大气采样辉光放电质谱仪的设计与应用.pdf

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1、第40卷分忻化学(FENXIHUAXUE)仪器装置与实验技术第4期2012年4月ChineseJournalofAnalyticalChemistry651～654大气采：样辉光放电质谱仪的设计与应用江游戴新华黄泽建熊行创方向(中国计量科学研究院，北京100013)摘要针对某些弱极性类物质难以通过大气压离子源直接电离的问题，提出基于大气采样辉光放电电离方式实现弱极性物质在大气压下直接进样、电离和质谱分析的方法。通过在大气压接口一四极质谱仪的第一级真空中的离子透镜上施加交流高压产生放电，简化了辉光放电离子源的设计，能直接离子化大气压接口吸入的物质，离子在离

2、子透镜的传输下进入四极杆质量分析器实现质谱分析。实验表明，本方法能电离电喷雾电离离子源和大气压化学电离离子源未能电离的弱极性物质——艾试剂，并且负离子工作模式比正离子工作模式的信号至少强4O倍。关键词大气采样；辉光放电；四极质谱；艾试剂；弱极性物质1引言有机氯农药是一类弱极性物质l1]，目前主要通过气相色谱一电子轰击电离离子源质谱联用仪检测，其分析过程需要高温气化样品，可能会分解主成分，导致有机氯农药标准物质杂质分析不准确；同时这种仪器面对多残留分析(Multiresidueanalysis)具有很大的局限性[2]。基于液相色谱一质谱联用仪器分析样品，可

3、以避免样品高温分解，也适合多残留分析，然而，这种仪器所普遍配置的离子源属于大气压离子源(例如电喷雾电离离子源和大气压化学电离离子源)不能电离有机氯样品_1]。目前，已经有许多关于复杂样品常压下直接电离的质谱研究的报道¨3]。通过比较未商业化的各种离子源发现，大气压采样辉光放电离子源_6具有电子轰击电离离子源类似的电离能力]，虽然不属于大气压离子源，但在较低真空环境工作，适合质谱仪的第一级真空腔中的真空度。目前，还未见采用辉光]改电离子源检测有机氯农药的报道。本研究根据质谱仪第一级真空系统中离子透镜的结构特点，施加交流高压，在其中一个离子透镜上产生辉光放电

4、，在大气压下直接进样检测有机氯农药艾试剂。2实验部分2．1仪器本研究采用自制的大气压接口质谱仪_8改造成的辉光放电质谱仪，由于大气压接口质谱仪第一级真空腔体的真空度符合辉光放电的要求，所以在第一级真空腔体中实施改造。该仪器的第一级真空系统组成结构剖面如图1a所示，在常规分析中，大气压下的离子通过加热的不锈钢管，进入第一级真空，锥形取样孔隔离第一级和第二级真空的气流；管状透镜用于将离子压缩到中心区域，导入第二级真空，再通过四极导引杆和片状透镜传输到第三级真空中的四极杆质量分析器，实现质荷比分离和检测；片状透镜也用于隔离二、三级真空气流。仪器的初级真空用SV

5、40BI机械泵(德国Leybold公司)抽取，抽速11L／s，第二级和第三级真空分别由TMH071和TMH262型分子泵(德国Pfeiffcr公司)抽取，抽速分别是60和210L／s。第一级真空腔的真空度为160Pa,第二级真空1．2Pa,第三级真空2．8mPa。在常规分析中，不锈钢管、管状透镜和锥形取样孔上施加有直流电压，用于形成电压梯度来传输离子，电压通常在±200V范围内，由于电压幅度不高，所以不会产生放电。2011-09-07收稿；201卜10-26接受本文系国家科技支撑计划(Nos．2009BAK5’)B03，2009BAK58B03)，十二五

6、仪器专项(No．20lyq090005)资助E-mail：jiangyou@him．ac．cn652分析化学第4O卷2．2产生辉光放电的方法产生辉光放电的区域如图1虚线框内所示。不锈钢管、管状透镜和锥形取样孑L同轴放置，不锈钢管的内径和外径分别为0．5O和1．59mm，插入管状透镜内约6mm；管状透镜是中空的不锈钢圆柱体，中心的通孔直径10mm，长11mm；锥形取样孔的孑L径lmm，深入管状透镜约1mm。不锈钢管和锥形取样孔接地，在管状透镜上施加交流高压后，管状透镜中心孔内将产生辉光放电，离子化通过不锈钢管从大气压中吸入的气态样品，再经过锥形取样孔和第二

7、级真空的离子导引传输到第三级真空中四极杆质量分析器，得到质谱信号。本研究施加在管状透镜上的交流高压电源型号BG-D12P101P(北京北理国科公司)，输出电压频率25kHz，空载时输出高压约4kV,放电时输出高压恒定，峰一峰值约840V输出电流峰值约10mA。第二级腔体：离子导引Secondstagevacuum：ionguider第三级腔体：p_q极杆和电子倍增器Fhirdstagevacuum0u磊、1rI●、＼／不锈钢管管状透镜锥形取样孔、＼一，Stainlesssteeltubefu。Skimmer图l大气压接口质谱仪第一级真空腔体中离子光学部件

8、机械结构原理图Fig．1Schematicdiagramoflensoffirs