CN103035472A - 质谱仪及动态透镜板 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出了一种质谱仪，包括：离子源；毛细管；取样锥和六级杆；第一离子引导级和第二离子引导级；第一离子推斥极和第二离子推斥极；飞行管和检测器；以及动态透镜板，动态透镜板根据上位机的控制信号对毛细管的出口电压、取样锥的电压、第一离子引导级的电压、第二离子引导级的电压、第一离子推斥极的电压和第二离子推斥极的电压进行控制。通过本发明实施例，上位机能够随时控制动态透镜板的输出电压，从而提高适合的毛细管的出口电压、取样锥的电压、第一离子引导级的电压、第二离子引导级的电压、第一离子推斥极的电压和第二离子推斥极的电压，实现源内碰撞诱导解离，从而达到最高的离子传输效率，并有效地提高灵敏度和分辨率。

Description

质谱仪及动态透镜板

技术领域

本发明涉及精密仪器制造技术领域，特别涉及一种质谱仪及动态透镜板。

背景技术

质谱仪是一种用于检测样品化学成分的高灵敏度、高分辨率和高特异性的分析仪器。质谱仪的工作原理为：首先将样品转换成气态离子，然后通过电场或磁场将该离子按照质荷比(m/z)的大小进行分离，再测量出相应离子的强度，最后形成质谱图。根据质谱图，可以定性或定量地得到样品的化学组成。随着质谱技术的发展，其应用领域也越来越广。

质谱仪只能检测带电的离子，所以在进样之前必须依靠离子源把样品电离为离子，再由质量分析器把不同质荷比的离子分开，经探测器检测之后，可以得到样品的质谱图。有机样品，无机样品和同位素样品等具有不同形态和性质以及不同的分析要求，所以使用的仪器设置有所不同。但是，其基本组成是相同的，即包括离子源、离子导入和离子传输、质量分析器、探测器和真空系统。

在飞行时间质谱中，样品经过电喷雾离子源(Electro spray Ionization，ESI)产生离子，经毛细管、取样锥、六级杆聚焦后进入引导极和推斥极，推斥极的高压脉冲把离子加速到飞行管，并且匀速飞行进入反射极，在反射极里减速、反向、加速、再次回到飞行管，到达检测器，检测器的输出聚集呈质谱，这个时间频谱再通过一个校准功能转换成质谱图。因此，在离子导入和离子传输中，离子源、毛细管进出口、取样锥、六级杆、引导极、推斥极、反射极和检测器的电压对离子轴向传输的影响非常大，合理设置这些电压值，可以有效地提高灵敏度和分辨率。目前的质谱仪还无法对离子传输和离子聚焦的动态电压进行精密控制，无法实现工业化生产的需要。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种质谱仪及动态透镜板。

本发明实施例第一方面提出了一种质谱仪，包括：离子源；与所述离子源相连的毛细管；与所述毛细管的出口相对应的取样锥和六级杆；与所述取样锥和六级杆对应的第一离子引导级和第二离子引导级，其中，所述第一离子引导级和第二离子引导级相互平行；相互平行的第一离子推斥极和第二离子推斥极，所述第一离子推斥极和第二离子推斥极与所述第一离子引导级和第二离子引导级之间相互垂直，所述第一离子推斥极和第二离子推斥极将离子引入飞行管中；飞行管和设置在所述飞行管口的检测器；以及动态透镜板，所述动态透镜板与上位机和高压电源相连，且所述动态透镜板还与所述毛细管、所述取样锥、所述第一离子引导级、所述第二离子引导级、所述第一离子推斥极和第二离子推斥极相连，所述动态透镜板根据所述上位机的控制信号对所述毛细管的出口电压、所述取样锥的电压、所述第一离子引导级的电压、所述第二离子引导级的电压、所述第一离子推斥极的电压和第二离子推斥极的电压进行控制。

本发明实施例第二方面还提出了一种动态透镜板，包括：接口转换模块，用于接收所述上位机的控制信号，并实现RS485接口和SPI接口之间的转换；数模转换模块，用于对所述控制信号进行数模转换；第一高压电源模块和第二高压电源模块，所述第一高压电源模块和第二高压电源模块与所述高压电源相连，用于分别生成正高压和负高压；高压电源控制模块，用于对所述第一高压电源模块和第二高压电源模块的输出电压进行控制；电压控制模块，用于根据所述上位机的控制信号对所述第一高压电源模块和第二高压电源模块输出的电压进行放大，以生成相应的所述毛细管的出口电压、所述取样锥的电压、所述第一离子引导级的电压、所述第二离子引导级的电压、所述第一离子推斥极的电压和第二离子推斥极的电压。

通过本发明实施例，上位机能够随时控制动态透镜板的输出电压，从而提高适合的毛细管的出口电压、取样锥的电压、第一离子引导级的电压、第二离子引导级的电压、第一离子推斥极的电压和第二离子推斥极的电压，实现源内碰撞诱导解离(In Source CollisionInduced Dissociation，IS-CID)，从而达到最高的离子传输效率，并有效地提高灵敏度和分辨率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的质谱仪结构图；

图2为本发明实施例的动态透镜板的连接示意图；

图3为本发明实施例动态透镜板的结构示意图；

图4为本发明实施例电压控制单元的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，为本发明实施例的质谱仪结构图。该质谱仪包括离子源10、与离子源10相连的毛细管1、与毛细管1的出口相对应的取样锥2和六级杆7，与取样锥2和六级杆7对应的第一离子引导级3和第二离子引导级4，以及相互平行的第一离子推斥极5和第二离子推斥极6，飞行管8，反射极9和设置在飞行管8口的检测器11。其中，第一离子引导级3和第二离子引导级4相互平行，用于对离子进行引导。第一离子推斥极5和第二离子推斥极6相对于第一离子引导级3和第二离子引导级4相互垂直，第一离子推斥极5和第二离子推斥极6用于将离子引入飞行管8中。

在本发明的实施例中，该质谱仪还包括动态透镜板(图1中未示出)。如图2所示，为本发明实施例的动态透镜板的连接示意图。动态透镜板100通过下位机200与上位机300相连，且动态透镜板100分别与正高压电源400和负高压电源500，且动态透镜板100还与毛细管1、取样锥2、第一离子引导级3、第二离子引导级4、第一离子推斥极5和第二离子推斥极6相连。动态透镜板100根据上位机120的控制信号对毛细管1的出口电压、取样锥2的电压、第一离子引导级3的电压、第二离子引导级4的电压、第一离子推斥极5的电压和第二离子推斥极6的电压进行控制。这样就可以通过上位机300的软件界面设定，分别实现对毛细管1的出口电压、取样锥2的电压、第一离子引导级3的电压、第二离子引导级4的电压、第一离子推斥极5的电压和第二离子推斥极6的电压进行控制。

如图3所示，为本发明实施例动态透镜板的结构示意图。该动态透镜板100包括接口转换模块110、数模转换模块120、第一高压电源模块130、第二高压电源模块140、高压电源控制模块150、电压控制模块160、高压电源输出电压检测模块170和电压检测模块180。其中，接口转换模块110用于接收上位机300的控制信号，并实现RS485接口和SPI接口之间的转换。当然在本发明的其他实施例中也可选择其他类型的通信接口，这些也均应包含在本发明的保护范围之内。数模转换模块120用于对上位机300的控制信号进行数模转换。第一高压电源模块130和第二高压电源模块140与高压电源相连，即第一高压电源模块130和第二高压电源模块140分别与正高压电源400和负高压电源500相连。第一高压电源模块130和第二高压电源模块140用于分别生成正高压和负高压。用于对所述第一高压电源模块和第二高压电源模块的输出电压进行控制；高压电源控制模块150用于根据上位机300的控制信号对第一高压电源模块130和第二高压电源模块140输出的电压进行放大，以生成相应的毛细管1的出口电压、取样锥2的电压、第一离子引导级3的电压、第二离子引导级4的电压、第一离子推斥极5的电压和第二离子推斥极6的电压。

在本发明的一个实施例中，高压电源输出电压检测模块170用于对第一高压电源模块130和第二高压电源模块140的正高压和负高压进行检测，当所述第一高压电源模块和第二高压电源模块的输出电压不满足要求时，例如高于或低于设定值时，下位机会立刻接收到异常的检测电压，并且迅速关闭高压电源输出，从而实现仪器的快速保护。

在本发明的一个实施例中，电压检测模块180用于对毛细管1的出口的电压、取样锥2的电压、第一离子引导级3的电压、第二离子引导级4的电压、第一离子推斥极5的电压和第二离子推斥极6的电压进行检测，当所述毛细管的出口电压、所述取样锥的电压、所述第一离子引导级的电压、所述第二离子引导级的电压、所述第一离子推斥极的电压或第二离子推斥极的电压不满足要求时，例如高于或低于设定值时，下位机会立刻接收到各异常的检测电压，并且迅速关闭各透镜电压，从而实现各透镜电路的快速保护。。

如图4所示，为本发明实施例电压控制单元的结构图。其中，电压控制模块160包括多个上述电压控制单元，每个电压控制单元与相应的透镜相连，例如毛细管1、取样锥2、第一离子引导级3、第二离子引导级4、第一离子推斥极5和第二离子推斥极6等。这样上位机300就可以通过给每个控制单元的控制信号来控制控制单元输出的透镜电压，从而分别对毛细管的出口电压、取样锥的电压、第一离子引导级的电压、第二离子引导级的电压、第一离子推斥极的电压和第二离子推斥极的电压进行控制。

再次参照图4所示，其中，V1为上位机300的控制电压(即控制信号)，V2为透镜开关电压，V3为透镜电压检测值，V4为透镜电压。具体地，通过上位机300的控制电压就可以控制第一高压电源模块130和第二高压电源模块140输出的正高压HV_POS和负高压HV_NEG，并使其保持一定的电势差。这样，在质谱仪正常工作时，透镜开关电压V2为高电平，从而使得模拟开关U1吸合。因此，当上位机300软件界面设定值对应的控制电压V1在0-5V时，运算放大器U2B的管脚7输出高电平，光耦U3光敏三极管导通，从而使REF5V经RD2、D3、Q4、U4到HV_NEG形成回路，经分压后，输出对应的负透镜电压V4。当上位机300软件界面设定值对应的控制电压V1在5-10V时，运算放大器U2B的管脚7输出低电平，光耦U3光敏三极管截止，从而使HV_POS经Q4、RD2到REF5V形成回路，经分压后，输出对应的正透镜电压V4。同时，经电压跟随器U2A、电阻RD1分压后的透镜电压检测值V3(0-5V)对透镜电压V4进行实时监控。

通过本发明实施例，上位机能够随时控制动态透镜板的输出电压，从而提高适合的毛细管的出口电压、取样锥的电压、第一离子引导级的电压、第二离子引导级的电压、第一离子推斥极的电压和第二离子推斥极的电压，实现源内碰撞诱导解离(In Source CollisionInduced Dissociation，IS-CID)，从而达到最高的离子传输效率，并有效地提高灵敏度和分辨率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种质谱仪，其特征在于，包括：

离子源；

与所述离子源相连的毛细管；

与所述毛细管的出口相对应的取样锥和六级杆；

与所述取样锥和六级杆对应的第一离子引导级和第二离子引导级，其中，所述第一离子引导级和第二离子引导级相互平行；

相互平行的第一离子推斥极和第二离子推斥极，所述第一离子推斥极和第二离子推斥极与所述第一离子引导级和第二离子引导级之间相互垂直，所述第一离子推斥极和第二离子推斥极将离子引入飞行管中；

飞行管、反射极和设置在所述飞行管口的检测器；以及

动态透镜板，所述动态透镜板与上位机和高压电源相连，且所述动态透镜板还与所述毛细管、所述取样锥、所述第一离子引导级、所述第二离子引导级、所述第一离子推斥极和第二离子推斥极相连，所述动态透镜板根据所述上位机的控制信号对所述毛细管的出口电压、所述取样锥的电压、所述第一离子引导级的电压、所述第二离子引导级的电压、所述第一离子推斥极的电压和第二离子推斥极的电压进行控制。

2.如权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，所述动态透镜板进一步包括：

接口转换模块，用于接收所述上位机的控制信号，并实现RS485接口和SPI接口之间的转换；

数模转换模块，用于对所述控制信号进行数模转换；

第一高压电源模块和第二高压电源模块，所述第一高压电源模块和第二高压电源模块与所述高压电源相连，用于分别生成正高压和负高压；

高压电源控制模块，用于对所述第一高压电源模块和第二高压电源模块的输出电压进行控制；

电压控制模块，用于根据所述上位机的控制信号对所述第一高压电源模块和第二高压电源模块输出的电压进行放大，以生成相应的所述毛细管的出口电压、所述取样锥的电压、所述第一离子引导级的电压、所述第二离子引导级的电压、所述第一离子推斥极的电压和第二离子推斥极的电压。

3.如权利要求2所述的质谱仪，其特征在于，还包括：

高压电源输出电压检测模块，用于对所述第一高压电源模块和第二高压电源模块的正高压和负高压进行检测，当所述第一高压电源模块和第二高压电源模块的输出电压不满足要求时，切断所述第一高压电源模块和第二高压电源模块的电压输出。

4.如权利要求2所述的质谱仪，其特征在于，还包括：

电压检测模块，用于对所述毛细管的出口电压、所述取样锥的电压、所述第一离子引导级的电压、所述第二离子引导级的电压、所述第一离子推斥极的电压和第二离子推斥极的电压进行检测，当所述毛细管的出口电压、所述取样锥的电压、所述第一离子引导级的电压、所述第二离子引导级的电压、所述第一离子推斥极的电压或第二离子推斥极的电压不满足要求时，关闭相应的电压输出。

5.如权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，所述动态透镜板通过下位机与所述上位机相连。

6.一种动态透镜板，其特征在于，包括：

接口转换模块，用于接收所述上位机的控制信号，并实现RS485接口和SPI接口之间的转换；

数模转换模块，用于对所述控制信号进行数模转换；

第一高压电源模块和第二高压电源模块，所述第一高压电源模块和第二高压电源模块与所述高压电源相连，用于分别生成正高压和负高压；

高压电源控制模块，用于对所述第一高压电源模块和第二高压电源模块的输出电压进行控制；

电压控制模块，用于根据所述上位机的控制信号对所述第一高压电源模块和第二高压电源模块输出的电压进行放大，以生成相应的所述毛细管的出口电压、所述取样锥的电压、所述第一离子引导级的电压、所述第二离子引导级的电压、所述第一离子推斥极的电压和第二离子推斥极的电压。

7.如权利要求6所述的动态透镜板，其特征在于，还包括：

高压电源输出电压检测模块，用于对所述第一高压电源模块和第二高压电源模块的正高压和负高压进行检测，当所述第一高压电源模块和第二高压电源模块的输出电压不满足要求时，切断所述第一高压电源模块和第二高压电源模块的电压输出。

8.如权利要求6所述的动态透镜板，其特征在于，还包括：

电压检测模块，用于对所述毛细管的出口电压、所述取样锥的电压、所述第一离子引导级的电压、所述第二离子引导级的电压、所述第一离子推斥极的电压和第二离子推斥极的电压进行检测，当所述毛细管的出口电压、所述取样锥的电压、所述第一离子引导级的电压、所述第二离子引导级的电压、所述第一离子推斥极的电压或第二离子推斥极的电压不满足要求时，关闭相应的电压输出。

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