[发明专利]大气压环境下制备水自由基阳离子团簇的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物医疗、质谱分析、催化、合成和辐射化学、气体放电物理等相关技术领域，具体涉及到一种大气压环境下制备水自由基阳离子团簇的方法及装置。

背景技术

水是生命之源，是人类赖以生存和发展不可缺少的重要资源之一。水自由基阳离子及团簇由水经过辐射(太阳紫外辐射、X射线辐射等)或简单电离(电子、宇宙射线)产生，是中高层大气离子的主要成分之一。水自由基阳离子团簇(H₂O)_n^+.反应活性非常强，极易与一系列非极性有机化合物分子发生反应，其产生的羟基自由基是引起人类衰老和许多疾病的重要因素，例如癌症、多发性硬化症、帕金森疾病、免疫系统疾病等。因此，大量水自由基阳离子团簇的制备和研究对于推动生物医疗、天体和大气物理、水生态环境、催化、合成及辐射化学、质谱分析等学科领域的发展具有极其重要的意义。

然而，由于自由基非常活泼，寿命非常短，而且其存在依赖于特定的反应环境，因此给水自由基阳离子团簇的制备和研究带来了极大的困难。目前，制备水自由基阳离子团簇一般是在溶液中进行，主要方法包括，电子辐射法、过氧化氢法等。气相水自由基阳离子团簇通常利用超声分子束和电子轰击质谱法或者通过真空紫外光致电离进行制备和表征，但这些方法一般都是在真空条件下进行，并且所需要的用到的装置体积庞大、能耗高、制备有危害副产物、对环境条件依赖大等。因此，对于水自由基阳离子团簇的研究和应用有很大的局限性。

由上述可知，目前制备水自由基阳离子团簇的方法有诸多不足，发明一种能在常温常压下可以快速稳定制备大量的水自由基阳离子团簇的方法，对于满足现实需要具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够在常温常压环境下稳定制备大量水自由基阳离子团簇的方法及装置。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

本发明提供了一种大气压环境下制备水自由基阳离子团簇的方法，其中，采用一根不锈钢的圆锥形放电针，通过对针尖施以3～6KV高压，以常压下一定湿度的空气为试剂，通过高压电晕放电产生水自由基阳离子团簇(H₂O)_n^+.。

作为优选，将湿度为40～60％的空气传送给放电针后，对放电针加3.5kV的高电压，放电针尖端产生电晕放电，空气中的水蒸气被电离成水的自由基阳离子和质子化的离子，在所述放电针针尖水平距离22mm处设有一锥形对电极，并使上述离子的输出通道的温度保持在140℃。

本发明还提供了一种大气压环境下制备水自由基阳离子团簇的装置，其中，其具有框架结构的一电离反应腔体，内部设有一电离通道、一输出通道、一不锈钢的圆锥形放电针设于所述电离通道内，所述放电针除针尖和接高压电部分均涂有绝缘漆，所述电离通道内部还设有一个能引入具有一定湿度的空气通过所述电离通道进入电离反应腔体的辅助气体通道。

作为优选，所述电离反应腔体还内置一样品引入通道、一个锥形对电极，所述输出通道设于所述锥形对电极上，所述电离通道和样品引入通道间的夹角为60～90°、电离通道和锥形对电极间的夹角为60～80°、样品引入通道和锥形对电极间的夹角为60～80°。

作为优选，还包括一能对锥形对电极的温度进行调控环形加热器，所述环形加热器设于所述锥形对电极内的输出通道外。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果是：

相比现有技术，本发明放的放电针尖端与锥形对电极的开口处在同一水平线上，放电后所制备的离子通过输出通道输出，本发明中，电离通道内有一气体接口，其特点是：当空气湿度较低时，可以通过水吹气泡法补充水蒸气；当空气湿度较高时，也可以不通任何气体直接电离空气中的水蒸气，空气湿度一般控制在60％为宜。本发明还提供一种能够在常温常压下，快速稳定的制备大量的水自由基阳离子团簇，可以与通入的样品进行分子离子反应。所述质谱分析方法中，辅助气体为带有水蒸气的氮气、氦气、氩气等惰性气体。样品引入通道引入的样品，一般为气体样品或者是雾化的样品。

采用以上设计，本发明在电离通道放电稳定的制备大量的水自由基阳离子团簇，在输出通道输出直接用于科学研究；也可以在电离通道制备大量水自由基的同时，在样品引入通道通入其它化学物质进行分子离子反应，反应产物从输出通道输出。其设计巧妙，使用方便，应用范围广泛，可以对生物医疗、天体和大气物理、水生态环境、催化、合成及辐射化学、质谱分析等诸多领域的发展有着极大地推动作用。

附图说明