專利名稱：一種大面積原位檢測爆炸物的質(zhì)譜電離源及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于分析儀器，特別涉及一種原位、在線快速分析爆炸物的新電離源及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
原位、在線的分析在環(huán)境分析，食品分析，安檢等方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，長期以來，人們一直在尋求這樣的分析方法。質(zhì)譜分析法以其強大的定性功能受到廣泛的應(yīng)用。在質(zhì)譜分析發(fā)展的初期，由于質(zhì)譜需要在高真空中運行，需要多級的真空差分系統(tǒng)來滿足儀器的真空需要。大氣壓下化學(xué)電離源以及后來的電噴霧電離源可以在大氣壓下電離樣 品，但是為了減少其本地干擾，這些電離源一般是在高純氣體，比如氮氣氛圍下運行。2005年，普度大學(xué)的Cooks教授首先報到了一種新型的完全的大氣壓下電離源，解析電噴霧電離源，可以在空氣中直接使用，實現(xiàn)大氣壓下直接電離樣品，樣品無需任何的前處理，該技術(shù)使快速原位分析成為可能。解析電噴霧技術(shù)自從2005年問世以來，相關(guān)文章數(shù)量已經(jīng)達到2000多篇。這類大氣壓下的直接電離源，如今已經(jīng)發(fā)展出30多種，由于其是放置于質(zhì)譜外部進行電離，更換容易，操作方便，針對不同分析目標(biāo)可快速更換不同功能的電離源。這類大氣壓下的直接電離源結(jié)構(gòu)簡單、造價低，與微型質(zhì)譜聯(lián)用，可直接用于現(xiàn)場快速分析。隨著國際恐怖襲擊活動的不斷發(fā)生，爆炸物和毒劑的快速檢查正日益得到各國的重視。爆炸物檢測要求檢測速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場分析。離子遷移譜(MS)是目前最為常用的檢測儀，其檢測限在納克級，美國《分析化學(xué)》2004年上發(fā)表了一篇有關(guān)國家安全分析儀器文章，文中透露，世界各地機場的安檢部門已經(jīng)裝配了一萬多臺離子遷移譜爆炸物檢測儀。但是，MS分辨率低(30左右)，原位分析時，當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境條件波動時，誤報率會升高。質(zhì)譜儀定性好、分析時間短，一次檢測給出樣品的全譜，在近幾年的快速分析儀器中受到了廣泛的重視。離子阱質(zhì)譜分析器體積小，利于小型化，普度大學(xué)研制的微型離子阱總重量已經(jīng)降至8kg。大氣壓下的電離源與便攜式的微型質(zhì)譜聯(lián)用，對于爆炸物檢測具有得天獨厚的優(yōu)勢，大氣壓下電離無需樣品前處理，可以在物體表面直接進行爆炸物解吸電離，微型離子阱質(zhì)譜通過自身串級質(zhì)譜可以實現(xiàn)爆炸物快速的定性分析。在通常的大氣壓下的直接電離源設(shè)計中，電離面積比較小，已經(jīng)報道的介質(zhì)阻擋放電(DBD)電離源使用6毫米的玻璃管作為電離介質(zhì)，所以在進行大面積樣品分析時，需要對各個點逐步的進行掃描，耗費時間長才能得到整個面積內(nèi)的樣品信息。本發(fā)明以介質(zhì)阻擋放電電離源，設(shè)計了一種用于毒品和爆炸物的現(xiàn)場快速檢測電離方法，該電離方法與微型質(zhì)譜聯(lián)用可為機場安檢部門提供一個便攜的檢測手段。本

發(fā)明內(nèi)容
針對安檢快速檢測爆炸物和違禁化合物的需求，本發(fā)明設(shè)計一種用于在線質(zhì)譜分析的原位電離源。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種大面積原位檢測爆炸物的質(zhì)譜電離源，以二端開口的圓管狀結(jié)構(gòu)的玻璃或者陶瓷作為介質(zhì)，圓管狀結(jié)構(gòu)的介質(zhì)上沿軸向方向設(shè)有內(nèi)徑不同的二個區(qū)域，且此二個區(qū)域同軸，于這二個區(qū)域的介質(zhì)外壁面上分別設(shè)置有圓環(huán)狀放電電極和地電極，放電電極和地電極與介質(zhì)外壁面相貼接；放電電極位于小內(nèi)徑區(qū)域處的介質(zhì)上，施加高頻的射頻電壓；另一地電極位于大內(nèi)徑區(qū)域處的介質(zhì)上，與大地連接；該電離源利用介質(zhì)阻擋放電原理，可同時產(chǎn)生正負(fù)離子。于圓管狀介質(zhì)的管內(nèi)通入氦氣或者氬氣作為放電電離源的放電氣體。放電電極和地電極放置于管狀介質(zhì)的外表面，兩者之間的距離控制在I. 5-3厘米;小內(nèi)徑區(qū)域處的介質(zhì)外徑在O. 5-1. 5厘米之間，大內(nèi)徑區(qū)域處的介質(zhì)外徑在3-6 厘米之間，介質(zhì)的管壁厚度O. 2-0. 3厘米；大內(nèi)徑區(qū)域處介質(zhì)上的地電極與靠近大內(nèi)徑區(qū)域側(cè)的圓管狀介質(zhì)的開口端距離控制在2-3厘米之間。所述電離源設(shè)置于質(zhì)譜進樣口處，被檢測的樣品置于靠近大內(nèi)徑區(qū)域側(cè)的圓管狀介質(zhì)的開口端正下方2-4毫米處，即樣口表面與開口端距離為2-4毫米。所述開口端與質(zhì)譜進樣口處距離為O. 3-0. 5厘米。在線質(zhì)譜的進氣量比較小，質(zhì)譜本身的進氣量不足以直接吸取樣品離子進入到質(zhì)譜分析器中，在此情況下，添加輔助泵抽氣系統(tǒng)，把樣品離子連續(xù)的抽取到質(zhì)譜進樣口處，質(zhì)譜可直接吸取樣品離子進入分析器內(nèi)。于所述質(zhì)譜進樣口處設(shè)置有一氣動輔助裝置，通過氣動輔助裝置攜帶離子進入到質(zhì)譜中，所述氣動輔助進樣裝置包括T行管和抽氣泵；τ型管第一個端口套設(shè)于質(zhì)譜進樣口外壁上、并與質(zhì)譜進樣口外壁間相密封連接，T型管第二個端口與抽氣泵的進氣口相連，T型管第三個端口置于圓管狀介質(zhì)開口端的內(nèi)側(cè)。所述抽氣泵的抽氣速率控制在O. 1-0. 5L/min。該設(shè)計利用介質(zhì)阻擋放電原理，設(shè)計了一種大面積快速電離爆炸物的原位檢測電離源。樣品無需前處理，直接把電離源置于被測化合物的表面，爆炸物即可被電離，經(jīng)由在線質(zhì)譜后就可以得到樣品譜圖，根據(jù)譜圖中的樣品的核質(zhì)比，就可以快速確定相關(guān)爆炸物。


圖Ia)放電電離源結(jié)構(gòu)示意圖以及其放電狀態(tài)；b)抽氣輔助泵示意圖；圖2 —種樣品遠離進樣口位置快速檢測示意圖及其譜圖；圖3兩種樣品不同位置快速檢測示意圖及其譜圖；圖中1放電電極(施加高頻的射頻電壓)，2.地電極，3氦氣，4質(zhì)譜，5抽氣泵，6質(zhì)譜進樣口，7T行管，8放電覆蓋區(qū)域，9梯恩梯樣點，10 IOOng的梯恩梯樣點，11 IOOng的
三硝基苯樣點。
具體實施例方式本發(fā)明為一種原位、在線快速分析爆炸物的新電離源，該電離源采用介質(zhì)阻擋放電，設(shè)計了大面積的放電源，實現(xiàn)短時間內(nèi)物體表面積爆炸物的快速稽查。原位電離，樣品無需處理處理，與在線質(zhì)譜聯(lián)用。
該裝置總圖如圖I所示，一種大面積原位檢測爆炸物的質(zhì)譜電離源，以二端開口的圓管狀結(jié)構(gòu)的玻璃作為介質(zhì)，圓管狀結(jié)構(gòu)的介質(zhì)上沿軸向方向設(shè)有內(nèi)徑不同的二個區(qū)域，且此二個區(qū)域同軸，于這二個區(qū)域的介質(zhì)外壁面上分別設(shè)置有圓環(huán)狀放電電極和地電極，放電電極和地電極與介質(zhì)外壁面相貼接；放電電極位于小內(nèi)徑區(qū)域處的介質(zhì)上，施加高頻的射頻電壓；另一地電極位于大內(nèi)徑區(qū)域處的介質(zhì)上，與大地連接；該電離源利用介質(zhì)阻擋放電原理，可同時產(chǎn)生正負(fù)離子。該放電管為玻璃，玻璃管的壁厚為2mm，管尺寸分為兩部分，粗的一端外徑為5cm，細的一端外徑為1cm，使用銅作為電極直接粘貼在玻璃的外表面，細的一端接射頻的高壓，頻率為31kHz，電壓為10kV，粗的管端接地，兩個電極之間的距離為2cm，通入放電氣體氦氣，流速為1.2L/min，放電時的圖示如圖Ib所示。放電時調(diào)節(jié)電壓，可以使得兩個電極在360°的方向上都發(fā)生放電，放電氣體攜帶放電產(chǎn)生的亞穩(wěn)態(tài)氦氣分子解析電離物體表面的化合物。用該電源源用于質(zhì)譜分析時，將該電離源置于分析物體表面上方3_處，該空間會有空氣滲入，空氣將參與到分子離子反應(yīng)中，利于負(fù)離子加合電離化合物如PETN，RDX的電離。在線質(zhì)譜的進氣量比較小，質(zhì)譜本身的進氣量不足以直接吸取樣品離子進入到質(zhì)譜分析器中，在此情況下，添加輔助泵抽氣系統(tǒng)，把樣品離子連續(xù)的抽取到質(zhì)譜進樣口處，質(zhì)譜可直接吸取樣品離子進入分析器內(nèi)。在I. 7毫米的質(zhì)譜進樣管外端加內(nèi)徑3毫米、外徑5毫米的不銹鋼管，該不銹鋼管一個端口套設(shè)于質(zhì)譜進樣口外壁上、并與質(zhì)譜進樣口外壁間相密封，另外一端直接伸入到電離區(qū)內(nèi)部(靠近大內(nèi)徑區(qū)域側(cè)的圓管狀介質(zhì)的開口端的內(nèi)側(cè))，于靠近質(zhì)譜進樣口側(cè)的不銹鋼管側(cè)壁上設(shè)有一與抽氣泵的進氣口相連的開口，抽氣泵的抽氣速率維持在O. 5L/min的流量。質(zhì)譜進樣管口與抽氣泵進樣管之間距離為15毫米，具體參數(shù)如圖Ib所示。質(zhì)譜進樣管口與伸入到電離區(qū)內(nèi)部不銹鋼管端口距離為2-3厘米。實施例I當(dāng)該電離源與在線質(zhì)譜聯(lián)用時，結(jié)構(gòu)如圖2所示，質(zhì)譜的進樣口放置于電離源的大管徑中，IOOng的TNT樣品置于玻璃片表面上，該樣品點直徑6mm，樣品點距離質(zhì)譜進樣口為4cm,電離源置于玻璃片上方5mm處。放電氣體氦氣的流速為I. 2L/min,放電電壓為IOkV,頻率為31kHz。分析時間為3s，得到的譜圖如圖2所示，從譜圖中可以看到TNT的三個典型的峰，核質(zhì)比197，210，227，他們分別為[TNT-NO]—，[TNT-OH]—，[TNT]-。樣品電離后，樣品離子由質(zhì)譜的進樣口被吸入到質(zhì)譜分析器中，該實例說明在5cm的放電范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)化合物的有效電離，分析時間短。實施例2結(jié)構(gòu)如圖3所示，質(zhì)譜的進樣口放置于電離源的大管徑中，IOOng的TNT和IOOng的TNB樣品置于玻璃片表面上,每個樣品點直徑約為6mm,樣品點的排布如如所不,兩個樣品之間的距離為1cm，兩個樣品點距離質(zhì)譜進樣口的距離大概為I. 5cm和2cm。電離源置于玻璃片上方5mm處。地電極與端口距離為2cm，放電氣體氦氣的流速為I. 2L/min，放電電壓為10kV，頻率為31kHz。分析時間為3s，得到的譜圖如圖3所示，從譜圖中可以看到TNT的三個典型的峰，核質(zhì)比197，210，227，他們分別為[ΤΝΤ-ΝΟΓ，[ΤΝΤ-ΟΗΓ，[ΤΝΤΓ，看到TNB的典型峰183 [ΤΝΒ-Ν0] _，該實例說明在電離源范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)多種化合物的同時電離?！?br> 權(quán)利要求
1.一種大面積原位檢測爆炸物的質(zhì)譜電離源，其特征在于 以二端開口的圓管狀結(jié)構(gòu)的玻璃或者陶瓷作為介質(zhì)，圓管狀結(jié)構(gòu)的介質(zhì)上沿軸向方向設(shè)有內(nèi)徑不同的二個區(qū)域，且此二個區(qū)域同軸，于這二個區(qū)域的介質(zhì)外壁面上分別設(shè)置有圓環(huán)狀放電電極和地電極，放電電極和地電極與介質(zhì)外壁面相貼接； 放電電極位于小內(nèi)徑區(qū)域處的介質(zhì)上，施加高頻的射頻電壓；另一地電極位于大內(nèi)徑區(qū)域處的介質(zhì)上，與大地連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)譜電離源，其特征在于于圓管狀介質(zhì)的管內(nèi)通入氦氣或者氬氣作為放電電離源的放電氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)譜電離源，其特征在于放電電極和地電極放置于管狀介質(zhì)的外表面，兩者之間的距離控制在I. 5-3厘米； 小內(nèi)徑區(qū)域處的介質(zhì)外徑在O. 5-1. 5厘米之間，大內(nèi)徑區(qū)域處的介質(zhì)外徑在3-6厘米之間，介質(zhì)的管壁厚度O. 2-0. 3厘米；大內(nèi)徑區(qū)域處介質(zhì)上的地電極與靠近大內(nèi)徑區(qū)域側(cè)的圓管狀介質(zhì)的開口端距離控制在2-3厘米之間。
4.一種權(quán)利要求I所述質(zhì)譜電離源的應(yīng)用，其特征在于所述電離源設(shè)置于質(zhì)譜進樣口處，被檢測的樣品置于靠近大內(nèi)徑區(qū)域側(cè)的圓管狀介質(zhì)的開口端正下方2-4毫米處，SP樣口表面與開口端距離為2-4毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述質(zhì)譜電離源的應(yīng)用，其特征在于所述開口端與質(zhì)譜進樣口處距離為O. 3-0. 5厘米。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述質(zhì)譜電離源的應(yīng)用，其特征在于于所述質(zhì)譜進樣口處設(shè)置有一氣動輔助裝置，通過氣動輔助裝置攜帶離子進入到質(zhì)譜中， 所述氣動輔助進樣裝置包括T行管和抽氣泵；τ型管第一個端口套設(shè)于質(zhì)譜進樣口外壁上、并與質(zhì)譜進樣口外壁間相密封連接，T型管第二個端口與抽氣泵的進氣口相連，T型管第三個端口置于圓管狀介質(zhì)開口端的內(nèi)側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述質(zhì)譜電離源的應(yīng)用，其特征在于所述抽氣泵的抽氣速率控制在 O. 1-0. 5L/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種介質(zhì)阻擋放電電離源，該電離源使用30kHz的射頻電源作為放電電極，另外一個電極接地。放電電極以石英玻璃作為介質(zhì)，射頻高壓電極所在的石英玻璃管內(nèi)徑在10毫米，地電極所在石英玻璃管直徑50毫米。將該電離源與在線質(zhì)譜聯(lián)用，3秒中內(nèi)可檢測到直徑50毫米范圍內(nèi)的爆炸物樣品。
文檔編號H01J49/04GK102938360SQ20111023245
公開日2013年2月20日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者侯可勇, 花磊, 陳平, 崔華鵬, 李海洋 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所