CN102568997A - 一种双极性反射式飞行时间质量分析器 - Google Patents

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黄正旭
董俊国
李梅
高伟
李磊
朱辉
周振
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University of Shanghai for Science and Technology
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GUANGZHOU HEXIN ANALYTICAL INSTRUMENT CO Ltd
University of Shanghai for Science and Technology
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Abstract

本发明提供了一种双极性飞行时间质量分析器，包括电离引出区、正离子飞行时间质量分析器、负离子飞行时间质量分析器，其特征在于：所述电离引出区位于正离子飞行时间质量分析器与负离子飞行时间质量分析器的之间；电离引出区及正离子飞行时间质量分析器、负离子飞行时间质量分析器呈“Z”型组合排列，形成反射式结构。不仅增加离子的有效飞行长度，提高了分析器性能，并且使结构更加紧凑合理，大幅提高空间利用率。同时，采用静电聚焦透镜技术提高离子的传输效率。

Description

一种双极性反射式飞行时间质量分析器
技术领域
本发明涉及一种分析仪器检测技术，特别涉及一种双极性反射式飞行时间质量分析器。
背景技术
飞行时间质量分析器(time-of-flight mass analyzer)原理为：真空环境下，获得相同加速能量的不同离子，将拥有不同的飞行速度，则通过一定长度无场飞行后，离子将按照其质荷比的大小得以分离检测。这种质量分离技术分辨率、灵敏度高，无质量检测上限，具有微秒级检测速度，且能在一个检测周期内完成全谱检测，被广泛应用于化工、能源、医药、材料科学、环境科学、生命科学等领域。基于其原理及特点可知，单极性的飞行时间质量分析器只能检测一种极性的离子，如果要实现双极性离子同时检测，就需要完整的两套飞行时间质量分析器。常规直线式双极性飞行时间质量分析器中，由于直线式的结构特点，正负离子分析系统只能正对排列，空间利用率不高；同时，为实现高分辨和高质量检测范围，需要较长的离子有效飞行长度，造成了直线式双极飞行时间质量分析器虽然结构简单，但性能不高，体积大，重量重，进一步影响了真空系统及电系统的配置，使真空及电系统设计、制作、维护更为复杂且增加了仪器成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种双极性反射式飞行时间质量分析器，提高了分析器的空间利用率，缩小了分析器的体积。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种双极性反射式飞行时间质量分析器，包括：电离引出区、正离子飞行时间质量分析器、负离子飞行时间质量分析器，所述电离引出区位于正离子飞行时间质量分析器与负离子飞行时间质量分析器的之间，电离引出区及正离子飞行时间质量分析器、负离子飞行时间质量分析器呈“Z”型组合排列，形成反射式结构。
所述电离引出区位于整个装置对称中心，正离子及负离子由此区域同时电离产生。电离引出区电离方式可以是脉冲式激光电离，也可以是其它电离方式如电子轰击源等。
所述正离子飞行时间质量分析器由正离子加速区、正离子聚焦透镜、正离子反射区、正离子漂移区及正离子检测区相连接组成。
所述负离子飞行时间质量分析器由负离子加速区、负离子聚焦透镜、负离子反射区、负离子漂移区及负离子检测区相连接组成。
所述正离子聚焦透镜、负离子聚焦透镜分别置于正离子漂移区、负离子漂移区内，用于调节离子束宽度。
所述正离子反射区、负离子反射区分别与正离子加速区、负离子加速区成大于0°且小于45°的夹角放置，以控制离子飞行路径，保证检测效率；所述正离子反射区、负离子反射区分别与正离子加速区、负离子加速区成4.5°夹角，偏转方向相反，使离子成相反方向偏转约9°反射。
所述正离子检测区和负离子检测区分别置于正、负离子的反射路径上。
所述正、负离子加速区及反射区可以是有网的或无网的。
所述正、负离子聚焦透镜是常规的一维或二维静电透镜。
所述正、负离子聚焦透镜可分别由正离子加速区和负离子加速区通过在极片上施加聚焦透镜电场来实现。
所述正、负离子检测区为常规的双片微通道板组成的离子检测器。
所述正、负离子检测区分别与正、负离子加速区成5度夹角放置。
所述正、负离子飞行时间质量分析器施加相反极性电压。
所述电离引出区施加电压可以直流的，也可以是脉冲式的。
本发明的工作原理是：电离引出区产生的正负离子，在引出区强静电场或脉冲电场的作用下，分别朝相反的方向飞出，针对其中任一极性的离子而言，离子经加速区后获得相同的动能，则不同质荷比的离子将拥有不同的飞行速度，质荷比小的离子飞行速度快，质荷比大的离子飞行速度慢，通过一定距离的无场飞行，再经反射区反射后，按其质荷比大小进行分离；最终质荷比小的离子先聚焦到达检测区得以检测，质荷比大的离子后聚焦到达检测区，得以检测形成飞行时间质量谱。
本发明的原理还在于：瞬时电离生成的正负离子得以同时检测，一个检测周期内即可得到完整正负离子质量谱。通过静电聚焦透镜可以控制离子束宽度，来保证离子的传输效率。通过调节反射区放置角度来控制离子飞行路径，在保证性能的前提下优化整个分析器结构。通过调节各加速及反射电极电压来实现传输过程中相同质荷比离子的空间聚焦。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本结构在离子产生后，可同时进行正负离子检测，真实反映样品成分信息；所采用的反射式结构，并呈“Z”字型结构排列，不仅增加离子的有效飞行长度，提高了分析器性能，并且使结构更加紧凑合理，大幅提高空间利用率。同时，采用静电聚焦透镜技术提高离子的传输效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
图1为本发明的结构示意图。由图1可见，本装置包括电离引出区和正、负离子飞行时间质量分析器三部分。
所述的电离引出区2位于整个装置对称中心，正离子6，负离子12由此区域同时电离产生。
所述的正离子飞行时间质量分析器由正离子加速区3、正离子聚焦透镜4、正离子漂移区5、正离子反射区7、正离子检测区1组成。
所述的负离子飞行时间质量分析器由负离子加速区9、负离子聚焦透镜10、负离子漂移区11、负离子反射区13、负离子检测区8组成。
所述的飞行时间质量分析器采用反射式结构，并呈“Z”型组合排列；正离子聚焦透镜4和负离子聚焦透镜10分别置于正离子漂移区5和负离子漂移区11内，用于调节离子束宽度；正离子反射区7和负离子反射区13与正离子加速区3和负离子加速区9成约4.5°夹角，偏转方向相反，使离子成相反方向偏转约9°反射；正离子检测区1和负离子检测区8分别置于正、负离子的反射路径上。正离子检测区1与正离子加速区成5度夹角放置，负离子检测区8与负离子加速区成5度夹角放置。
所述的电离引出区电场约为4×105V/m，正、负离子加速电压约为-/+4000V，整个装置置于真空环境优于1×10-4Pa。
电离引出区2生成的正离子6经正离子加速区3加速后，穿过正离子聚焦透镜4及正离子漂移区5，再由正离子反射区7偏转反射至正离子检测区1得以分离检测。
电离引出区2生成的负离子12经负离子加速区9加速后，穿过负离子聚焦透镜10及负离子漂移区11，再由负离子反射区13偏转反射至负离子检测区8得以分离检测。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双极性反射式飞行时间质量分析器，包括电离引出区、正离子飞行时间质量分析器、负离子飞行时间质量分析器，其特征在于：所述电离引出区位于正离子飞行时间质量分析器与负离子飞行时间质量分析器的之间；电离引出区及正离子飞行时间质量分析器、负离子飞行时间质量分析器呈“Z”型组合排列，形成反射式结构。
2.根据权利要求1所述的双极性反射式飞行时间质量分析器，其特征在于：所述电离引出区位于整个装置对称中心。
3.根据权利要求1所述的双极性反射式飞行时间质量分析器，其特征在于：所述正离子飞行时间质量分析器由正离子加速区、正离子聚焦透镜、正离子反射区、正离子漂移区及正离子检测区相连接组成；所述负离子飞行时间质量分析器由负离子加速区、负离子聚焦透镜、负离子反射区、负离子漂移区及负离子检测区相连接组成。
4.根据权利要求1所述的双极性反射式飞行时间质量分析器，其特征在于：所述正离子聚焦透镜、负离子聚焦透镜分别置于正离子漂移区、负离子漂移区内。
5.根据权利要求1所述的双极性反射式飞行时间质量分析器，其特征在于：所述正离子反射区、负离子反射区分别与正离子加速区、负离子加速区成大于0°且小于45°的夹角放置。
6.根据权利要求5所述的双极性反射式飞行时间质量分析器，其特征在于：所述正离子反射区、负离子反射区分别与正离子加速区、负离子加速区成4.5°夹角，偏转方向相反，使离子成相反方向偏转约9°反射。
7.根据权利要求1所述的双极性反射式飞行时间质量分析器，其特征在于：所述正离子检测区和负离子检测区分别置于正、负离子的反射路径上；正离子检测区与正离子加速区成5度夹角放置，负离子检测区与负离子加速区成5度夹角放置。
8.根据权利要求1所述的双极性反射式飞行时间质量分析器，其特征在于：所述正、负离子加速区及反射区是有网的或无网的。
9.根据权利要求1所述的双极性反射式飞行时间质量分析器，其特征在于：所述正、负离子聚焦透镜是一维或二维静电透镜，或为双片微通道板组成的离子检测器。
10.根据权利要求1所述的双极性反射式飞行时间质量分析器，其特征在于：所述正、负离子聚焦透镜分别由正离子加速区和负离子加速区通过在极片上施加聚焦透镜电场来实现。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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