CN103745909A - 选择性离子筛除飞行时间质量分析器及其实现方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种选择性离子筛除飞行时间质量分析器，包括依次相连的推斥区、加速区、无场漂移区、反射区和检测区，推斥区、反射区与检测区呈“V”型组合排列，反射区内设有反射板，反射板上引入时序脉冲电压。本发明还涉及选择性离子筛除飞行时间质量分析器的实现方法和应用。本发明利用反射板中接入时序脉冲电压，对待测离子反射至检测区，对需筛除的离子加速引向反射板导走，从而实现对背景或载气离子的筛除，有利于消除这些气体对质谱检测的干扰，提升检测器动态范围，同时大大提高检测器（MCP）使用寿命，其方法实现简单方便，效果好，成本低。本发明可应用于气体分析仪器检测。

Description

选择性离子筛除飞行时间质量分析器及其实现方法与应用
技术领域
本发明涉及分析仪器检测技术，特别是涉及一种选择性离子筛除飞行时间质量分析器及其实现方法与应用。
背景技术
飞行时间质量分析器（time-of-flight mass analyzer）根据不同离子在真空中飞行时间的大小来判定其质荷比，具有分析速度快，质量精度高，全谱同时检测等优点。其中快速全谱检测能力是飞行时间质量分析器主要优势之一，但在某些特殊应用领域，全谱同时检测的功能反而不利于飞行时间质量分析器的应用，如含有载气的气体成分检测，在此类应用中载气电离产生的大量离子将干扰质谱检测，超出检测器动态范围，同时大大缩短检测器（MCP）使用寿命。因此，如何在实现快速全谱检测的同时，去除背景离子或干扰离子，成为飞行时间质量分析器有待解决的重要问题。目前已有的几种离子筛除方法，都会在一定程度上增加仪器的成本和复杂性。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、方便实用的选择性离子筛除飞行时间质量分析器。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述质量分析器实现的离子筛除方法。
本发明的再一目的在于提供上述质量分析器的应用。
本发明所采用的技术方案是：
一种选择性离子筛除飞行时间质量分析器，包括依次相连的推斥区、加速区、无场漂移区、反射区和检测区，所述推斥区、反射区与检测区呈“V”型组合排列，所述反射区内设有反射板，所述反射板上引入时序脉冲电压。
作为上述技术方案的进一步改进，所述检测区设有由双片微通道板组成的离子检测器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述推斥区、加速区、反射区均设有栅网结构，保证各区域电场相互隔离独立。
作为上述技术方案的进一步改进，所述反射区包括接在无场漂移区后端的第一反射区和接在第一反射区后端的第二反射区，所述反射板位于第二反射区。引入双场反射电场的两个反射区的设计，可实现离子的二阶聚焦，有益于仪器分辨率的提高。为减少机械结构，亦可引入单一反射区。
一种离子筛除方法，在反射板引入时序脉冲电压，当待测离子通过反射区时，反射电压幅值处于正常反射值，在反射区形成反射电场，待测离子经反射后继续飞行至检测区得以检测，当需筛除的离子进入反射区时，反射电压切换至反射脉冲，在反射区形成筛除电场，将离子加速引向反射板，并最终撞上反射板被导走。
作为上述技术方案的进一步改进，需筛除的离子进入反射区时，反射板施加低压反射脉冲，使反射区的电场迅速减小或变为向下的电场。
作为上述技术方案的进一步改进，根据不同质荷比离子到达反射区时间对反射脉冲电压的延迟、幅值及宽度进行调整，实现选择性筛除。
作为上述技术方案的进一步改进，离子引入推斥区方向与离子推斥及加速方向垂直。
作为上述技术方案的进一步改进，在所述推斥区施加脉冲推斥电压，将离子引入加速区。
该选择性离子筛除飞行时间质量分析器可应用于含有背景离子或干扰离子的质谱检测。
本发明的有益效果是：本发明利用反射板中接入时序脉冲电压，当待测离子通过反射区时，反射电压幅值处于正常反射值，在反射区形成反射电场将离子反射至检测区，当需筛除的离子进入反射区时，反射电压切换至反射脉冲，在反射区形成筛除电场，将离子加速引向反射板导走，从而实现对背景或载气离子的筛除，有利于消除这些气体对质谱检测的干扰，提升检测器动态范围，同时大大提高检测器（MCP）使用寿命，其方法实现简单方便，效果好，成本低。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构原理图；
图2是本发明反射脉冲电压的时序原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种选择性离子筛除飞行时间质量分析器，包括依次相连的推斥区1、加速区2、无场漂移区3、反射区4和检测区5，推斥区1、反射区4与检测区5呈“V”型组合排列。离子进入推斥区1后，在推斥区1施加脉冲推斥电压，将离子引入加速区2，其中离子在引入推斥区1时，其引入方向与离子推斥及加速方向垂直。离子经过加速后在无场漂移区3中漂移，之后进入反射区4。
为了将待测离子与需筛选离子分离，反射区4中的反射板6引入时序脉冲电压，当待测离子通过反射区4时，反射电压幅值处于正常反射值，在反射区4形成反射电场，待测离子经反射后继续飞行至检测区5得以检测，当需筛除的离子进入反射区4时，反射电压切换至反射脉冲，使反射区4的电场迅速减小或变为向下的电场，在反射区4形成筛除电场，将离子加速引向反射板6，并最终撞上反射板6被导走。反射脉冲可以根据不同质荷比离子到达反射区4时间对其自身的延迟、幅值及宽度进行调整，实现选择性筛除。
待测离子之后进入检测区5中的离子检测器7进行检测，该离子检测器7由双片微通道板组成。
在本实施例中，推斥区1、加速区2、反射区4、检测区5沿离子运动轨迹一定距离放置，并且推斥区1、加速区2、反射区4均设有栅网结构，保证各区域电场相互隔离独立。
优选的，反射区4包括接在无场漂移区3后端的第一反射区41和接在第一反射区41后端的第二反射区42，反射板6位于第二反射区42。
如图1和图2所示，利用本实施例中的质量分析器进行离子筛选的具体过程如下：
（1）当多种成分离子，如待测离子8、筛除离子9同时垂直引入至推斥区1后，推斥区1施加推斥脉冲电压10，形成向下推斥电场，将离子推斥至加速区2。离子经加速区2加速后获得相同加速能量，并进入无场漂移区3自由飞行，不同质荷比的离子由于速度不同，在自由飞行过程中逐渐分离；
（2）分开一定距离的离子依次穿越反射区4，反射区4的反射板6施加反射电压11，当待测离子8通过反射区4时，反射电压11幅值处于正常反射值，在反射区4形成反射电场，待测离子8经反射后继续飞行至离子检测器7得以检测；
（3）当筛除离子9进入反射区4时，反射电压切换至反射脉冲12，在反射区4形成筛除电场，将筛除离子9加速引向反射板6电极，并最终撞上电极被导走，同时不影响其他区域的电场。产生筛除电场所施加的反射脉冲的延迟13、幅值14及宽度15可调，可针对不同质荷比离子到达反射区4时间进行设置，实现选择性筛除。
该选择性离子筛除飞行时间质量分析器可应用于含有背景离子或干扰离子的质谱检测。
例如炉气在线分析，会用到大量He作为载气，将样品气体经冷却除尘后引入进质谱仪，会有大量无需检测的He+产生。本实施例中的质量分析器及其筛除方法有利于消除He+对质谱检测的干扰，提升检测器动态范围，同时大大提高检测器（MCP）使用寿命。
再如仪器结合化学电离源（CI）、质子转移电离源（PTR）时会产生大量的反应气体离子（如H3O+、CH4 +、O2 +等），这些离子都是无需检测的，同样会对微通道板检测器产生危害，因此可以引入本实施例中的质量分析器解决问题。
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种选择性离子筛除飞行时间质量分析器，其特征在于：包括依次相连的推斥区(1)、加速区(2)、无场漂移区(3)、反射区(4)和检测区(5)，所述推斥区(1)、反射区(4)与检测区(5)呈“V”型组合排列，所述反射区(4)内设有反射板(6)，所述反射板(6)上引入时序脉冲电压。
2.根据权利要求1所述的选择性离子筛除飞行时间质量分析器，其特征在于：所述检测区(5)设有由双片微通道板组成的离子检测器(7)。
3.根据权利要求1所述的选择性离子筛除飞行时间质量分析器，其特征在于：所述推斥区(1)、加速区(2)、反射区(4)均设有栅网结构，保证各区域电场相互隔离独立。
4.根据权利要求1所述的选择性离子筛除飞行时间质量分析器，其特征在于：所述反射区(4)包括接在无场漂移区(3)后端的第一反射区(41)和接在第一反射区(41)后端的第二反射区(42)，所述反射板(6)位于第二反射区(42)。
5.一种利用如权利要求1至4中任一项所述的选择性离子筛除飞行时间质量分析器实现的离子筛除方法，其特征在于：在反射板(6)引入时序脉冲电压，当待测离子通过反射区(4)时，反射电压幅值处于正常反射值，在反射区(4)形成反射电场，待测离子经反射后继续飞行至检测区(5)得以检测，当需筛除的离子进入反射区(4)时，反射电压切换至反射脉冲，在反射区(4)形成筛除电场，将离子加速引向反射板(6)，并最终撞上反射板(6)被导走。
6.根据权利要求5所述的离子筛除方法，其特征在于：需筛除的离子进入反射区(4)时，反射板(6)施加低压反射脉冲，使反射区(4)的电场迅速减小或变为向下的电场。
7.根据权利要求5所述的离子筛除方法，其特征在于：根据不同质荷比离子到达反射区(4)时间对反射脉冲电压的延迟、幅值及宽度进行调整，实现选择性筛除。
8.根据权利要求6所述的离子筛除方法，其特征在于：离子引入推斥区(1)方向与离子推斥及加速方向垂直。
9.根据权利要求6所述的离子筛除方法，其特征在于：在所述推斥区(1)施加脉冲推斥电压，将离子引入加速区(2)。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的选择性离子筛除飞行时间质量分析器的应用，其特征在于：应用于含有背景离子或干扰离子的质谱检测。
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