CN111668087B - 一种多级真空差分的电喷雾离子源引导装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多级真空差分的电喷雾离子源引导装置，包括用于产生带电离子的电喷雾离子源；用于去溶剂化的一级真空；具有用于离子引导的第一四极杆的二级真空；具有用于离子引导的第二四极杆的三级真空；具有用于离子引导的八级杆的四级真空；带电离子在一级真空中被去溶剂化后通过第一和第二四极杆及八级杆引导进入分析质谱的高真空环境中，各级真空分别通过第一、第二和第三skimmer连通，三级真空和四级真空通过波纹管连通以使得电喷雾离子源喷出的中性分子液滴被第三skimmer阻挡而无法进入四级真空。根据本发明的电喷雾离子源引导装置，通过多级真空差分和离子引导多极杆将带电离子引导至高真空环境中以用于后续质谱分析。
Description
技术领域
本发明涉及质谱及光电子成像领域，更具体地涉及一种多级真空差分的电喷雾离子源引导装置。
背景技术
多电荷离子在自然界中普遍存在，在化学、生物、环境和材料科学中发挥着重要作用。电喷雾电离源可有效产生多电荷离子，该离子源与质谱、光电子能谱等研究手段结合已被证明是一种探测气相中溶液相态和化学性质的通用而有效的技术。但质谱和光电子能谱等手段为了降低背景信号，提高信噪比，往往需要在高真空环境中才能运行。电喷雾电离源的样品为溶液相，且在大气压下产生离子，故将电喷雾电离源产生的离子有效引导进入高真空环境且避免中性分子液滴随之进入高真空环境是后续质谱和能谱研究可以展开的关键。
目前国内外电喷雾源与质谱或能谱的结合多是使用四极离子弯曲装置(Wang XB,Wang LS.Development of a low-temperature photoelectron spectroscopyinstrument using an electrospray ion source and a cryogenically controlledion trap.The Review of scientific instruments,2008,79(7):073108；Kamrath MZ,Relph RA,Guasco TL,et al.Vibrational predissociation spectroscopy of the h2-tagged mono-and dicarboxylate anions of dodecanedioic acid.InternationalJournal of Mass Spectrometry,2011,300(2-3):91-98)，以避免电喷雾源喷针喷出的中性分子液滴进入后续质谱或能谱的高真空环境中破坏高真空。这样的设计成功避免了大部分中性分子液滴进入后续的高真空环境，但是这样的设计组装复杂(例如使用较多的腔体)且离子经过的飞行距离太长，会严重降低离子的传输效率。
发明内容
为了解决现有技术中的离子传输效率低下等问题，本发明提供一种多级真空差分的电喷雾离子源引导装置。
根据本发明的多级真空差分的电喷雾离子源引导装置，其包括用于产生带电离子(带电液滴)的电喷雾离子源；用于去溶剂化的一级真空；具有用于离子引导的第一四极杆的二级真空；具有用于离子引导的第二四极杆的三级真空；具有用于离子引导的八级杆的四级真空；其中，带电离子在一级真空中被去溶剂化后通过第一和第二四极杆及八级杆引导进入后续的分析质谱的高真空环境中，一级真空和二级真空通过第一skimmer(撇沫器或准直孔)连通，二级真空和三级真空通过第二skimmer连通，三级真空和四级真空通过波纹管和第三skimmer连通以使得电喷雾离子源喷出的中性分子液滴被第三skimmer阻挡而无法进入四级真空。
优选地，带电离子通过第三skimmer的入射方向和第三skimmer的开孔轴向具有角度。在优选的实施例中，该角度为1°～10°。
优选地，第一、第二和第三skimmer的直径分别为1mm-3mm。应该理解，skimmer的直径可根据所需离子信号量的大小调节，例如在实际信号调试过程中，优先选用直径为1.5mm的skimmer，如果此直径下的离子量太少无法满足后续实验需求，则更换直径更大的skimmer，以使更多离子通过。
优选地，三级真空和四级真空之间通过一个可插入闸板阀分隔真空，用以在清洗一级真空、二级真空和三级真空时保护四级真空和分析质谱的高真空环境。具体地，可插入闸板阀通过连接法兰连接在波纹管和第三skimmer之间。
优选地，电喷雾离子源包括不锈钢注射器和连接在不锈钢注射器末端的熔融石英喷针。具体地，不锈钢注射器加载直流高压，电喷雾离子源在大气压下产生带电离子。
优选地，一级真空包括真空法兰、去溶剂化加热模块和机械泵，其中，真空法兰为限定一级真空的一级腔体，去溶剂化加热模块设置于真空法兰的内部并与电喷雾离子源连接，机械泵与一级腔体连通以形成一级真空环境。具体地，真空法兰由304不锈钢加工而成，一级真空的真空度为100Pa左右，机械泵的抽速为35m3/h。
优选地，二级真空包括二级腔体和罗茨泵，其中，二级腔体与一级腔体通过第一skimmer连通，第一四极杆设置于二级腔体的内部，罗茨泵与二级腔体连通以形成二级真空环境。具体地，二级腔体由304不锈钢加工而成，第一四极杆为第一射频四极杆，二级真空的真空度为10Pa左右，罗茨泵的抽速为60m3/h。
优选地，三级真空包括三级腔体和第一分子泵，其中，三级腔体与二级腔体通过第二skimmer连通，第二四极杆设置于三级腔体的内部，第一分子泵与三级腔体连通以形成三级真空环境。具体地，三级腔体由304不锈钢加工而成，第二四极杆为第二射频四极杆，三级真空的真空度为10-3Pa左右，第一分子泵的抽速为600L/min。
优选地，二级腔体和三级腔体为一体成型的异形腔体。如此可以减少多级真空腔体和连接法兰的数量，尽量避免多个腔体在加工和组装过程中的误差，并使得装配操作更加简易。
优选地，二级腔体朝向三级腔体中突出。如此既保证二级真空和三级真空中四极杆的安装空间，又满足维持二级真空和三级真空的不同抽速真空泵的各自接口要求，提高了空间利用率。
优选地，四级真空包括四级腔体和第二分子泵，其中，四级腔体与三级腔体通过第三skimmer连通，八极杆设置于四级腔体的内部，第二分子泵与四级腔体连通以形成四级真空环境。具体地，四级腔体由304不锈钢加工而成，八级杆为射频八级杆，四级真空的真空度为10-6Pa左右，第二分子泵的抽速为2200L/min。
根据本发明的多级真空差分的电喷雾离子源引导装置，通过多级真空差分和离子引导多极杆将带电离子引导至高真空环境中以用于后续质谱分析。总之，根据本发明的多级真空差分的电喷雾离子源引导装置，设计巧妙，腔体加工简单，易于装配，既可以避免中性气流进入高真空环境，又可将离子高效引导至质谱分析所需的高真空环境中。根据本发明的多级真空差分的电喷雾离子源引导装置，通过波纹管可轻易地避免中性分子液滴进入后续高真空环境，而避免复杂的四级离子弯曲装置，简化装置的同时提高离子传输效率。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的多级真空差分的电喷雾离子源引导装置。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
如图1所示，根据本发明的一个优选实施例的多级真空差分的电喷雾离子源引导装置包括电喷雾离子源1、一级真空2、二级真空3、三级真空4和四级真空5，其中，电喷雾离子源1用于产生带电液滴，一级真空2用于去溶剂化，二级真空3具有用于离子引导的第一四极杆31，三级真空4具有用于离子引导的第二四极杆41；四级真空5具有用于离子引导的八级杆51，带电离子在一级真空2中被去溶剂化后通过第一四极杆31和第二四极杆41及八级杆51引导进入后续的分析质谱的高真空环境中，一级真空2和二级真空3通过第一skimmer6连通，二级真空3和三级真空4通过第二skimmer7连通，三级真空4和四级真空5通过第三skimmer8连通。在本实施例中，第一skimmer的直径为3mm，第二skimmer的直径为2mm，第三skimmer的直径为1.5mm。
电喷雾离子源1包括不锈钢注射器11和连接在不锈钢注射器末端的熔融石英喷针12。具体地，不锈钢注射器11加载2000V左右的直流高压，电喷雾离子源1将样品溶液喷入大气中以形成带负电荷的液滴(即带电液滴)。
一级真空2包括去溶剂化加热模块21、真空法兰22和机械泵23，其中，真空法兰22为限定一级真空2的一级腔体，去溶剂化加热模块21设置于真空法兰22的内部并与电喷雾离子源1的石英喷针12连接，机械泵23与一级腔体连通以形成一级真空环境。具体地，真空法兰22为由304不锈钢加工而成的异形法兰，机械泵23的抽速为35m3/h，一级真空2的真空度为100Pa左右。
二级真空3包括二级腔体32和罗茨泵33，其中，二级腔体32与一级腔体通过第一skimmer6连通，第一四极杆31设置于二级腔体32的内部，罗茨泵33与二级腔体32连通以形成二级真空环境。具体地，由于在低真空环境中，离子与背景气体的剧烈碰撞，静电透镜已不足以聚焦和传输离子，本发明通过选择在低真空区域有很高传输效率的仅用射频电压的射频四极杆来对离子进行聚焦和传输，即第一四极杆31为第一射频四极杆，二级腔体32由304不锈钢加工而成，罗茨泵33的抽速为60m3/h，二级真空3的真空度为10Pa左右。
三级真空4包括三级腔体42和第一分子泵43，其中，三级腔体42与二级腔体32通过第二skimmer7连通，第二四极杆41设置于三级腔体42的内部，第一分子泵43与三级腔体42连通以形成三级真空环境。具体地，由于在低真空环境中，离子与背景气体的剧烈碰撞，静电透镜已不足以聚焦和传输离子，本发明通过选择在低真空区域有很高传输效率的仅用射频电压的射频四极杆来对离子进行聚焦和传输，即第二四极杆41为第二射频四极杆，三级腔体42由304不锈钢加工而成，第一分子泵43的抽速为600L/min，三级真空4的真空度为10- 3Pa左右。
三级真空4还包括波纹管44、可插入闸板阀45和连接法兰46，其中，波纹管44连接在三级腔体42的底端，可插入闸板阀45通过连接法兰46连接在波纹管44和第三skimmer8之间。波纹管44的设置使得带电离子通过第三skimmer8的入射方向和第三skimmer8的开孔轴向具有一个微小的角度，例如1°～10°，以使得电喷雾离子源喷出的中性分子液滴被第三skimmer8阻挡而无法进入四级真空5中。可插入闸板阀45的设置用以在清洗一级真空2、二级真空3和三级真空4时保护四级真空5和分析质谱的高真空环境。
二级腔体32和三级腔体42为一体成型的异形腔体，从而减少多级真空腔体和连接法兰的数量，尽量避免多个腔体在加工和组装过程中的误差，并使得装配操作更加简易。二级腔体32朝向三级腔体42中突出，从而保证二级真空和三级真空中四极杆的安装空间，同时满足维持二级真空和三级真空的不同抽速真空泵的各自接口要求，提高了空间利用率。
四级真空5包括四级腔体(图未示)和第二分子泵52，其中，四级腔体与三级腔体42通过第三skimmer8连通，八极杆51设置于四级腔体的内部，第二分子泵52与四级腔体连通以形成四级真空环境。具体地，八级杆51为射频八级杆，四级腔体由304不锈钢加工而成，第二分子泵52的抽速为2200L/min，四级真空5的真空度为10-6Pa左右。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (9)
1.一种多级真空差分的电喷雾离子源引导装置，其特征在于，其包括：
用于产生带电离子的电喷雾离子源；
用于去溶剂化的一级真空；
具有用于离子引导的第一四极杆的二级真空；
具有用于离子引导的第二四极杆的三级真空；
具有用于离子引导的八级杆的四级真空；
其中，带电离子在一级真空中被去溶剂化后通过第一和第二四极杆及八级杆引导进入后续的分析质谱的高真空环境中，
一级真空和二级真空通过第一skimmer连通，二级真空和三级真空通过第二skimmer连通，三级真空和四级真空通过波纹管和第三skimmer连通以使得电喷雾离子源喷出的带电离子通过第三skimmer的入射方向和第三skimmer的开孔轴向具有角度而中性分子液滴被第三skimmer阻挡而无法进入四级真空。
2.根据权利要求1所述的电喷雾离子源引导装置，其特征在于，第一、第二和第三skimmer的直径分别为1 mm-3mm。
3.根据权利要求1所述的电喷雾离子源引导装置，其特征在于，三级真空和四级真空之间通过一个可插入闸板阀分隔真空，用以在清洗一级真空、二级真空和三级真空时保护四级真空和分析质谱的高真空环境。
4.根据权利要求1所述的电喷雾离子源引导装置，其特征在于，一级真空包括真空法兰、去溶剂化加热模块和机械泵，其中，真空法兰为限定一级真空的一级腔体，去溶剂化加热模块设置于真空法兰的内部并与电喷雾离子源连接，机械泵与一级腔体连通以形成一级真空环境。
5.根据权利要求4所述的电喷雾离子源引导装置，其特征在于，二级真空包括二级腔体和罗茨泵，其中，二级腔体与一级腔体通过第一skimmer连通，第一四极杆设置于二级腔体的内部，罗茨泵与二级腔体连通以形成二级真空环境。
6.根据权利要求5所述的电喷雾离子源引导装置，其特征在于，三级真空包括三级腔体和第一分子泵，其中，三级腔体与二级腔体通过第二skimmer连通，第二四极杆设置于三级腔体的内部，第一分子泵与三级腔体连通以形成三级真空环境。
7.根据权利要求6所述的电喷雾离子源引导装置，其特征在于，二级腔体和三级腔体为一体成型的异形腔体。
8.根据权利要求6所述的电喷雾离子源引导装置，其特征在于，二级腔体朝向三级腔体中突出。
9.根据权利要求6所述的电喷雾离子源引导装置，其特征在于，四级真空包括四级腔体和第二分子泵，其中，四级腔体与三级腔体通过第三skimmer连通，八极杆设置于四级腔体的内部，第二分子泵与四级腔体连通以形成四级真空环境。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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