CN101419190A - 基于外离子源的离子进样方法及质谱分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于外离子源的离子进样方法，该方法包括以下步骤：a.降低真空系统内的压强，开启连接在外离子源和离子捕获模块之间的阀门，外离子源产生的样品离子通过所述阀门进入真空系统内的离子捕获模块，并被收集；b.真空系统内的压强上升，关闭所述阀门，不再有样品离子通过阀门进入离子捕获模块；c.所述阀门按照步骤a、b中的工作方式开启、关闭若干次，使外离子源产生的样品离子间断地进入离子捕获模块内，并累积。本发明还公开了一种应用上述进样方法的质谱分析方法。本发明具有测量灵敏度高、功耗低、应用范围广等优点，可广泛应用小型化或便携式质谱仪中，拓展了上述小型化或便携式质谱仪的应用领域，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及质谱分析，特别涉及一种基于外离子源的离子进样方法及应用该进样方法的质谱分析方法。
背景技术
质谱分析法是一种通过测定被测样品离子的质荷比来分析被测样品的方法，广泛应用在气体、液体、固体的精确分析中。
质谱仪通常包括离子源、进样系统、质量分析器、检测器和真空系统，真空系统由真空室和泵组成，而质量分析器、检测器设置在真空室内。质谱分析的基本原理为：在离子源内被测样品首先要离子化，得到带有样品信息的离子；在真空系统内，不同离子在电场或磁场的运动行为的不同，按质荷比(m/z)的不同把离子分开，从而得到质谱；分析被测样品的质谱和相关信息，可得到被测样品的定性或定量分析结果。
离子源分为内离子源和外离子源。与内离子源相比较，外离子源具有诸多优势，如：
1、可测试样品种类多，可以分析气体、液体和固体物质。
2、离子化方式种类多样，可灵活选择。
3、对质量分析器的污染小。
因此，目前大部分质谱仪都采用外离子源，只有少部分小质谱仪因为重量、体积等原因选用了内离子源。
但是，对于一些在大气环境下电离的外离子源，如电喷雾源(ESI)、大气压化学电离源(APCI)、电喷雾源(AP-MALDI)、解吸附电喷雾源(DESI)、大气压电介质阻碍放电离子源(DBDI)、电喷雾辅助激光解析离子源(ELDI)、大气压固体分析探头(ASAP)等，这些离子源在大气条件下离子化，而质量分析器和检测器需要在高真空条件下工作，目前多采用多级真空室的设计来传输离子，各级真空室之间通过小孔传输离子。比如，热电Finnigan公司的LTQ离子阱质谱仪，该质谱仪通过四级真空室来达到质量分析器和检测器对真空度的要求，其中，用两个650L/min的旋叶泵抽第一级真空，然后用一个400L/s的分子泵抽第二级、第三级、第四级真空，经过四级真空室，离子阱和质量分析器所处的真空室压强达到<10-5Torr。
但采用上述多级真空室设计的外离子源质谱仪具有诸多不足，如：
1、离子传输效率大约有0.1％，可见离子在传输过程中损失非常严重。
2、质谱仪结构复杂、体积庞大、能耗高。
因此，外离子源通常应用在实验室台式质谱仪中，无法在小型化或便携式质谱仪中使用。
小型化或者便携式质谱仪具有能耗低、体积小、重量轻、使用方便、维护简单、测量速度快等突出优势，在现场快速检测、环境监测、突发事件处理中具有很好的应用前景。而为了减轻重量、降低能耗和缩小体积，小型化或者便携式质谱仪的分子泵抽速一般低于10L/s，为确保真空度满足分析要求，离子化过程在真空室内完成，即采用内离子源。
但是，采用内离子源的小型化或便携式质谱仪也有诸多不足，如：
1、离子化过程在真空室内完成，所以质量分析器容易受到污染，长时间使用后背景噪声大。
2、采用内离子源，分子离子反应剧烈，影响分析结果。
3、内离子源方式只能分析气体和部分易挥发的液体，应用范围小。
质谱仪目前广泛应用在食品安全检测、公共安全检测(毒品，毒物和危险化学品)、生物医药检测和土壤检测等领域，这些应用领域中的样品多为固体粉末或非挥发性液体，通常需要采用外离子源才能实现检测，内离子源方式的质谱仪较难应用于这些领域。应用领域从而受到较大限制。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种功耗低、测量灵敏度高、应用范围广的基于外离子源的离子进样方法及应用该方法的质谱分析方法。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于外离子源的离子进样方法，包括以下步骤：
a、降低真空系统内的压强，开启连接在外离子源和离子捕获模块之间的阀门，外离子源产生的样品离子通过所述阀门进入真空系统内的离子捕获模块，并被收集；
b、真空系统内的压强上升，关闭所述阀门，不再有样品离子通过阀门进入离子捕获模块；
c、所述阀门按照步骤a、b中的工作方式开启、关闭若干次，使外离子源产生的样品离子间断地进入离子捕获模块内，并累积。
作为优选，所述阀门的工作模式为重复以下过程：真空系统压强逐渐下降，当达到最低压强Pmin时，触发阀门开启；真空系统压强逐渐上升，当达到最高压强Pmax时，触发阀门关闭。
所述最高压强Pmax由真空系统中泵的工作特性决定，最高压强Pmax接近但不超过泵的截止工作气压。
作为优选，所述最低压强Pmin可通过如下步骤确定：
(1)保持最高压强Pmax和泵的抽速不变，以一真空系统压强Pmin1作为最低压强Pmin，阀门按照其工作模式开启、关闭m次，外离子源产生的样品离子通过所述阀门进入真空系统内离子捕获模块的次数为m次，记录m次进样所需要的总时间t1，测量m次进样后真空系统内检测器的强度信号S1；其中，m次进样后检测器的强度信号不饱和；
(2)将真空系统压强Pmin1改变为Pmin2，Pmin3…Pminn，重复上述步骤(1)，分别记录在不同压强Pmin2，Pmin3…Pminn下进行m次进样所需要的总时间t2，t3…tn，以及对应的检测器强度信号S2，S3…Sn；
(3)分别计算
其中最大值对应的压强就是真空系统允许的最低压强Pmin。
作为优选，所述外离子源是脉冲式工作，外离子源的工作步调和所述阀门一致。
离子捕获模块是质量分析器或中间级离子存储设备。
作为优选，所述质量分析器是RF装置或傅立叶变换回旋共振质量分析器，RF装置包括是四极离子阱、矩形离子阱、圆柱形离子阱、环型离子阱中的任一种。
所述中间级离子存储设备与质量分析器相耦合。
作为优选，与中间级离子存储设备相耦合的质量分析器是质量过滤器、RF装置、傅立叶变换回旋共振质量分析器、飞行时间质量分析器、磁扫描质量分析器中的任一种，RF装置包括是四极离子阱、矩形离子阱、圆柱形离子阱、环型离子阱中的任一种。
作为优选，采用自动增益控制、选择离子存储、选择离子弹出、选择离子监测、分子离子反应、全扫描、多级质谱中的任意组合来实现操控和分析离子捕获模块内的样品离子。
本发明还提出了一种基于外离子源的质谱分析方法，包括以下步骤：
a、降低真空系统内的压强，开启连接在外离子源和离子捕获模块之间的阀门，外离子源产生的样品离子通过所述阀门进入真空系统内的离子捕获模块，并被收集；
b、真空系统内的压强上升，关闭所述阀门，不再有样品离子通过阀门进入离子捕获模块；
c、所述阀门按照步骤a、b中的工作方式开启、关闭若干次，使外离子源产生的样品离子间断地进入离子捕获模块内，并累积；
d、操控和分析离子捕获模块内的样品离子，得到样品的离子强度信号。
作为优选，所述阀门的工作模式为重复以下过程：真空系统压强逐渐下降，当达到最低压强Pmin时，触发阀门开启；真空系统压强逐渐上升，当达到最高压强Pmax时，触发阀门关闭。
所述最高压强Pmax由真空系统中泵的工作特性决定，最高压强Pmax接近但不超过泵的截止工作气压。
作为优选，所述最低压强Pmin可通过如下步骤确定：
(1)保持最高压强Pmax和泵的抽速不变，以一真空系统压强Pmin1作为最低压强Pmin，阀门按照其工作模式开启、关闭m次，外离子源产生的样品离子通过所述阀门进入真空系统内离子捕获模块的次数为m次，记录m次进样所需要的总时间t1，测量m次进样后真空系统内检测器的强度信号S1；其中，m次进样后检测器的强度信号不饱和；
(2)将真空系统压强Pmin1改变为Pmin2，Pmin3…Pminn，重复上述步骤(1)，分别记录在不同压强Pmin2，Pmin3…Pminn下进行m次进样所需要的总时间t2，t3…tn，以及对应的检测器强度信号S2，S3…Sn；
(3)分别计算
其中最大值对应的压强就是真空系统允许的最低压强Pmin。
作为优选，所述外离子源是脉冲式工作，外离子源的工作步调和所述阀门一致。
离子捕获模块是质量分析器或中间级离子存储设备。
作为优选，所述质量分析器是RF装置或傅立叶变换回旋共振质量分析器，RF装置包括是四极离子阱、矩形离子阱、圆柱形离子阱、环型离子阱中的任一种。
所述中间级离子存储设备与质量分析器相耦合。
作为优选，与中间级离子存储设备相耦合的质量分析器是质量过滤器、RF装置、傅立叶变换回旋共振质量分析器、飞行时间质量分析器、磁扫描质量分析器中的任一种，RF装置包括是四极离子阱、矩形离子阱、圆柱形离子阱、环型离子阱中的任一种。
作为优选，采用自动增益控制、选择离子存储、选择离子弹出、选择离子监测、分子离子反应、全扫描、多级质谱中的任意组合来实现操控和分析离子捕获模块内的样品离子。
本发明的基本原理为：当离子传输通道开启(通过阀门控制)用于最大程度地进样时，真空室内的压强瞬时大幅度升高，在这段时间内，所有的高压电源关闭，只有用于捕获离子的低压射频电压开启；离子传输进入真空室之后，传输通道关闭(通过阀门控制)，在泵的抽运下，真空室内的压强逐渐降低；传输通道反复开启和关闭若干次，使离子捕获模块内的样品离子累积；关闭传输通道，当真空室内达到用于离子控制和离子分析的最佳压强时，开启高压电源，同时扫描RF电压到高压进行质量分析。
本发明创造性地提高了小型化或便携式外离子源质谱仪的检测灵敏度，并解决了应用当中的技术问题。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、创造性地提高了小型化或便携式外离子源质谱仪的检测灵敏度，大大拓展了小型化或便携式质谱仪的应用领域，具有很好的应用前景。
2、真空泵抽速要求降低，用一级真空室代替传统的多级真空室，简化了质谱仪的结构、减小了体积、降低了能耗。
3、样品进样方式灵活。
4、离子传输效率明显提高。
5、采用外离子源，减小了样品对质量分析器的污染。
6、采用了多种外离子源进样，可测试样品种类多，可以分析气体、液体和固体物质。
7、可灵活选择自动增益控制(AGC)、多级质谱(MSn)分析、选择离子控制等工作模式，提高了质谱仪的灵敏度和适应性，扩大了仪器的应用范围。
附图说明
图1为实施例1中基于外离子源的质谱分析系统的结构示意图；
图2为实施例1中离子进样装置的结构示意图；
图3为实施例1、2中真空室压强变化示意图；
图4为实施例1中基于外离子源的离子进样方法的工作时序图；
图5为实施例2中基于外离子源的离子进样方法的工作时序图；
图6为实施例3、4中真空室内压强变化示意图；
图7为实施例3、4中自动增益控制的工作时序图；
图8为实施例4中多级质谱过程的谱图；
图9为实施例4中多级质谱过程的工作时序图；
图10为实施例5中选择离子存储的工作时序图；
图11为实施例5、6中真空室内压强变化示意图；
图12为实施例6中带中间级离子存储设备的质谱分析系统。
具体实施方式
以下实施例对本发明的结构、功能和应用等情况做了进一步的说明，是本发明几种比较好的应用形式，但是本发明的范围并不局限在以下的实施例。
实施例1：
如图1所示，一种基于外离子源的质谱分析系统，包括外离子源1、离子进样装置2、真空系统、离子捕获模块4和检测器5。
所述外离子源1是连续工作的电喷雾源。
所述离子捕获模块4采用质量分析器，具体为矩形离子阱，设置在真空系统中。
所述检测器5是电子倍增管。
所述真空系统包括真空室31、分子泵32和隔膜泵33。
如图2所示，离子进样装置2由夹管阀21、硅胶管22和两根不锈钢毛细管23、24构成。夹管阀21用来控制流路的导通与关闭，流路则由一个硅胶管22和两根不锈钢毛细管23、24构成。硅胶管22用于连接两根不锈钢毛细管23、24。连接外离子源1的毛细管23控制流导；毛细管24连接矩形离子阱。
本实施例揭示了一种基于外离子源的离子进样方法，如图3、4所示，包括以下步骤：
a、在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到最低压强Pmin时，触发开启夹管阀21；所述最低压强Pmin可人为设定，如Pmin＝10-3Torr；
夹管阀21打开后，电喷雾源产生的离子通过夹管阀21及流路进入矩形离子阱中，并被收集；
b、真空室31内的压强逐渐上升；当真空室31内压强上升到最高压强Pmax时，触发关闭夹管阀21，不再有离子通过夹管阀21进入矩形离子阱内；所述最高压强Pmax由泵32、33的工作特性决定，接近但不超过泵的截止工作气压；
c、按照上述工作方式重复开启、关闭夹管阀21为10次。
电喷雾源产生的离子共有11次进入矩形离子阱内，从而使矩形离子阱内收集了足够多的离子。
实施例2：
一种基于外离子源的质谱分析系统，与实施例1不同的是：
1、电喷雾源是脉冲工作，具体的工作步调与夹管阀相同。
2、采用圆柱形离子阱代替矩形离子阱。
本实施例揭示了一种基于外离子源的离子进样方法，如图3、5所示，包括以下步骤：
a、在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到最低压强Pmin时，触发开启夹管阀21和电喷雾源；所述最低压强Pmin可人为设定，如Pmin＝10-3Torr；
夹管阀21打开后，电喷雾源产生的离子通过夹管阀21及流路进入圆柱形离子阱中，并被收集；
b、真空室31内的压强逐渐上升；当真空室31内压强上升到最高压强Pmax时，触发关闭夹管阀21和电喷雾源，不再有离子通过夹管阀21进入圆柱形离子阱内；所述最高压强Pmax由泵32、33的工作特性决定，接近但不超过泵的截止工作气压；
c、按照上述工作方式重复开启、关闭夹管阀21为20次。
电喷雾源产生的离子共有21次进入圆柱形离子阱内，从而使圆柱形离子阱内收集了足够多的离子。
实施例3：
一种基于外离子源的质谱分析系统，和实施例1不同的是：
1、采用大气压化学电离源代替电喷雾源。
2、采用环形离子阱代替矩形离子阱。
3、实验样品为甲基水杨酸(methyl salicylate)。
本实施例揭示了一种基于外离子源的质谱分析方法，分析过程中，实现了自动增益控制(AGC)，保证测量的线性范围和灵敏度，如图6、7所示，所述分析方法包括以下步骤：
a1、该步骤实现自动增益控制(AGC)功能
在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到最低压强Pmin时，也即在时间T1时，触发开启夹管阀21；所述最低压强Pmin可通过如下步骤确定：
(1)保持泵的抽速不变，以一压强Pmin1作为最低压强Pmin；
在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当真空室31内压强下降到所述压强Pmin1时，触发开启夹管阀21；
夹管阀21开启后，大气压化学电离源产生的离子通过夹管阀21进入真空室31内的环形离子阱，并被收集；同时，真空室31内压强逐渐上升；
当真空室31内压强达到最高压强Pmax时，触发夹管阀21关闭，不再有离子通过夹管阀21进入环形离子阱内；所述最高压强Pmax由泵32、33的工作特性决定，接近但不超过泵的截止工作气压；
保持最高压强Pmax和泵的抽速不变，夹管阀21按照上述工作模式开启、关闭m次，记录m次进样所需要的总时间t1，测量m次进样后真空室31内内检测器5的强度信号S1；其中，m次进样后检测器5的强度信号不饱和；
(2)将所述压强Pmin1分别改变为Pmin2，Pmin3…Pminn，重复上述步骤(1)，分别记录在不同压强Pmin2，Pmin3…Pminn下进行m次进样所需要的总时间t2，t3…tn，以及对应的检测器强度信号S2，S3…Sn；
(3)分别计算
其中在总时间为tj时为最大值，因此，与tj对应的压强Pminj就是确定选用的最低压强Pmin；该方法确定的最低工作压强可在最短时间内获得需要的信号强度，从而提高仪器响应速度，也减少了分子离子反应的可能性；
夹管阀21打开后，大气压化学电离源产生的离子通过夹管阀21及流路进入环形离子阱中，并被收集；同时，真空室31内的压强逐渐上升；
当真空室31内压强上升到最高压强Pmax时，触发关闭夹管阀21，不再有离子通过夹管阀21进入圆柱形离子阱内；
同时，在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到P时(P<Pmin，在该压强下电子倍增管可良好工作)时，也即在时间T2时，开启检测器5高压电源，瞬间将RF电压拉高，环形离子阱中的离子全部弹出，被检测器5检测，得到离子强度信号为0.22mA；而该环形离子阱在存储最多离子的情形下，以不发生分子-离子反应和不存在空间电荷效应为标准，检测器5测出的最大电流为1mA；故可计算得出，最佳进样次数为4次(见图7)，使总离子强度信号维持在检测器饱和信号的80％以上，保证了测量的线性范围和灵敏度；
a、在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到低于最低压强Pmin时，触发开启夹管阀21；
夹管阀21打开后，电喷雾源产生的离子通过夹管阀21及流路进入矩形离子阱中，并被收集；
b、真空室31内的压强逐渐上升；当真空室31内压强上升到最高压强Pmax时，触发关闭夹管阀21，不再有离子通过夹管阀21进入矩形离子阱内；所述最高压强Pmax由泵32、33的工作特性决定，接近但不超过泵的截止工作气压；
c、重复开启、关闭夹管阀21共3次(当真空室31的压强下降到最低压强Pmin时，触发开启夹管阀21)，环形离子阱内收集了足够多的样品离子；
d、在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到P时，也即在时间T4时，开启检测器5高压电源，扫描RF电压，使环形离子阱中的离子按质荷比大小顺序弹出，被检测器5检测，得到样品的全扫描质谱图。
实施例4：
一种基于外离子源的质谱分析系统，和实施例1不同的是：
1、电喷雾源是脉冲方式工作，工作步调和夹管阀相同。
2、采用四极离子阱代替矩形离子阱。
3、实验样品为甲基水杨酸(methyl salicylate)。
本实施例揭示了一种基于外离子源的质谱分析方法，实现了自动增益控制(AGC)和多级质谱分析(MSn)，该方法不但提高了检测的动态范围和灵敏度，还提高了定性分析能力，拓展了应用范围，如图6所示，所述方法包括以下步骤：
a1、该步骤实现自动增益控制(AGC)功能
在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到最低压强Pmin时，也即在位于时间T1时，触发开启夹管阀21和电喷雾源；所述最低压强Pmin可通过如下步骤确定：
(1)保持泵的抽速不变，以一压强Pmin1作为最低压强Pmin；
在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当真空室31内压强下降到所述压强Pmin1时，触发夹管阀21和电喷雾源开启；
夹管阀21开启后，电喷雾源产生的离子通过夹管阀21进入真空室31内的四极离子阱，并被收集；同时，真空室31内压强逐渐上升；
当真空室31内压强达到最高压强Pmax时，触发夹管阀21关闭，不再有离子通过夹管阀21进入四极离子阱内；所述最高压强Pmax由泵32、33的工作特性决定，接近但不超过泵的截止工作气压；
保持最高压强Pmax和泵的抽速不变，夹管阀21按照上述工作模式开启、关闭m次，记录m次进样所需要的总时间t1，测量m次进样后真空室31内内检测器5的强度信号S1；其中，m次进样后检测器5的强度信号不饱和；
(2)将所述压强Pmin1分别改变为Pmin2，Pmin3…Pminn，重复上述步骤(1)，分别记录在不同压强Pmin2，Pmin3…Pminn下进行m次进样所需要的总时间t2，t3…tn，以及对应的检测器强度信号S2，S3…Sn；
(3)分别计算
其中在总时间为tj时为最大值，因此，与tj对应的压强Pminj就是确定选用的最低压强Pmin；该方法确定的最低工作压强可在最短时间内获得需要的信号强度，从而提高仪器响应速度，也减少了分子离子反应的可能性；
夹管阀21打开后，电喷雾源产生的离子通过夹管阀21及流路进入四极离子阱中，并被收集；同时，真空室31内的压强逐渐上升；
当真空室31内压强上升到最高压强Pmax时，触发关闭夹管阀21和电喷雾源，不再有离子通过夹管阀21进入四极离子阱内；
同时，在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到P时(P<Pmin)时，也即在时间T2时，开启检测器5高压电源，瞬间将RF电压拉高，四极离子阱中的离子全部弹出，被检测器5检测，得到离子强度信号为0.22mA；而四极离子阱在存储最多离子的情形下，以不发生分子-离子反应和不存在空间电荷效应为标准，检测器5测出的最大电流为1mA；故可计算得出，最佳进样次数为4次(见图7或图9)，使总离子强度信号维持在检测器饱和信号的80％以上，保证了测量的线性范围和灵敏度；
a、在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到低于最低压强Pmin时，触发开启夹管阀21；
夹管阀21打开后，电喷雾源产生的离子通过夹管阀21及流路进入矩形离子阱中，并被收集；
b、真空室31内的压强逐渐上升；当真空室31内压强上升到最高压强Pmax时，触发关闭夹管阀21，不再有离子通过夹管阀21进入矩形离子阱内；所述最高压强Pmax由泵32、33的工作特性决定，接近但不超过泵的截止工作气压；
c、按照步骤a、b中的方式重复开启、关闭夹管阀21为3次(当真空室31的压强下降到最低压强Pmin时，触发夹管阀21的开启)，四极离子阱内收集了足够多的样品离子；
d、在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到P(在该压强下电子倍增管可良好工作)时，也即处于时间T4时，开启检测器5高压电源，扫描RF电压，得到样品的全扫描质谱图，得到m/z为152，137，120和92的主要离子峰(MS1，附图8a所示)；
按照步骤a、b中的方式重复开启、关闭夹管阀21为4次(当真空室31的压强下降到最低压强Pmin时，触发夹管阀21的开启)，四极离子阱内收集了足够多的样品离子；
在时间T5时对母离子进行隔离，隔离可采用SWIFT(stored waveform inverseFourier transform，傅立叶逆变换存储波形法)，采用一个SWIFT波形作为AC信号施加于四极离子阱电极，将质量数m/z不为152外的离子全部弹出四极离子阱，对质量数m/z为152的离子进行隔离(附图8b所示)，工作时序请见附图9(在图7全扫描工作时序后增加MS2工作时序)；
通过碰撞诱发离子化(CID)将母离子解离成碎片离子：在时间T6，在电极上施加AC信号，对质量数m/z为152的母离子进行裂解，由于真空室气体压强比较高，因此无需再通入缓冲气即可进行CID，在时间T7，对离子阱进行全扫描，发现质量数为152的母离子解离成质量数为137，120和92的碎片离子，这是二级质谱(MS2，附图8c所示)；
类似地选择质量数m/z为120的离子进行隔离，随后对其进行裂解，得到质量数为92的碎片离子，对应于三级质谱(MS3，附图8d所示)。
实施例5：
一种基于外离子源的质谱分析系统，和实施例1不同的是：
1、采用大气压化学电离源代替电喷雾源，并且该大气压化学电离源是连续工作。
2、实验样品为检测复杂样品中的甲基水杨酸(methyl salicylate)，并且甲基水杨酸的浓度比较低。
本实施例揭示了一种基于外离子源的质谱分析方法，分析过程中，实现了选择性离子存储(SIS)，大大提高了检测灵敏度，如图10、11所示，包括以下步骤：
a、在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到最低压强Pmin时，触发开启夹管阀21；所述最低压强Pmin可通过如下步骤确定：
(1)保持泵的抽速不变，以一压强Pmin1作为最低压强Pmin；
在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当真空室31内压强下降到所述压强Pmin1时，触发夹管阀21；
夹管阀21开启后，大气压化学电离源产生的离子通过夹管阀21进入真空室31内的矩形离子阱，并被收集；同时，真空室31内压强逐渐上升；
当真空室31内压强达到最高压强Pmax时，触发夹管阀21关闭，不再有离子通过夹管阀21进入矩形离子阱内；所述最高压强Pmax由泵32、33的工作特性决定，接近但不超过泵的截止工作气压；
保持最高压强Pmax和泵的抽速不变，夹管阀21按照上述工作模式开启、关闭m次，记录m次进样所需要的总时间t1，测量m次进样后真空室31内内检测器5的强度信号S1；其中，m次进样后检测器5的强度信号不饱和；
(2)将所述压强Pmin1分别改变为Pmin2，Pmin3…Pminn，重复上述步骤(1)，分别记录在不同压强Pmin2，Pmin3…Pminn下进行m次进样所需要的总时间t2，t3…tn，以及对应的检测器强度信号S2，S3…Sn；
(3)分别计算
其中在总时间为tj时为最大值，因此，与tj对应的压强Pminj就是确定选用的最低压强Pmin；该方法确定的最低工作压强可在最短时间内获得需要的信号强度，从而提高仪器响应速度，也减少了分子离子反应的可能性；
夹管阀21打开后，大气压化学电离源产生的离子通过夹管阀21及流路进入矩形离子阱中，并被收集；
b、真空室31内的压强逐渐上升；当真空室31内压强上升到最高压强Pmax时，触发关闭夹管阀21，不再有离子通过夹管阀21进入矩形离子阱内；
同时，在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到最低压强Pmin前10ms时，对质量数m/z为152的离子采用10ms SWIFT进行选择性隔离和存储，如图10所示；
c、重复步骤a、b为30次，矩形离子阱内收集了足够多的m/z为152的样品离子，大大提高了矩形离子阱分析的灵敏度；
d、在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到P时(P<Pmin，为离子控制和离子分析的最佳压强)时，开启检测器5高压电源，扫描RF电压，矩形离子阱内的样品离子被弹出，被检测器5检测，得到样品的扫描质谱图。
上例中只选择了一个质量数的离子，实际上所述样品离子可以是一个质量数的离子，可以是一段质量数范围的离子，也可以是多个或多段非连续质量数的离子，这些都是现有技术，在此不再赘述。
实施例6：
如图12所示，一种基于外离子源的质谱分析系统，与实施例1不同的是：
1、外离子源1是大气压化学电离源。
2、质量分析器是飞行时间质量分析器6。
3、在真空室31内还设置了与所述飞行时间质量分析器6耦合的中间级存储设备7，所述离子进样装置2的一端连接中间级存储设备7。所述中间级存储设备7是为一个具有离子捕获和存储能力的装置，它可以通过调整相关参数将离子捕获在腔体内，也可以通过调整相关参数将离子释放出来。
4、实验样品为甲基水杨酸(methyl salicylate)。
本实施例揭示了一种基于外离子源的质谱分析方法，如图11所示，包括以下步骤：
a、在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到最低压强Pmin时，触发开启夹管阀21；所述最低压强Pmin可通过如下步骤确定：
(1)保持泵的抽速不变，以一压强Pmin1作为最低压强Pmin；
在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当真空室31内压强下降到所述压强Pmin1时，触发夹管阀21开启；
夹管阀21开启后，大气压化学电离源产生的离子通过夹管阀21进入真空室31内的中间级存储设备7，并被收集；同时，真空室31内压强逐渐上升；
当真空室31内压强达到最高压强Pmax时，触发夹管阀21关闭，不再有离子通过夹管阀21进入中间级存储设备7内；所述最高压强Pmax由泵32、33的工作特性决定，接近但不超过泵的截止工作气压；
保持最高压强Pmax和泵的抽速不变，夹管阀21按照上述工作模式开启、关闭m次，记录m次进样所需要的总时间t1，测量m次进样后真空室31内内检测器5的强度信号S1；其中，m次进样后检测器5的强度信号不饱和；
(2)将所述压强Pmin1分别改变为Pmin2，Pmin3…Pminn，重复上述步骤(1)，分别记录在不同压强Pmin2，Pmin3…Pminn下进行m次进样所需要的总时间t2，t3…tn，以及对应的检测器强度信号S2，S3…Sn；
(3)分别计算
其中在总时间为tj时为最大值，因此，与tj对应的压强Pminj就是确定选用的最低压强Pmin；该方法确定的最低工作压强可在最短时间内获得需要的信号强度，从而提高仪器响应速度，也减少了分子离子反应的可能性；
夹管阀21打开后，大气压化学电离源产生的离子通过夹管阀21及流路进入中间级存储设备7中，并被收集；
b、真空室31内的压强逐渐上升；当真空室31内压强上升到最高压强Pmax时，触发关闭夹管阀21，不再有离子通过夹管阀21进入中间级存储设备7内；
同时，在分子泵32和隔膜泵33的抽运下，真空室31内的压强逐渐下降，当下降到最低压强Pmin时，触发夹管阀21的开启；
c、按照上述工作方式重复开启、关闭夹管阀21为12次，直到中间级存储设备7内存满离子，大大提高飞行时间质量分析器6分析的灵敏度；
d、控制中间级存储设备7，使其释放出捕获的离子；
飞行时间质量分析器6得到样品的扫描质谱图。
关于上述实施例的附加说明：实施例3举例说明了自动增益控制应用在质谱分析中，实施例4举例说明了自动增益控制和多级质谱的结合应用在质谱分析中，实施例5举例说明了选择离子存储应用在质谱分析中。当然还可以是自动增益控制、选择离子存储、选择离子弹出、选择离子监测、分子离子反应、全扫描、多级质谱中的其他组合方式，其他组合方式类似于实施例中的方式，在此不再赘述。
上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。比如在实施例4中使用SWIFT进行粒子隔离，当然还可以是其他方法，如APEX ISOLATION。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1、一种基于外离子源的离子进样方法，包括以下步骤：
a、降低真空系统内的压强，开启连接在外离子源和离子捕获模块之间的阀门，外离子源产生的样品离子通过所述阀门进入真空系统内的离子捕获模块，并被收集；
b、真空系统内的压强上升，关闭所述阀门，不再有样品离子通过阀门进入离子捕获模块；
c、所述阀门按照步骤a、b中的工作方式开启、关闭若干次，使外离子源产生的样品离子间断地进入离子捕获模块内，并累积。
2、根据权利要求1所述的离子进样方法，其特征在于：所述阀门的工作模式为重复以下过程：真空系统压强逐渐下降，当达到最低压强Pmin时，触发阀门开启；真空系统压强逐渐上升，当达到最高压强Pmax时，触发阀门关闭。
3、根据权利要求2所述的离子进样方法，其特征在于：所述最高压强Pmax由真空系统中泵的工作特性决定，最高压强Pmax接近但不超过泵的截止工作气压。
4、根据权利要求2或3所述的离子进样方法，其特征在于：所述最低压强Pmin可通过如下步骤确定：
(1)保持最高压强Pmax和泵的抽速不变，以一真空系统压强Pmin1作为最低压强Pmin，阀门按照其工作模式开启、关闭m次，外离子源产生的样品离子通过所述阀门进入真空系统内离子捕获模块的次数为m次，记录m次进样所需要的总时间t1，测量m次进样后真空系统内检测器的强度信号S1；其中，m次进样后检测器的强度信号不饱和；
(2)将真空系统压强Pmin1改变为Pmin2，Pmin3…Pmin n，重复上述步骤(1)，分别记录在不同压强Pmin2，Pmin3…Pmin n下进行m次进样所需要的总时间t2，t3…tn，以及对应的检测器强度信号S2，S3…Sn；
(3)分别计算其中最大值对应的压强就是真空系统允许的最低压强Pmin。
5、根据权利要求1或2所述的离子进样方法，其特征在于：所述外离子源是脉冲式工作，外离子源的工作步调和所述阀门一致。
6、根据权利要求1所述的离子进样方法，其特征在于：离子捕获模块是质量分析器或中间级离子存储设备。
7、根据权利要求6所述的离子进样方法，其特征在于：所述质量分析器是RF装置或傅立叶变换回旋共振质量分析器，RF装置是四极离子阱、矩形离子阱、圆柱形离子阱、环型离子阱中的任一种。
8、根据权利要求6所述的离子进样方法，其特征在于：所述中间级离子存储设备与质量分析器相耦合。
9、根据权利要求8所述的离子进样方法，其特征在于：与中间级离子存储设备相耦合的质量分析器是质量过滤器、RF装置、傅立叶变换回旋共振质量分析器、飞行时间质量分析器、磁扫描质量分析器中的任一种，RF装置是四极离子阱、矩形离子阱、圆柱形离子阱、环型离子阱中的任一种。
10、根据权利要求1所述的离子进样方法，其特征在于：采用自动增益控制、选择离子存储、选择离子弹出、选择离子监测、分子离子反应、全扫描、多级质谱中的任意组合来实现操控和分析离子捕获模块内的样品离子。
11、一种基于外离子源的质谱分析方法，包括以下步骤：
a、降低真空系统内的压强，开启连接在外离子源和离子捕获模块之间的阀门，外离子源产生的样品离子通过所述阀门进入真空系统内的离子捕获模块，并被收集；
b、真空系统内的压强上升，关闭所述阀门，不再有样品离子通过阀门进入离子捕获模块；
c、所述阀门按照步骤a、b中的工作方式开启、关闭若干次，使外离子源产生的样品离子间断地进入离子捕获模块内，并累积；
d、操控和分析离子捕获模块内的样品离子，得到样品的离子强度信号。
12、根据权利要求11所述的质谱分析方法，其特征在于：所述阀门的工作模式为重复以下过程：真空系统压强逐渐下降，当达到最低压强Pmin时，触发阀门开启；真空系统压强逐渐上升，当达到最高压强Pmax时，触发阀门关闭。
13、根据权利要求12所述的质谱分析方法，其特征在于：所述最高压强Pmax由真空系统中泵的工作特性决定，最高压强Pmax接近但不超过泵的截止工作气压。
14、根据权利要求12或13所述的质谱分析方法，其特征在于：所述最低压强Pmin可通过如下步骤确定：
(1)保持最高压强Pmax和泵的抽速不变，以一真空系统压强Pmin1作为最低压强Pmin，阀门按照其工作模式开启、关闭m次，外离子源产生的样品离子通过所述阀门进入真空系统内离子捕获模块的次数为m次，记录m次进样所需要的总时间t1，测量m次进样后真空系统内检测器的强度信号S1；其中，m次进样后检测器的强度信号不饱和；
(2)将真空系统压强Pmin1改变为Pmin2，Pmin3…Pmin n，重复上述步骤(1)，分别记录在不同压强Pmin2，Pmin3…Pminn下进行m次进样所需要的总时间t2，t3…tn，以及对应的检测器强度信号S2，S3…Sn；
(3)分别计算
其中最大值对应的压强就是真空系统允许的最低压强Pmin。
15、根据权利要求11所述的质谱分析方法，其特征在于：所述外离子源是脉冲式工作，外离子源的工作步调和所述阀门一致。
16、根据权利要求11所述的质谱分析方法，其特征在于：离子捕获模块是质量分析器或中间级离子存储设备。
17、根据权利要求16所述的质谱分析方法，其特征在于：所述质量分析器是RF装置或傅立叶变换回旋共振质量分析器，RF装置是四极离子阱、矩形离子阱、圆柱形离子阱、环型离子阱中的任一种。
18、根据权利要求16所述的质谱分析方法，其特征在于：所述中间级离子存储设备与质量分析器相耦合。
19、根据权利要求18所述的质谱分析方法，其特征在于：与中间级离子存储设备相耦合的质量分析器是质量过滤器、RF装置、傅立叶变换回旋共振质量分析器、飞行时间质量分析器、磁扫描质量分析器中的任一种，RF装置是四极离子阱、矩形离子阱、圆柱形离子阱、环型离子阱中的任一种。
20、根据权利要求11所述的质谱分析方法，其特征在于：采用自动增益控制、选择离子存储、选择离子弹出、选择离子监测、分子离子反应、全扫描、多级质谱中的任意组合来实现操控和分析离子捕获模块内的样品离子。
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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