CN103824749A - 筛选式飞行时间质谱仪探测器及离子筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种筛选式飞行时间质谱仪探测器，包括微通道板MCP和位于微通道板MCP背面的阳极板，所述阳极板上接有信号线，所述微通道板MCP正面沿离子进入方向依次设有下栅网、中栅网和上栅网，所述中栅网外接电脉冲发生器。本发明还涉及一种离子筛选方法。本发明通过在中栅网中接入电脉冲发生器，由此产生移除脉冲串，当不需要的离子进入时激发移除脉冲，使不需要的离子在达到微通道板MCP之前被移除，使谱图干净，不影响目标峰的分析，使得仪器的灵敏度得到提高，同时减少微通道板MCP的衰减，极大延长了MCP的使用寿命。本发明可应用于飞行时间质谱仪中的检测。

Description

筛选式飞行时间质谱仪探测器及离子筛选方法

技术领域

本发明涉及飞行时间质谱仪，特别是涉及一种筛选式飞行时间质谱仪探测器及离子筛选方法。

背景技术

飞行时间质谱仪（TOF）的原理为：真空环境下，推斥区的推斥正负脉冲将离子束推入加速区使离子获得加速能量，而不同离子拥有不同的飞行速度，通过一定长度的无场飞行后，离子将根据其质荷比的大小分别进入检测区进行分离检测。

在检测区中，通常选用微通道板离子检测器（microchannel plate,简称MCP）作为标准配置检测器。因为MCP具有响应时间快、灵敏度高、信噪比高和检测面积大等特点，特别适合做飞行时间质谱仪的检测器。但是一般MCP只有几年的使用寿命，真空不良和样品污染、长期处在过饱和的状态等导致MCP表层二次电子发射能力下降，它们是影响MCP灵敏度和寿命的主要因素。在进样量大时，样品污染是导致MCP寿命衰减的另一个主要因素。

在保证足够真空的同时，通过移除背景峰或不需要的碎片离子是减少MCP衰减的主要方法。常见的方法主要是离子传输区加四极杆等部件、在离子进入TOF前移除，但是这种方式只能通过改变加在四极杆上的射频频率来去除一定范围内的所有离子，无法去除在这段范围外不需要的离子。

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筛选式飞行时间质谱仪探测器，将不需要的离子筛除，从而延长MCP的使用寿命，本发明的另一目的在于提供一种离子筛选方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种筛选式飞行时间质谱仪探测器，包括微通道板MCP和位于微通道板MCP背面的阳极板，所述阳极板上接有信号线，所述微通道板MCP正面沿离子进入方向依次设有下栅网、中栅网和上栅网，所述中栅网外接电脉冲发生器。其中，阳极板是用于接收微通道板MCP所产生的电子流，信号线是用于传输电信号，将阳极板所接受的电信号传输到外置的数据采集卡中。

作为上述技术方案的进一步改进，所述下栅网、中栅网和上栅网同轴心线布置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述下栅网、中栅网和上栅网均为金属丝栅网，相邻的栅网之间相互隔离绝缘。其中下栅网、上栅网为不锈钢等金属丝，主要是为了防止加速区和检测区的电场互相渗透。中柵网同样为不锈钢等金属丝，主要是用于施加移除离子的移除脉冲串。

作为上述技术方案的进一步改进，所述微通道板MCP与阳极板之间设有电极板，所述电极板接于微通道板MCP背面并与阳极板隔离绝缘。

作为上述技术方案的进一步改进，所述微通道板MCP有两片，两片微通道板MCP为上、下同轴心布置且两者之间接有电极片，所述电极板接于上方微通道板MCP上，所述上栅网连接于下方微通道板MCP。

上述的电极片和电极板为不锈钢制成，外形均为片状。

作为上述技术方案的进一步改进，所述阳极板为由金属制成的圆柱形，且阳极板与微通道板MCP、信号线、上栅网同轴心线。

一种离子筛选方法，在飞行时间质谱仪中，当离子由无场飞行区进入到检测区的中柵网时，根据各种离子所对应的飞行时间，在中栅网中施加移除脉冲串移除多余的离子。

作为上述技术方案的进一步改进，所述移除脉冲串包含多个各自独立的脉冲，各脉冲根据所需去除的离子来设置延时和脉宽。各个脉冲都是独立可调的，但能同时作用于移除离子。移除脉冲串对仪器的分辨率不会产生影响。

作为上述技术方案的进一步改进，所述各脉冲的脉宽为15-60ns。因为脉冲的脉宽应做到尽量小，同时上升沿和下降沿时间也应尽量小，这样才不会影响相邻的离子谱图。而脉冲串的幅值需大于推斥区的正脉冲幅值，这样才会有足够的能量把离子移除掉。

本发明的有益效果是：本发明通过在中栅网中接入电脉冲发生器，由此产生移除脉冲串，当不需要的离子进入时激发移除脉冲，使不需要的离子在达到微通道板MCP之前被移除，使谱图干净，不影响目标峰的分析，使得仪器的灵敏度得到提高，同时减少微通道板MCP的衰减，极大延长了MCP的使用寿命。

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是本发明的原理图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是空气谱图所对应的脉冲时序图；

图4是施加移除脉冲串后的空气谱图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例中的探测器包括信号线1、阳极板2、电极板3、电极片4、微通道板MCP8、上柵网5、中柵网6、下柵网7、移除脉冲串9。

信号线1与阳极板2相连，信号线1由金属底座11固定在阳极板正中心，阳极板2镶嵌在聚醚醚酮板 10 中间，底部与聚醚醚酮板10平行。阳极板2下方为电极板4，阳极板与电极板4之间由四个2mm厚的陶瓷垫片隔开绝缘。电极板3正下方为电极片4，电极片4正下方为上柵网5，电极板3和电极片4与电极片4和上柵网5之间分别设有一块微通道板MCP 8上柵网5正下方是中柵网6，中柵网6下方为下柵网7，上栅网5与中栅网6之间、中栅网6与下栅网7之间分别由四个2mm厚的陶瓷垫片隔开绝缘。其中，中柵网6处接有移除脉冲串9。三片柵网的厚度都为1mm。信号线1、阳极板2、电极板3、电极片4、微通道板MCP 8、上柵网5、中柵网6、下柵网7均为同轴心线对齐。

在本实施例中阳极板2为不锈钢圆柱， 上柵网5、中柵网6和下柵网7为金属丝柵网，金属丝柵网的金属直径为25-50μm，金属丝柵网条数目为80-100。

图3为EI-TOF测得的空气谱图所对应的脉冲时序图。在本实施例中，推斥区的正负脉冲电压分别为230V和-230V，为保证不需要的离子完全移除掉，故移除脉冲串设置需大于230V，本实施例中设为430V。为移除空气中的水、氮气和氧气，可以看到他们所对应的飞行时间分别是2860ns，3545ns，3785ns，故移除脉冲串的延时设置分别为2855ns，3540ns，3780ns，脉宽设置均为40ns。图4为施加移除脉冲串后EI-TOF所获得的空气谱图，可以发现，在谱图中空气中的水、氮气和氧气三种物质被完全移除。

本发明的工作过程如下：经过推斥区、加速区、无场飞行区、和反射区后的离子首先通过下柵网7，下柵网7接地，用于防止无场飞行区和检测区电场渗透到检测区；接着离子通过中柵网6，通过设置好的正脉冲延时和脉宽激发移除脉冲串，改变电场，使不需要的离子撞向中栅网6，实现了把几种不需要的离子移除掉；接着离子再通过上柵网5进入微通道板MCP8；离子进入微通道板MCP8后，会与微通道板MCP8表面发生碰撞，产生二次电子，经过两片微通道板MCP8后电子已经产生了多倍的增长；接着这些电子撞击到阳极板2上，电子由阳极板2接收，通过信号线1传输到外部的数据采集卡上，实现信号形成。

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 (9)

1.一种筛选式飞行时间质谱仪探测器，包括微通道板MCP(8)和位于微通道板MCP(8)背面的阳极板(2)，所述阳极板(2)上接有信号线(1)，其特征在于：所述微通道板MCP(8)正面沿离子进入方向依次设有下栅网(7)、中栅网(6)和上栅网(5)，所述中栅网(6)外接电脉冲发生器。

2.根据权利要求1所述的筛选式飞行时间质谱仪探测器，其特征在于：所述下栅网(7)、中栅网(6)和上栅网(5)同轴心线布置。

3.根据权利要求1或2所述的筛选式飞行时间质谱仪探测器，其特征在于：所述下栅网(7)、中栅网(6)和上栅网(5)均为金属丝栅网，相邻的栅网之间相互隔离绝缘。

4.根据权利要求1所述的筛选式飞行时间质谱仪探测器，其特征在于：所述微通道板MCP(8)与阳极板(2)之间设有电极板(3)，所述电极板(3)接于微通道板MCP(8)背面并与阳极板(2)隔离绝缘。

5.根据权利要求4所述的筛选式飞行时间质谱仪探测器，其特征在于：所述微通道板MCP(8)有两片，两片微通道板MCP(8)为上、下同轴心布置且两者之间接有电极片(4)，所述电极板(3)接于上方微通道板MCP(8)上，所述上栅网(5)连接于下方微通道板MCP(8)。

6.根据权利要求1所述的筛选式飞行时间质谱仪探测器，其特征在于：所述阳极板(2)为由金属制成的圆柱形。

7.一种利用权利要求1至6中任一项所述探测器实现的离子筛选方法，其特征在于：在飞行时间质谱仪中，根据各种离子所对应的飞行时间，在中栅网(6)中施加移除脉冲串(9)移除多余的离子。

8.根据权利要求7所述的离子筛选方法，其特征在于：所述移除脉冲串(9)包含多个各自独立的脉冲，各脉冲根据所需去除的离子来设置延时和脉宽。

9.根据权利要求7或8所述的离子筛选方法，其特征在于：所述各脉冲的脉宽为15-60ns。

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