ИСТОЧНИК ИОНОВ С ФОТОИОНИЗАЦИЕЙ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ Российский патент 2016 года по МПК H01J49/10 

Настоящее предлагаемое изобретение относится к области масс-спектрометрии и найдет широкое применение в масс-спектрометрии, спектрометрии подвижности ионов при решении задач органической и биоорганической химии, иммунологии, медицины, диагностики заболеваний, биохимических исследований, фармацевтики, токсикологии и экологии, проведении анализов в криминалистике и следовом анализе наркотиков и их метаболитов при ионизации исследуемых газообразных веществ методом фотоионизации при атмосферном давлении. Метод является современным методом «мягкой» ионизации, позволяющий получать молекулярные ионы анализируемых веществ в газовой фазе при атмосферном давлении [1]. Существующие источники ионов имеют ряд факторов, ограничивающих их работоспособность и аналитические параметры. Габариты ионизационной камеры существенно больше объема хроматографической фракции для капиллярной колонки ~0,03 мл, что приводит к перемешиванию фракции с фоновым газом в ионизационной камере и потере хроматографического разделения. Кроме того, происходит «напыление» фрагментов анализируемых органических веществ на поверхность прогреваемой ионизационной камеры и, в частности, на оптическое окно ультрафиолетового излучателя (помутнение), что снижает интенсивность ультрафиолетового излучения и, соответственно, уменьшает чувствительность, например, масс-спектрометрического анализа. Образовавшиеся пленки на внутренней поверхности ионизационной камеры приводят к их зарядке ионами и плохо контролируемой работе всего источника ионов в целом. Прогрев ионизационной камеры производится для устранения эффекта «памяти» - оседания предыдущих анализируемых веществ на поверхность ионизационной камеры и медленного их испарения (время, большее времени хроматографического разделения анализируемой смеси) при нормальных условиях.

Известны источники ионов с фотоионизацией при атмосферном давлении [1-3], в конструкции которых неотъемлемой частью является ионизационная камера. Пары анализируемых веществ в потоке газа-носителя, разделенные на хроматографической колонке, поступают в прогреваемую ионизационную камеру, ограничивающую пространство, в котором происходит ионизация под воздействием ультрафиолетового ионизирующего излучения при атмосферном или близким к нему давлении. Полученные ионы анализируемых веществ через диафрагму поступают на вход спектрометра. Ионизирующее излучение вводится в ионизационную камеру через оптическое окно от источника УФ-излучения. Соотношение объема ионизационной камеры к объему хроматографической фракции из капиллярной колонки для источника ионов [1] составляет около 5, а для источников ионов [2, 3] - до 1000. При темпе поступления хроматографических фракций в камеру источника ионов для не слишком сложных смесей около 10 фракций в минуту происходит перемешивание хроматографических фракций в ионизационной камере и потере хроматографического разделения. Полная замена парогазовой фракции в ионизационной камере при ее объеме хотя бы 10 мл и объемной скорости газа-носителя поступающего в ионизационную камеру из хроматографической колонки примерно 1-2 мл/мин, происходит через 5-10 минут. Таким образом, значительная часть хроматограммы нарушается.

Ближайшим из известных, выбранным в качестве прототипа является источник ионов с фотоионизацией при атмосферном давлении [1]. В этом источнике по сравнению с источниками, представленными в [2, 3], ионизационная камера радикально меньше по размерам, в 60-70 раз как минимум. Но и такая миниатюризация не устраняет выше перечисленные недостатки ионизационных камер в источнике ионов с фотоионизацией при атмосферном давлении.

Задачей изобретения является устранение потери хроматографического разделения в ионизационной камере, устранение эффектов помутнения оптического окна, уменьшение чувствительности, устранение «памяти» ионизационной камеры ранее проанализированных веществ.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве источника ионов с фотоионизацией при атмосферном давлении, содержащем прогреваемый выход капиллярной хроматографической колонки, к которому ортогонально расположен источник ионизирующего УФ-излучения, а выход колонки обдувается соосно ей полым газовым потоком азота, играющим роль ионизационной камеры, при этом суммарный газовый поток ориентирован на центр входной диафрагмы интерфейса спектрометра, а его объемная скорость немногим более объемной скорости потока газа поступающего в интерфейс через входную диафрагму. На фигуре 1 представлена схема реализации устройства источника ионов с фотоионизацией при атмосферном давлении. Поток газа носителя (1) из капиллярной колонки (2) располагается на оси полого газового потока азота (3), движущегося в том же направлении к входной диафрагме (4) интерфейса спектрометра. Между выходом из капиллярной колонки и интерфейсом ортогонально располагается источник ионизирующего УФ-излучения (5). Торец капиллярной колонки через источник постоянного регулируемого напряжения подключен к входной диафрагме интерфейса.

Из рисунка видно, что источник ионов с фотоионизацией при атмосферном давлении заявленной конструкции позволяет сохранить хроматографическое разделение в области фотоионизации и ввести ионы текущей фракции без перемешивания с другими фракциями в анализатор, а полый внешний газовый поток возможен любых размеров в поперечном сечении для эффективной транспортировки анализируемых ионов веществ. Кроме того, физическое отсутствие ионизационной камеры позволяет устранить эффекты помутнения оптического окна, уменьшения чувствительности, «памяти» ионизационной камеры ранее проанализированных веществ.

Источники информации

1. Патент SU 1159412 Способ масс-спектрометрического анализа газовой смеси. 23.12.1985. И.А. Ревельский, Ю.С. Яшин, В.Н. Вознесенский, В.К. Курочкин, Р.Г. Костяновский.

2. Патент US 2008/0048107 A1 Ion source for a mass spectrometer 02.28.2008 Charles Nehemiah Mcewen

3. Патент RU 2390069 C1 Спектрометр ионной подвижности. 27.03.2009. Сысоев А.А., Фролова А.С., Фролов И.С., Чернышев Д.М.

Изобретение относится к области ион-дрейфовой и масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении аналитических задач органической химии, криминалистики, метаболомики и медицины. Источник ионов с фотоионизацией при атмосферном давлении выполнен в виде полого газового потока азота, обдувающего прогреваемый выход капиллярной хроматографической колонки и одновременно выполняющего роль ионизационной камеры, отделяя внешний фоновый газ (лабораторный воздух) от потока газа-носителя, поступающего из хроматографической колонки вместе с ионизируемым веществом внутрь полого газового потока азота. Ортогонально потоку газов располагается источник ионизирующего ультрафиолетового излучения. Ионы, образовавшиеся вдоль оси потока газов, вместе с потоком поступают на вход в интерфейс анализатора. Для исключения побочных ион-молекулярных реакций в интерфейсе поток газов выбирается чуть больше, чем максимально может пропустить интерфейс (входная диафрагма), что позволяет исключить затягивание лабораторного воздуха с примесями и искажение аналитической информации. Технический результат - исключение эффекта «помутнения» оптического окна и загрязнения ионизационной камеры и повышение чувствительности прибора. 1 ил.

Устройство источника ионов с фотоионизацией при атмосферном давлении, включающее хроматографическую колонку, прогреваемый выход, которой находится в ионизационной камере, расположенной перед входом в интерфейс масс-спектрометра при атмосферном давлении, ионизационную камеру с окном из материала, прозрачного для ультрафиолетового излучения, источник ультрафиолетового излучения, отличающееся тем, что прогреваемый выход хроматографической колонки обдувается полой газовой струей азота, соосной и однонаправленной потоку газа-носителя из хроматографической колонки, в центр диафрагмы интерфейса, при этом линейные скорости потока газа-носителя и азота равны, а суммарный поток превышает поток газа, отбираемый в интерфейс прибора, источник ультрафиолетового излучения расположен ортогонально суммарному потоку газов.