一种脉冲式离子化质谱仪及分析方法
阅读说明：本技术 一种脉冲式离子化质谱仪及分析方法 (Pulse type ionization mass spectrometer and analysis method ) 是由 鲁信琼 谭祖正 何佳成 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种脉冲式离子化质谱仪及分析方法,包括：真空腔体,安装在真空腔体内的紫外灯和带有电离区域的离子分析器模块,所述紫外灯照射方向朝向所述离子分析器模块的电离区域,所述紫外灯与电离区域之间设有可开关的光源控制模块,关闭所述光源控制模块可中断或减弱紫外灯照向电离区域的光线。本发明通过控制光源控制模块的开启和关闭可产生非持续性的脉冲式电离,使电离只在电离阶段进行,降低持续电离带来的离子冷却不充分或在扫描阶段仍然产生离子的缺陷,并降低在扫描阶段紫外灯光电子产生的噪音,提高测量精度。(The invention discloses a pulse ionization mass spectrometer and an analysis method, comprising the following steps: the vacuum chamber body, install the ultraviolet lamp in the vacuum chamber body and have the ion analyzer module in ionization region, the ultraviolet lamp shines the direction orientation the ionization region of ion analyzer module, be equipped with the light source control module of switch between ultraviolet lamp and the ionization region, close light source control module can interrupt or weaken the light that the ultraviolet lamp shines to the ionization region. The invention can generate non-continuous pulse ionization by controlling the on and off of the light source control module, so that the ionization is only carried out in the ionization stage, the defect that ions are not sufficiently cooled or still generate ions in the scanning stage caused by continuous ionization is reduced, the noise generated by ultraviolet lamp photoelectrons in the scanning stage is reduced, and the measurement precision is improved.)
技术领域
本发明涉及利用质谱进行物质成分分析的检测领域，特别是涉及一种利用脉冲式光电离离子化质谱仪器及其分析方法。
背景技术
质谱仪是通过将物质电离成离子，然后再利用电磁场对离子进行分离而进行物质定性定量分析的仪器。随着质谱技术的不断发展，以及现场原位检测需求的不断增加，可以实现现场快速检测的小型质谱仪研究也越来越广泛。质谱仪核心部件包括电离源、分析器以及检测装置三部分。其中离子阱分析器因为结构小巧，且气压容忍度高，被认为是质谱小型化的理想分析器，搭配不同离子源的使用可是满足不同的应用需求。
各种离子源中，真空紫外灯电离是利用光电效应实现气体分子电离的一项软电离技术，可用于气相分子的电离。而在真空紫外光电离质谱中,样品分子吸收带有一定能量的单个真空紫外光子，就会在其电离能阈值附近电离产生气体离子。这种电离方式能够避免或减少碎片离子的产生，对于本就可以实现离子解离功能的质谱仪来说是相对最为稳定的离子源。所以高灵敏的真空紫外光电离质谱仪被广泛应用于大气中挥发性有机物（VOC）检测、爆炸物检测、工业过程检测等现场实时检测分析领域。
现有的真空紫外灯电离源用在质谱仪中，仪器结构主要有两种：
一种是真空紫外灯电离源发出的紫外光与样品分子直接在分析器中发生作用，离子直接产生在分析器中，被分析器束缚后再进行分析。
一种是真空紫外灯电离源发出的紫外光与样品分子在电离室中发生作用，产生的离子从电离室被引出后经过一系列聚焦和传输的透镜和管道到达分析装置，进行分析后被检测器检测。
以上两种方案当中，由于紫外灯的开关控制缓慢，无法匹配分析器的工作时序，所以大部分紫外光都是在质谱仪的整个检测周期中持续照射，这意味着在整个检测周期离子源源不断的产生，包括后续的分析以及检测阶段。不断产生的样品离子会对后续的分析检测阶段造成干扰，肉眼可见的干扰包括谱图底噪飙升，目标峰被淹没。因此对真空紫外灯电离源的优化具有重要意义。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中紫外灯持续照射造成干扰的技术问题，提出一种脉冲式离子化质谱仪及分析方法。
本发明采用的技术方案是：
本发明提出了一种脉冲式离子化质谱仪，包括：真空腔体，安装在真空腔体内的紫外灯和带有电离区域的离子分析器模块，所述紫外灯照射方向朝向所述离子分析器模块的电离区域，所述紫外灯与电离区域之间设有可开关的光源控制模块，关闭所述光源控制模块可中断或减弱紫外灯照向电离区域的光线。
进一步的，光源控制模块为可开关的快门，或者可移动的挡板、阀门、光学透镜。
离子分析器模块包括：平行间隔设置的两块中间开有通光孔的离子门、设置于两块离子门之间的用于离子束缚与分析的射频电极，射频电极和离子门共同围成电离区域和分析区域，且两块离子门通光孔轴线方向与紫外灯光照射方向相同。
优选地，所述的射频电极是由一块环形极板组成的射频电极，电极形状为圆柱形或内部双曲面形。
优选地，所述的射频电极是由四块分离的极板组成的射频电极，电极形状为圆柱形或双曲面形。
本发明还包括安装在真空腔体内的离子检测器。具体有以下两种实施方式：
第一种实施方式：离子检测器位于远离紫外灯一侧的离子门外，离子门上开孔对准离子检测器。
第二种实施方式：离子检测器位于射频电极旁，所述射频电极上开有用于离子出射到离子检测器上的小孔或者狭缝。
本发明还提出了一种上述脉冲式离子化质谱仪的分析方法，具体包括步骤：
打开紫外灯，控制样品进入离子分析器模块的电离区域；
打开光源控制模块，使样品被紫外灯电离成离子；
关闭光源控制模块，离子分析器模块束缚住被电离的离子进行离子分析；
分析完成后，清空离子分析器模块，打开光源控制模块进行下一次进样与分析。
与现有技术比较，本发明通过控制光源控制模块的开启和关闭产生非持续性的脉冲式电离，使电离只在时序控制的电离阶段进行，降低持续电离带来的离子冷却不充分或在扫描阶段仍然产生离子的缺陷，降低在扫描阶段紫外灯光电子产生的噪音。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中光源控制模块开启的示意图；
图2为本发明实施例中光源控制模块关闭的示意图；
图3为本发明实施例中光源控制模块关闭时样品分子状态的示意图；
图4为本发明实施例中光源控制模块开启时样品分子状态的示意图；
图5为本发明实施例中离子量与快门状态在各个阶段的对照图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
如图1至图4所示，本发明提出了一种脉冲式离子化质谱仪，具体在真空中进行离子化，同样也可以应用在非真空中。具体包括：真空腔体、紫外灯1、离子分析器模块和光源控制模块2，紫外灯1和离子分析器模块安装在真空腔体中，紫外灯1的照射方向朝向离子分析器模块的电离区域，使紫外灯1产生的紫外光可以进入电离区域电离样品分子。紫外灯1与电离区域之间设有光源控制模块2，光源控制模块2可开启和关闭，开启时紫外灯产生的紫外光可以正常进入电离区域，关闭时可中断或者减弱紫外灯照向电离区域的光线，使紫外灯1产生的光子无法继续进入电离区域中，电离区域的样品分子停止电离过程，不再有新的离子产生。从而通过控制光源控制模块的开启和关闭产生非持续性的脉冲式电离，使电离只在电离阶段进行，降低持续电离带来的离子冷却不充分或在扫描阶段仍然产生离子的缺陷，也可以降低在扫描阶段紫外灯光电子产生的噪音。
离子分析器模块包括：平行间隔设置的两块中间开有通光孔的离子门、设置在两块离子门之间的射频电极。离子门具体为：上离子门3和下离子门6。射频电极用于离子束缚与分析，射频电极和离子门共同围成电离区域和分析区域。且两块离子门通光孔轴线方向与紫外灯光照射方向相同，使紫外灯的照射光能够穿过离子门上的通光孔进入电离区域。
射频电极的形状为圆柱形或内部双曲面形，射频电极由四块分离的极板组成，具体为左极板4、右极板7、前极板和后极板5，电离区域为两个离子门和四个极板所围成的区域，该区域同样是分析区域。
射频电极还可以是由一整块环形的极板组成的射频电极，只要是能够用于离子束缚与分析的设置方式，都在本发明的保护范围之中。
样品分子位于电离区域内，紫外光可从上离子门3进入电离区域。光源控制模块2设置在上离子门3的外侧，位于上离子门3与紫外灯1之间。从而可以通过开关光源控制模块控制紫外光的通过和阻断。
光源控制模块2具体为可开关的快门、阀门等，也可以为可移动调节的挡板和光学透镜，其中采用光学透镜遮挡时可以弱化紫外光，也可以达到同样的效果。除这些结构外，只要是能够阻断或者遮挡或者弱化紫外光使电离区域内的离子不能电离的结构形式都在本发明的保护范围之内。
在具体的实施例中，离子分析器模块为离子阱，例如线性离子阱。
真空腔体内还设有离子检测器，紫外光与样品分子直接在离子分析器中发生作用，离子直接产生在离子分析器中分析之后再被离子检测器检测。同时离子分析器模块的结构不仅限于线性离子阱，也可以是任何其它种类的离子阱，都在本发明的保护范围之内。
离子检测器的具体安装位置有两种不同的实施例。
第一种实施例中，离子检测器位于远离紫外灯一侧的离子门外，即位于下离子门6外，且离子门上的通光孔对准离子检测器，使离子能够从通光孔进入离子检测器。
第二种实施例中，离子检测器安装在射频射频电极上，即可以是左极板4、右极板7、前极板和后极板5中任意一块极板上，且射频电极上开有对应离子检测器的狭缝或者小孔，使离子能够通过狭缝或者小孔出射到离子检测器上。
如图5所示，整个检测周期包括进样阶段、电离阶段、冷却阶段、扫描阶段和清空阶段，光源控制模块可通过控制器控制在电离阶段保持开启，在进样、冷却、扫描和清空阶段保持关闭，样品分子在进样阶段进入离子分析器中，但由于快门处于关闭状态，此阶段并不产生离子。在电离阶段，快门开启，此阶段不断产生离子，并且产生的离子被电场束缚在离子分析器中。在冷却阶段，快门关闭，此阶段不再有新的离子产生。在扫描阶段，快门处于关闭状态，之前的离子依照质荷比依次被扫描出离子分析器，离子呈阶梯状减少。从而避免在扫描阶段产生噪音信号以及信号干扰。
本发明还提出了一种上述脉冲式离子化质谱仪的分析方法，具体包括步骤：先打开紫外灯，控制样品进入离子分析器模块的电离区域；打开光源控制模块的阀门，使样品被紫外灯电离成离子；关闭光源控制模块，离子分析器模块束缚住被电离的离子；离子分析器模块进行质量分析，此时紫外灯被挡住，不会影响离子分析器模块进行质量分析；分析完成后，清空离子分析器模块，打开光源控制模块的阀门进行下一次进样与分析。
本发明可以只在指定的时序阶段脉冲式产生离子，从而克服现有技术持续产生离子并在质量分析时不断产生噪音信号的固有缺点；克服现有紫外灯电离方案会在离子阱质谱的质量分析阶段不断产生光电子的干扰信号等缺点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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