一种用于软电离痕量气体检测的试剂离子选择器及方法与流程

本发明属于离子光学与质谱分析，具体涉及一种用于软电离痕量气体检测的试剂离子选择器及方法。

背景技术：

1、软电离痕量气体检测技术，例如选定离子流动管质谱和质子转移反应质谱，常利用预定试剂离子与样品气体中的挥发性有机物发生离子/分子反应。常用试剂离子包括质子化水离子h3o+、一氧化氮正离子no+和氧分子正离子o2+。不同试剂离子具有不同的反应路径和选择性，因此可用于扩展可检测化合物范围并改善复杂气体样品的定性和定量能力。

2、在此类仪器中，离子源或等离子体源通常会同时产生多种离子和离子簇。为了使后续反应区中的反应路径可控，通常需要在离子源之后选择单一试剂离子或预定试剂离子组合，并抑制其它副产物离子、水簇离子、邻近质量离子和旁瓣串扰。传统方案可以采用四极杆质量过滤器进行试剂离子选择，但四极杆结构、射频/直流稳定区控制、机械同轴度和真空集成会增加小型化在线设备的复杂度。

3、对于便携式或在线式voc监测设备，希望获得一种电控、无磁场、可快速切换试剂离子模式的前级离子选择模块。该模块不需要承担未知物全谱质量分析功能，而是需要在少数已知目标m/z处稳定放行试剂离子，并将非目标离子排除出经标定的目标通过窗口，从而提高下游反应区和检测器的选择性、稳定性和抗污染能。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提一种用于软电离痕量气体检测的试剂离子选择器及方法。

2、根据本技术的一个方面，公开了一种用于软电离痕量气体检测的试剂离子选择器，所述试剂离子选择器设置于软电离离子源与下游反应区之间，包括：

3、离子源接口，用于接收所述软电离离子源产生的包含多种试剂离子及副产物的混合离子束；

4、至少一个相位滑移选择级，沿离子飞行方向设置，每个所述相位滑移选择级包括两个或两个以上串联的成对作用单元，每个所述成对作用单元包括第一横向电场作用区和第二横向电场作用区；所述第一横向电场作用区用于施加第一时间函数横向电场，所述第二横向电场作用区用于施加与所述第一时间函数横向电场极性相反、且存在预设延迟的第二时间函数横向电场；其中，时间函数横向电场为随时间周期性变化的横向电场；

5、入口束流调理及同步门控单元，用于对进入所述相位滑移选择级的离子束限制在预定入口相位窗口内；

6、经标定的目标通过窗口，设置于所述相位滑移选择级的出口侧，用于筛选目标试剂离子；

7、侧向收集单元，用于吸收或导出偏离所述目标通过窗口的非目标试剂离子；

8、下游反应区接口，用于将通过所述目标通过窗口的目标试剂离子注入下游反应区；

9、控制器，存储有对应不同目标试剂离子的编码参数组，所述控制器根据所述编码参数组控制所述第一横向电场作用区和第二横向电场作用区的驱动波形，使目标试剂离子在所述第一横向电场作用区以及第二横向电场作用区获得的横向冲量抵消并落入所述目标通过窗口，或控制非目标离子因质荷比差异产生相位滑移，导致横向冲量无法抵消而偏离所述目标通过窗口。

10、在一些实施例中，所述目标试剂离子包括h3o+、no+、o2+中的一种或多种。

11、在一些实施例中，所述控制器存储有多个试剂离子模式的编码参数表，所述控制器根据采样序列在不同试剂离子模式之间切换，并同步调整所述入口束流调理及同步门控单元的触发时序，使其与被选试剂离子模式的调制相位保持预定同步关系。

12、在一些实施例中，所述第一横向电场作用区和第二横向电场作用区分别由一对相对设置的板状电极形成，所述混合离子束从相对设置的板状电极之间的通道穿过；单片板状电极沿离子飞行方向的长度为3mm～10mm，所述第一横向电场作用区与第二横向电场作用区的两轴向中心间距为5mm～30mm，所述通道的相对的两内边间距为6mm～16mm，单个相位滑移选择级包含2～20个所述成对作用单元。

13、在一些实施例中，所述选择器包括两个或两个以上串联的相位滑移选择级，不同相位滑移选择级采用不同的调制频率、相位步进、延迟系数或目标通过窗口标定位置。

14、在一些实施例中，所述相位滑移选择级设置于差分抽气区、低压离子光学区或平均自由程足以保持离子飞行时间相干性的前级区域。

15、在一些实施例中，所述下游反应区接口连接有选定离子流动管、质子转移反应漂移管、化学电离反应室、离子迁移管、质谱分析器或离子计数器，所述下游反应区接口包括减速电极、静电透镜、缓冲气热化区、离子漏斗、孔口注入结构或漂移场匹配电极中的一种或多种，用于将经选择的目标试剂离子以目标反应能量和束流状态注入所述下游反应区接口所连接的选定离子流动管、质子转移反应漂移管、化学电离反应室、离子迁移管、质谱分析器或离子计数器。

16、在一些实施例中，所述相位滑移选择级还包括驱动单元，所述驱动单元包括多通道相位同步高压放大器、波形发生器、延迟锁相单元、阻抗匹配网络和屏蔽馈通结构中的一种或多种；所述板状电极设置有护环电极、接地屏蔽、端部补偿电极、有限宽度补偿结构或标定查表补偿中的一种或多种。

17、在一些实施例中，所述侧向收集单元包括接地吸收板、带负压的收集极或限束狭缝，用于吸收或导出未通过所述目标通过窗口的离子源副产物、邻近质量离子或水合簇离子。

18、根据本技术的另一个方面，还公开了一种用于软电离痕量气体检测方法，所述方法基于上述任一项所述的用于软电离痕量气体检测的试剂离子选择器执行，所述包括：

19、s1，通过离子源接口接收软电离离子源产生的包含多种试剂离子及副产物离子的混合离子束；

20、s2，控制入口束流调理及同步门控单元对所述混合离子束进行束流调理，通过同步门控或束团化控制，使所述混合离子束在预定入口相位窗口内进入相位滑移选择级；

21、s3，控制所述相位滑移选择级根据目标试剂离子的质荷比和参考动能，加载对应的相位滑移编码参数，向第一横向电场作用区施加第一时间函数横向电场，向第二横向电场作用区施加与所述第一时间函数极性相反、且存在预设延迟的第二时间函数横向电场，使目标试剂离子在所述第一横向电场作用区、所述第二横向电场作用区获得的横向冲量抵消，落入经标定的目标通过窗口，以筛选出所述目标试剂离子；使非目标离子因质荷比差异产生相位滑移，横向冲量无法抵消而发生横向偏转，偏离所述目标通过窗口后被吸收或导出；

22、s4，将经选择的目标试剂离子注入下游反应区。

23、本发明包括但不限于如下有益效果：（1）与传统四极杆试剂离子选择结构相比，本发明不依赖四极杆稳定区作为主要分离机理，而是利用目标试剂离子成对反向横向冲量抵消和非目标离子相位滑移偏转实现选择。该结构可作为软电离voc检测仪的紧凑型前级离子门；（2）与单级时间偏转离子门相比，本发明可优选采用多级不同编码参数或同一物理级的多种可切换编码模式，能够降低单一周期性相位调制带来的旁瓣通带风险，提高对邻近质量离子和离子源副产物的抑制能力；（3）本发明可在h3o+、no+、o2+等试剂离子模式之间快速切换，使同一气体样品在不同软电离反应路径下被检测，从而提高对voc、异味气体、工业泄漏气体、呼气标志物和食品顶空挥发物的靶向识别能力。