本发明涉及质谱分析仪器，具体说是一种用于质谱分析的正负离子通用光电离源，其具体结构包括真空紫外光源、氟化镁光窗、进样管路、负离子电离区、第一锥孔电极、正离子电离区、第二锥孔电极、抽气泵、真空泵、静电传输透镜组和离子出口。本电离源通过合理的差分真空及电极结构设计，巧妙地将正离子光电离源和负离子光电离源相结合，并使其运行在各自合适的工作气压，从而实现对分析物同时进行正负离子高灵敏光电离，可极大地拓宽质谱仪器的电离范围，增强质谱仪器的定性能力。
1.用于质谱分析的正负离子通用光电离源，包括第一真空紫外光源（5）、第二真空紫外光源（8）、第一氟化镁光窗（4）、第二氟化镁光窗（9）、进样管路（2）、负离子电离区（22）、第一锥孔电极（7）、正离子电离区（23）、第二锥孔电极（14）、抽气泵（16）、真空泵（15）、静电传输透镜组（13）和离子出口（12）；其特征在于：以向上的方向为Y方向、向右的方向为X方向；
包括一密闭腔体（25），于密闭腔体（25）上壁面开设有通孔，于通孔内设置有第一锥孔电极（7），第一锥孔电极（7）四周边缘与通孔内壁面密闭连接；于密闭腔体（25）下壁面开设有作为离子出口（12）的通孔；
于密闭腔体（25）内第一锥孔电极（7）和离子出口（12）之间从上至下依次间隔设有第二锥孔电极（14）和中部带通孔的静电传输透镜组（13）；
于第一锥孔电极（7）上方沿Y方向依次设置有中部带通孔的板状绝缘密封环、中部带通孔的板状传输电极（21）、中部带通孔的板状绝缘密封环（20）、中部带通孔的板状推斥电极（3），进样管路（2）穿套于推斥电极（3）的中部通孔内；
进样管路（2）外壁面与推斥电极（3）的中部通孔内壁面密闭连接；推斥电极（3）下表面与其相邻的绝缘密封环（20）上表面之间密闭连接；传输电极（21）的上下表面分别与其相邻的绝缘密封环（20）之间密闭连接，第一锥孔电极（7）上表面与其相邻的绝缘密封环（20）下表面之间密闭连接；
沿Y方向的反方向从上至下依次设置的进样管路（2）、推斥电极（3）、绝缘密封环（20）中部通孔、传输电极（21）中部通孔、绝缘密封环中部通孔、第一锥孔电极（7）中部通孔、第二锥孔电极（14）中部通孔、静电传输透镜组（13）中部通孔和离子出口（12）同轴；
推斥电极（3）和第一锥孔电极（7）中间的区域为负离子电离区（22），第一锥孔电极（7）和第二锥孔电极（14）中间的区域为正离子电离区（23）；进样管路（2）沿Y方向反方向由外部穿过推斥电极（3）进入负离子电离区（22）内部，抽气管路（17）沿X方向由负离子电离区（22）内部穿过绝缘密封环（20）伸出至外部并与抽气泵（16）相连，抽气泵（16）与尾气管（19）相连；
第一真空紫外光源（5）置于负离子电离区（22）外部，其出射光线（6）沿X方向透过设置于推斥电极（3）和传输电极（21）之间绝缘密封环侧壁面上的第一氟化镁光窗（4）进入负离子电离区（22）；第二真空紫外光源（8）置于正离子电离区（23）外部，其出射光线（10）沿X方向透过设置于第一锥孔电极（7）和第二锥孔电极（14）之间的腔体侧壁面上的第二氟化镁光窗（9）进入正离子电离区（23）；正离子电离区（23）腔体侧壁通过焊接管路（18）与真空泵（15）相连；
样品（1）在抽气泵（16）的作用下通过进样管路（2）进入负离子电离区（22）；进入负离子电离区（22）的样品（1）在真空泵（15）的作用下通过第一锥孔电极（7）进入正离子电离区（23）；
负离子电离区（22）的气压为103 105 Pa，可通过抽气泵（16）的抽速及进样管路（2）的长~度及内径调节；正离子电离区（23）的气压为10 103 Pa，可通过真空泵（15）的抽速及第一锥~孔电极（7）孔径调节；
静电传输透镜组（13）由大于2个以上的内径相同的环状静电圆环（24）内部通孔同轴、间隔层叠组成，推斥电极（3）、传输电极（21）、静电圆环（24）和离子出口（12）均为中间设置有小孔的平板结构，第一锥孔电极（7）和第二锥孔电极（14）为带有锥形小孔的平板结构，它们均平行、中心孔同轴放置；各电极施加电压所用的电源均为正负可切换电源，便于正负模式切换。
2.根据权利要求1所述的正负离子通用光电离源，其特征在于：
进样管路（2）材质是金属或塑料，内径为1 10 mm；进样管路（2）外围通过金属块、金属~丝或加热带进行加热保温；进样管路（2）可同时引入分析物和试剂气体。
3.根据权利要求1所述的正负离子通用光电离源，其特征在于：
推斥电极（3）中间小孔直径大小为1 10mm；静电圆环（24）中间小孔直径大小为2 20mm；
离子出口（12）中间小孔直径大小为0.2 2mm；推斥电极（3）与第一锥孔电极（7）之间的距离~为10 100mm；第一锥孔电极（7）与第二锥孔电极（14）之间的距离为5 50 mm；第一锥孔电极~ ~（7）与第二锥孔电极（14）的锥孔直径为0.2 2 mm。
4.根据权利要求1所述的正负离子通用光电离源，其特征在于：
于推斥电极（3）、传输电极（21）、第一锥孔电极（7）和第二锥孔电极（14）上按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的电压V1、V2、V3、V4，在电离源内轴线方向形成大小为1 50 ~V/cm或-1 -50 V/cm的离子传输电场；于静电传输透镜组（13）中各静电圆环（24）上分别施~加一定直流电压Vi，其中i为静电圆环的个数，i大于1，对离子进行传输整形。
5.根据权利要求1所述的正负离子通用光电离源，其特征在于：
离子出口（12）与质量分析器相连，所述的质量分析器为飞行时间质量分析器、四极杆质量分析器或离子阱质量分析器。
6.根据权利要求1所述的正负离子通用光电离源，其特征在于：
第一真空紫外光源（5）和第二真空紫外光源（8）为气体放电灯光源、激光光源或同步辐射光源。
一种正负离子通用光电离源
技术领域
[0001] 本发明涉及质谱分析仪器，具体说是一种用于质谱分析的正负离子通用光电离源。本电离源通过合理的差分真空及电极结构设计，将正负离子光电离源相结合，并使其运行在各自合适的工作气压，从而实现对分析物同时进行正负离子高灵敏光电离。
背景技术
[0002] 电离源是质谱仪的核心部分，用于将中性分子转化为离子，是质谱分析的首要环节，其关乎到整个质谱仪系统的灵敏度、可分析范围、稳定性和分析的准确度等。电离源技术的每次进步与创新都会推动着质谱仪的新一轮发展，使得测试样品从早期的单一气体拓展到液体、固体，所能测的分子量越来越大，并逐步应用于高极性、难挥发和热不稳定样品的分析和生物大分子领域。
[0003] 通常使用最多的电离源大多为正离子电离源，其包括传统电子轰击电离源、光电离源、放电电离源等，其产物一般为带正电荷的分析物母离子或特征碎片离子；对于一些电负性较强的分析物，往往采用负离子电离源，其检测灵敏度更高，背景影响更小，选择性更好。
[0004] 光电离是样品分子通过吸收光子，使得能量达到或超过自身电离能后失去电子而产生电离的过程。光电离可直接通过上述过程对分析物进行电离，也可先对高浓度试剂气体进行光电离，产生试剂离子后再与分析物进行离子分子反应电离(化学电离)，两种情况均为正离子模式，其工作气压在103Pa以下较为合适。另外，光照射金属表面或被试剂气体吸收的同时会产生电子，电负性较强的分析物会直接吸附该电子而产生电离，即可实现负离子模式，该模式下的工作气压需高于103Pa，一般均在大气压(105Pa)下电离。因此，需要设计合理的结构以同时满足正负离子模式的工作气压。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于通过合理的差分真空及电极结构设计，将正负离子光电离源相结合，并使其运行在各自合适的工作气压，从而实现对分析物同时进行正负离子高灵敏光电离。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 用于质谱分析的正负离子通用光电离源，包括第一、第二真空紫外光源、第一、第二氟化镁光窗、进样管路、负离子电离区、第一锥孔电极、正离子电离区、第二锥孔电极、抽气泵、真空泵、静电传输透镜组和离子出口；其特征在于：
[0008] 以向上的方向为Y方向、向右的方向为X方向；
[0009] 包括一密闭腔体，于腔体上壁面开设有通孔，于通孔内设置有第一锥孔电极，第一锥孔电极四周边缘与通孔内壁面密闭连接；于腔体下壁面开设有作为离子出口的通孔；
[0010] 于腔体内第一锥孔电极和离子出口之间从上至下依次间隔设有第二锥孔电极和中部带通孔的静电传输透镜组；
[0011] 于第一锥孔电极上方沿Y方向中部带通孔的板状绝缘密封环、中部带通孔的板状传输电极、中部带通孔的板状绝缘密封环、中部带通孔的板状推斥电极，进样管路穿套于推斥电极的中部通孔内；
[0012] 进样管路外壁面与推斥电极的中部通孔内壁面密闭连接；推斥电极下表面与其相邻的绝缘密封环上表面之间密闭连接；传输电极的上下表面分别与其相邻的绝缘密封环之间密闭连接，第一锥孔电极上表面与其相邻的绝缘密封环下表面之间密闭连接；
[0013] 沿Y方向的反方向从上至下依次设置的进样管路、推斥电极、绝缘密封环中部通孔、传输电极中部通孔、绝缘密封环中部通孔、第一锥孔电极中部通孔、第二锥孔电极中部通孔、静电传输透镜组中部通孔和离子出口同轴；
[0014] 推斥电极和第一锥孔电极中间的区域为负离子电离区，第一锥孔电极和第二锥孔电极中间的区域为正离子电离区；进样管路沿Y方向反方向由外部穿过推斥电极进入负离子电离区内部，抽气管路沿X方向由负离子电离区内部穿过绝缘密封环伸出至外部并与抽气泵相连，抽气泵与尾气管相连；
[0015] 真空紫外光源置于负离子电离区外部，其出射光线沿X方向透过设置于推斥电极和传输电极之间绝缘密封环侧壁面上的氟化镁光窗进入负离子电离区；真空紫外光源置于负离子电离区外部，其出射光线沿X方向透过设置于第一锥孔电极和第二锥孔电极之间的腔体侧壁面上的氟化镁光窗进入正离子电离区；正离子电离区腔体侧壁通过焊接管路与真空泵相连；
[0016] 样品在抽气泵的作用下通过进样管路进入负离子电离区；进入负离子电离区的样品在真空泵的作用下通过第一锥孔电极进入正离子电离区；
[0017] 负离子电离区的气压为103～105Pa，可通过抽气泵的抽速及进样管路的长度及内径调节；正离子电离区的气压为10～103Pa，可通过真空泵的抽速及第一锥孔电极孔径调节；
[0018] 静电透镜组由大于2个以上的内径相同的环状静电圆环内部通孔同轴、间隔层叠组成，推斥电极、传输电极、静电圆环和离子出口均为中间设置有小孔的平板结构，第一锥孔电极和第二锥孔电极为带有锥形小孔的平板结构，它们均平行、中心孔同轴放置；各电极施加电压所用的电源均为正负可切换电源，便于正负模式切换。
[0019] 进样管路材质可以是金属或塑料，内径为1～10mm；进样管路外围可以通过金属块、金属丝或加热带等方式进行加热保温；进样管路可同时引入分析物和试剂气体。
[0020] 推斥电极中间小孔直径大小为1～10mm；静电圆环中间小孔直径大小为2～20mm；离子出口中间小孔直径大小为0.2～2mm。推斥电极与第一锥孔电极之间的距离为10～
100mm；第一锥孔电极与第二锥孔电极之间的距离为5～50mm；第一锥孔电极与第二锥孔电极的锥孔直径为0.2～2mm。
[0021] 于推斥电极、传输电极、第一锥孔电极和第二锥孔电极上按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的电压V1、V2、V3、V4，在电离源内轴线方向形成大小为1～50V/cm或-1～-50V/cm的离子传输电场。于静电传输透镜组中各静电圆环上分别施加一定直流电压Vi(i为静电圆环的个数，大于1)，对离子进行传输整形。
[0022] 离子出口与质量分析器相连，所述的质量分析器为飞行时间质量分析器、四极杆质量分析器或离子阱质量分析器。真空紫外光源为气体放电灯光源、激光光源或同步辐射光源。
[0023] 本发明通过合理的差分真空及电极结构设计，巧妙地将正离子光电离源和负离子光电离源相结合，并使其运行在各自合适的工作气压，从而实现对分析物同时进行正负离子高灵敏光电离，可极大地拓宽质谱仪器的电离范围，增强质谱仪器的定性能力，在高灵敏快速检测方面具有广阔的应用前景。
附图说明
[0024] 图1为本发明的一种正负离子通用光电离源。
具体实施方式
[0025] 请参阅图1，为本发明的用于质谱分析的正负离子通用光电离源，用于质谱分析的正负离子通用光电离源，包括第一、第二真空紫外光源(5、8)、第一、第二氟化镁光窗(4、9)、进样管路2、负离子电离区22、第一锥孔电极7、正离子电离区23、第二锥孔电极14、抽气泵16、真空泵15、静电传输透镜组13和离子出口12；
[0026] 以向上的方向为Y方向、向右的方向为X方向；
[0027] 包括一密闭腔体25，于腔体25上壁面开设有通孔，于通孔内设置有第一锥孔电极7，第一锥孔电极7四周边缘与通孔内壁面密闭连接；于腔体25下壁面开设有作为离子出口
12的通孔；
[0028] 于腔体25内第一锥孔电极7和离子出口12之间从上至下依次间隔设有第二锥孔电极14和中部带通孔的静电传输透镜组13；
[0029] 于第一锥孔电极7上方沿Y方向中部带通孔的板状绝缘密封环、中部带通孔的板状传输电极21、中部带通孔的板状绝缘密封环20、中部带通孔的板状推斥电极3，进样管路2穿套于推斥电极3的中部通孔内；
[0030] 进样管路2外壁面与推斥电极3的中部通孔内壁面密闭连接；推斥电极3下表面与其相邻的绝缘密封环20上表面之间密闭连接；传输电极21的上下表面分别与其相邻的绝缘密封环20之间密闭连接，第一锥孔电极7上表面与其相邻的绝缘密封环20下表面之间密闭连接；
[0031] 沿Y方向的反方向从上至下依次设置的进样管路2、推斥电极3、绝缘密封环20中部通孔、传输电极21中部通孔、绝缘密封环中部通孔、第一锥孔电极7中部通孔、第二锥孔电极14中部通孔、静电传输透镜组13中部通孔和离子出口12同轴；
[0032] 推斥电极3和第一锥孔电极7中间的区域为负离子电离区22，第一锥孔电极7和第二锥孔电极14中间的区域为正离子电离区23；进样管路2沿Y方向反方向由外部穿过推斥电极3进入负离子电离区22内部，抽气管路17沿X方向由负离子电离区22内部穿过绝缘密封环20伸出至外部并与抽气泵16相连，抽气泵16与尾气管19相连；
[0033] 真空紫外光源5置于负离子电离区22外部，其出射光线6沿X方向透过设置于推斥电极3和传输电极21之间绝缘密封环侧壁面上的氟化镁光窗4进入负离子电离区22；真空紫外光源8置于负离子电离区22外部，其出射光线10沿X方向透过设置于第一锥孔电极7和第二锥孔电极14之间的腔体侧壁面上的氟化镁光窗9进入正离子电离区23；正离子电离区23腔体侧壁通过焊接管路18与真空泵15相连；
[0034] 样品1在抽气泵16的作用下通过进样管路2进入负离子电离区22；进入负离子电离区22的样品1在真空泵15的作用下通过第一锥孔电极7进入正离子电离区23；
[0035] 负离子电离区22的气压为103～105Pa，可通过抽气泵16的抽速及进样管路2的长度及内径调节；正离子电离区23的气压为10～103Pa，可通过真空泵15的抽速及第一锥孔电极7孔径调节；
[0036] 静电透镜组13由大于2个以上的内径相同的环状静电圆环24内部通孔同轴、间隔层叠组成，推斥电极6、传输电极21、静电圆环24和离子出口12均为中间设置有小孔的平板结构，第一锥孔电极7和第二锥孔电极14为带有锥形小孔的平板结构，它们均平行、中心孔同轴放置；各电极施加电压所用的电源均为正负可切换电源，便于正负模式切换。
[0037] 进样管路2材质可以是金属或塑料，内径为1～10mm；进样管路2外围可以通过金属块、金属丝或加热带等方式进行加热保温；进样管路2可同时引入分析物和试剂气体。
[0038] 推斥电极6中间小孔直径大小为1～10mm；静电圆环24中间小孔直径大小为2～20mm；离子出口12中间小孔直径大小为0.2～2mm。推斥电极6与第一锥孔电极7之间的距离为10～100mm；第一锥孔电极7与第二锥孔电极14之间的距离为5～50mm；第一锥孔电极7与第二锥孔电极14的锥孔直径为0.2～2mm。
[0039] 于推斥电极6、传输电极21、第一锥孔电极7和第二锥孔电极14上按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的电压V1、V2、V3、V4，在电离源内轴线方向形成大小为1～50V/cm或-1～-50V/cm的离子传输电场。于静电传输透镜组13中各静电圆环24上分别施加一定直流电压Vi(i为静电圆环的个数，大于1)，对离子进行传输整形。
[0040] 离子出口12与质量分析器相连，所述的质量分析器为飞行时间质量分析器、四极杆质量分析器或离子阱质量分析器。真空紫外光源为气体放电灯光源、激光光源或同步辐射光源。
