量分析器、光束调节部件、分析样品以及控制器；所述紫外光源能够对分析样品进行单光子电离；所述质量分析器能够在内部进行从分析样品电离到离子质量分离的完整质谱工作时序；所述质量分析器开有光源引入口；所述光束调节部件设置于光源引入口的上游；所述控制器能够同步控制质量分析器的工作时序阶段与所述光束调节部件调制量；所述紫外光源采用连续型真空紫外光源；所述控制器同步控制的工作时序阶段包括以下任意一种或者多种：-样品电离化；-离子动能调节；-不同质荷比的离子分离。2.根据权利要求1所述的真空紫外光内电离质谱分析装置，其特征在于，所述质量分析器采用离子阱质量分析器，通过控制离子阱的电极电压来实现对所述离子阱内需要的离子进行富集。3.根据权利要求1所述的真空紫外光内电离质谱分析装置，其特征在于，还包括:离子阱；所述紫外光源的光照方向与分析样品进入离子阱方向轴线相互重合。4.根据权利要求3所述的真空紫外光内电离质谱分析装置，其特征在于，所述离子阱采用圆柱形或者方形大容量离子阱。5.根据权利要求1所述的真空紫外光内电离质谱分析装置，其特征在于，所述质量分析器的离子动能调节电压是周期性方波或脉冲。6.根据权利要求1所述的真空紫外光内电离质谱分析装置，其特征在于，所述质量分析器的离子动能调节电压是周期性方波或脉冲。7.根据权利要求1所述的真空紫外光内电离质谱分析装置，其特征在于，还包括：进样阀门；所述进样阀门的开通时序与所述光束调节部件的高导通时序同步。8.根据权利要求1所述的真空紫外光内电离质谱分析装置，其特征在于，所述光束调节部件使所述连续型真空紫外光源输出的真空紫外光在至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋公羽，戴梦杰，陈延龙，陈元，姚如娇，沈辉，景加荣，侍尉，刘宇峰，
申请(专利权)人：上海裕达实业有限公司，
类型：发明
国别省市：