[发明专利]单颗粒质谱仪及其激光电离装置和激光电离方法

说明书

本发明的实施例设计检测设备领域，提供了单颗粒质谱仪及其激光电离装置和激光电离方法。激光电离装置，包括牵引电场发生机构、时序控制板、电离脉冲激光器、用于气溶胶颗粒束进样的进样模块，三个探测激光发生器，以及与其一一对应的三个光电探测器。电离脉冲激光器包括泵浦模块、增益介质以及Q开关；时序控制板与泵浦模块和Q开关通信连接。时序控制板根据前两个光电探测器接受到的时间计算出泵浦模块的触发时间t₃，时序控制板检测到第二个光电探测器的信号待时间t₃后触发泵浦模块，检测到第三个光电探测器的信号后触发Q开关。单颗粒质谱仪包括上述激光电离装置。激光电离方法，包括采用上述的装置进行激光电离。上述装置电离打击率高。

技术领域

本发明涉及检测设备领域，具体而言，涉及一种单颗粒质谱仪及其激光电离装置和激光电离方法。

背景技术

单颗粒气溶胶在线检测质谱仪可以实时在线检测单颗粒气溶胶的空气动力学直径及其大气污染成分，是判定气溶胶形成的来源的重要手段。其基本原理是通过空气动力学方法测量气溶胶直径，再将气溶胶电离，电离形成的离子用质谱分析器进行检测。通过采用激光激发生物荧光探测模块，可以进一步针对空气中的生物气溶胶进行检测，对空气中的生物浓度检测、来源追踪等均有着重要作用。

单颗粒气溶胶的在线电离通常采用脉冲激光作为电离源。脉冲激光相对于连续激光具有峰值能量高的优点，能在较短的作用时间内对快速飞行的颗粒实现有效的电离打击。为了保证颗粒与电离激光有效作用，需要对气溶胶颗粒位置进行有效的检测。通常采用光电倍增管（PMT）及连续激光来检测颗粒的散射光信号实现。

现有的脉冲电离激光方案通常采用气体激光器，如氮气激光器、准分子激光器，其优点为激光器从接受触发信号到光的发射的时间间隔短(1us),可以在检测到气溶胶颗粒信号后，立即触发激光发射，实现颗粒的有效打击。但气体激光器却有着使用寿命低的问题，随着使用时间的延长，其激光的能量会逐渐衰减，导致设备使用一段时间后需要更换激光器，增加了设备的维护成本。

另外一种方案为采用调Q的固体激光器，其优点为设备工作稳定，单脉冲能量高，使用寿命长。但由于该类型调Q激光在出光前需要将增益晶体的电子泵浦到的高能级，需要较长的泵浦时间，所以其接受到触发信号到光的发射的时间间隔长100us。在使用该类型激光器时往往需要采用两路光电倍增管（PMT）及连续激光来检测颗粒的散射光信号，通过计算颗粒通过两个位置的光信号的时间差，得到颗粒的飞行速度，通过飞行速度来计算颗粒的到达电离位置的时间，即给激光器的触发信号的时间。在该方案下，要提高颗粒的电离打中率，必须要增大两路探测激光的距离，减少飞行时间的计算误差，从而提高电离激光打中飞行气溶胶颗粒的概率。但较长的飞行距离，会增加颗粒束的发散，导致电离打击率下降，并且较长的飞行距离也增大了设备的尺寸。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种单颗粒质谱仪及其激光电离装置和激光电离方法。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种单颗粒质谱仪的激光电离装置，包括进样模块、激光电离容器、第一探测激光发生器、第二探测激光发生器、第三探测激光发生器、第一聚焦光路模块、第二聚焦光路模块、第三聚焦光路模块、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、牵引电场发生机构、时序控制板以及电离脉冲激光器；

激光电离容器具有真空腔体，进样模块与真空腔体连通；

进样模块汇集到的气溶胶颗粒束进入真空腔体后，依次经过第一探测激光发生器的激光照射区域、第二探测激光发生器的激光照射区域、第三探测激光发生器的激光照射区域，颗粒经过上述激光照射区域产生的光信号依次被第一聚焦光路模块、第二聚焦光路模块、第三聚焦光路模块聚焦至第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器并被上述光电探测器转换为对应的电信号；