[发明专利]一种质谱进样电离装置及其工作方法

权利要求书

1.一种质谱进样电离装置，其特征在于：包括同轴设置的内筒与外筒；

所述内筒包括中空的导电筒、将导电筒一端开口封住的封板、设置在导电筒另一端开口处的锥形口一和设置在导电筒内壁上的加热电阻丝；

所述外筒包括中空的外壳、依次并列设置在外壳内壁上的若干分区电极、安装在外壳一端开口处的锥形口二和安装在外壳另一端开口处的聚焦组件；所述分区电极包括依次设置的金属衬底、半导体层和惰性金属层。

2.根据权利要求1所述的一种质谱进样电离装置，其特征在于：所述导电筒设有封板的一端安装有与导电筒内腔相通的通气导管；所述外壳上开设有气管孔；所述通气导管从气管孔中向外伸出，且通气导管与气管孔之间密封。

3.根据权利要求1所述的一种质谱进样电离装置，其特征在于：所述聚焦组件包括安装在外壳另一端开口处的绝缘环、安装在绝缘环内周壁上的聚焦电极和安装在绝缘环外侧的聚焦过滤锥；所述聚焦电极的宽度小于绝缘环的宽度；所述聚焦过滤锥上开设有后端出口；所述聚焦电极、聚焦过滤锥、内筒、外筒同轴设置。

4.根据权利要求1所述的一种质谱进样电离装置，其特征在于：所述锥形口一和锥形口二均为圆台形，二者的直径由内向外逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的一种质谱进样电离装置，其特征在于：所述加热电阻丝为螺旋状，且加热电阻丝与内筒内壁紧密贴合。

6.根据权利要求1所述的一种质谱进样电离装置，其特征在于：相邻分区电极之间设有狭缝；所述金属衬底设置在外筒内壁上，半导体层镀在金属衬底的内壁上，惰性金属层设置在半导体层的内壁上；所述半导体层为含纳米金属颗粒的半导体层。

7.根据权利要求3所述的一种质谱进样电离装置，其特征在于：所述内筒通过支撑环置于外筒中；所述内筒的锥形口一的外端从外筒的锥形口二中伸出，且锥形口一外端的外周壁与锥形口二外端的内周壁之间设有进样缝隙；所述内筒的封板与绝缘环之间留有空隙。

8.根据权利要求1所述的一种质谱进样电离装置，其特征在于：所述通气导管与气泵相连。

9.根据权利要求1所述的一种质谱进样电离装置，其特征在于：该装置还包括衬底分压电路和惰性层分压电路；所述衬底分压电路包括依次串联连接在电源与地之间的若干衬底分压电阻；所述惰性层分压电路包括依次串联连接在电源与地之间的若干惰性层分压电阻；各分区电极的金属衬底分别通过一根导线连接至衬底分压电路的不同电势点上，聚焦电极通过导线与衬底分压电路的最后一级相连，从锥形口二到绝缘环之间的各分区电极的金属衬底的电压以及聚焦电极的电压逐渐降低；各分区电极的惰性金属层分别通过一根导线连接至惰性层分压电路的不同电势点上，内筒与最后一级惰性金属层的电势相同；在同一个分区电极上，金属衬底的电压高于惰性金属层的电压。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的质谱进样电离装置的工作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)气态及易挥发物质的进样电离

无需开启气泵，在与后端出口相连的分析设备的低压作用下，待测物从进样缝隙中进入到内筒与外筒之间的区域；所述待测物为气体分子；

设置好衬底分压电路和惰性层分压电路的电压后，由于金属衬底的电压高于惰性金属层的电压，因此，在半导体层内形成梯度电场，梯度电场使得半导体层内的电子加速，由半导体层进入到惰性金属层中；同时由于惰性金属层上施加的电压使得惰性金属层的表面势垒降低，电子从惰性金属层中逃逸出来，进入到内筒与外筒之间的区域；当进入到内筒与外筒之间的气体分子遇到从惰性金属层逃逸出的电子后，气体分子与电子相互作用，气体分子失去最外层电子变成带正电的离子；

在内筒与外筒的轴向方向上，惰性金属层逐渐降低的电势形成梯度电场，梯度电场为轴向电场；在气流及梯度电场的作用下，待测物逐渐向后端出口处移动；在径向方向上，内筒与惰性金属层均为正电势，形成径向电场，待测物会被内筒和惰性金属层同时推斥，并在惰性金属层与内筒形成的环状空间中聚集，形成聚焦效应；在径向电场与轴向电场的共同作用下，待测物的离子从进样缝隙逐渐向后端出口运动，在到聚焦电极附近时，离子聚焦到中轴上，进而在电场与气流的作用下，从后端出口处排出，进入分析设备；

(2)难挥发物质的进样电离

气泵向内筒中泵入空气，空气在加热电阻丝的作用下被加热并从锥形口一喷出；加热的气体吹扫到难挥发待测物的表面后，在气流与温度的作用下，部分物质变成气态从待测物表面脱落，然后从进样缝隙中被吸入到内筒与外筒之间的区域中；

设置好衬底分压电路和惰性层分压电路的电压后，由于金属衬底的电压高于惰性金属层的电压，因此，在半导体层内形成梯度电场，梯度电场使得半导体层内的电子加速，由半导体层进入到惰性金属层中；同时由于惰性金属层上施加的电压使得惰性金属层的表面势垒降低，电子从惰性金属层中逃逸出来，进入到内筒与外筒之间的区域；当进入到内筒与外筒之间的气体分子遇到从惰性金属层逃逸出的电子后，气体分子与电子相互作用，气体分子失去最外层电子变成带正电的离子；

在内筒与外筒的轴向方向上，惰性金属层逐渐降低的电势形成梯度电场，梯度电场为轴向电场；在气流及梯度电场的作用下，待测物逐渐向后端出口处移动；在径向方向上，内筒与惰性金属层均为正电势，形成径向电场，待测物会被内筒和惰性金属层同时推斥，并在惰性金属层与内筒形成的环状空间中聚集，形成聚焦效应；在径向电场与轴向电场的共同作用下，待测物的离子从进样缝隙逐渐向后端出口运动，在到聚焦电极附近时，离子聚焦到中轴上，进而在电场与气流的作用下，从后端出口处排出，进入分析设备。