CN104143495B - 一种质谱仪核心部件的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于质谱仪激光解析模斑大小自动控制的光学系统，它由入射透镜、带中心透射孔的反射镜、中继透镜、校正反射镜和光电探测器组成。入射透镜、带中心透射孔的反射镜、中继透镜和校正反射镜在空间上顺次排列，带中心透射孔的反射镜与入射激光光轴成45度放置，光电探测器放置在入射激光光轴的垂直方向。根据光电探测器所接收的激光功率判定入射激光入射到校正反射镜上的激光光斑大小。通过移动中继透镜，改变中继透镜和校正反射镜之间的距离，动态地调整入射到校正反射镜上的激光光斑大小。本发明提供一种能够动态控制解析激光光斑大小的自动控制光学系统，通过控制激光解析光斑大小，满足质谱仪在不同测试条件下的使用要求，增强质谱仪的工作性能。

Description

一种质谱仪核心部件的自动控制系统

技术领域

本发明涉及一种激光光斑控制光学系统，尤其涉及一种用于质谱仪激光解析模斑自动控制的光学系统。

背景技术

作为一种高端的分析仪器，质谱仪在生物医学和材料分析领域具有极为重要的应用价值。基于激光解析离子源的质谱仪主要采用短波长的紫外脉冲激光器作为离子解析用激光源。

目前用于人体疾病预防检测的蛋白质飞行质谱仪的生产和研究常采用波长为337nm的氮气激光器作为解析激光源。由于氮气激光器的光束质量问题，质谱仪工作时激光斑点的尺寸较大，精确的斑点尺寸控制实际上难以实现。

随着全固态激光技术的发展，采用高品质全固态紫外脉冲激光器作为激光解析用光源的新型质谱仪成为可能。例如，利用非线性光学频率变换技术和非线性光学晶体，对Nd：YLF激光器产生的近红外1047nm波长激光进行三倍频，可以产生三次谐波的波长为349nm的紫外激光，取代目前常用的氮气激光。再例如，通过研制波长为1342nm的Nd：YVO4脉冲激光，再利用四倍频手段可以获得波长为336nm的高重频脉冲紫外激光。此外，采用红宝石激光器直接倍频，可以获得结构紧凑的波长为347nm的紫外脉冲激光。

高品质全固态紫外脉冲激光器可望获得极好的光束质量，能够通过高质量的光学聚焦系统聚成斑点尺寸在微米量级的精细斑点，为高端质谱仪实现分区扫描测试创造了条件。

但是，常规的质谱仪激光光学聚焦系统只能将激光束变换成特定的激光斑点大小，难以根据使用需要动态地控制实际的激光斑点尺寸，使得其难以适应不同应用目标的需求。

发明内容

本发明的目的是克服常规质谱仪激光聚焦系统的不足，提供一种能够动态控制解析激光光斑大小的自动控制光学系统。采用本光学系统后，激光解析光斑可以根据使用要求自动调整，以满足质谱仪在不同测试条件下的使用要求。

一种用于质谱仪激光解析模斑大小自动控制的光学系统由入射透镜1、带中心透射孔的反射镜2、中继透镜3、校正反射镜4和光电探测器5组成。入射透镜1、带中心透射孔的反射镜2、中继透镜3和校正反射镜4在空间上顺次排列，带中心透射孔的反射镜2与入射激光光轴成45度放置，光电探测器5放置在入射激光光轴的垂直方向。入射透镜1将入射激光聚焦到带中心透射孔的反射镜2的中心孔位置并使之通过带中心孔的反射镜2，中继透镜3将聚焦后并从带中心透射孔的反射镜2出射的激光耦合到校正反射镜4。校正反射镜4反射所入射的发散或汇聚的激光，由带中心透射孔的反射镜2反射到光电探测器5。根据光电探测器5所接收的激光功率，可以判定入射激光经过入射透镜1、带中心透射孔的反射镜2和中继透镜3后入射到校正反射镜4上的激光光斑大小。通过移动中继透镜3改变中继透镜3和校正反射镜4之间的距离，可以动态地调整入射到校正反射镜上的激光光斑大小。为保证光学系统中激光斑点的耦合精度，所用的入射透镜1和中继透镜3均为像差得到校正的复合透镜。带中心透射孔的反射镜2所用材料为金属铜或铝，表面涂覆金反射层，其中心孔的尺寸为直径2～20微米。光电探测器5为硅光电二极管或硅光电池。校正反射镜4为一种对波长330～360nm高反的光学反射镜。

本发明主要用以解决高性能激光离子解析质谱仪在不同应用条件下的激光光斑尺寸的自动控制问题。利用高光学品质的全固态紫外激光器，并采用本发明所述的光斑自动控制光学系统，将使得质谱仪具备全区域平均采样分析或按照特定空间分辨率、通过样品的二维扫描实现分区域逐点采样分析的功能，能极大地增强质谱仪的实际使用功能。

附图说明

图1一种用于质谱仪激光解析模斑自动控制的光学系统在细小光斑工作状态下的结构示意图；

图2一种用于质谱仪激光解析模斑自动控制的光学系统在粗大光斑工作状态下的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：

如图1和图2所示，一种用于质谱仪激光解析模斑大小自动控制的光学系统由入射透镜1、带中心透射孔的反射镜2、中继透镜3、校正反射镜4和光电探测器5组成。入射透镜1、带中心透射孔的反射镜2、中继透镜3和校正反射镜4在空间上顺次排列，带中心透射孔的反射镜2与入射激光光轴成45度放置，光电探测器5放置在入射激光光轴的垂直方向。入射透镜1将入射激光聚焦到带中心透射孔的反射镜2的中心孔位置并使之通过带中心孔的反射镜2，中继透镜3将聚焦后并从带中心透射孔的反射镜2出射的激光耦合到校正反射镜4。校正反射镜4反射所入射的发散或汇聚的激光，由带中心透射孔的反射镜2反射到光电探测器5。根据光电探测器5所接收的激光功率，可以判定入射激光经过入射透镜1、带中心透射孔的反射镜2和中继透镜3后入射到校正反射镜4上的激光光斑大小。通过移动中继透镜3改变中继透镜3和校正反射镜4之间的距离，可以动态地调整入射到校正反射镜上的激光光斑大小。为保证光学系统中激光斑点的耦合精度，所用的入射透镜1和中继透镜3均为像差得到校正的复合透镜。带中心透射孔的反射镜2所用材料为金属铜或铝，表面涂覆金反射层，其中心孔的尺寸为直径2～20微米。光电探测器5为硅光电二极管或硅光电池。校正反射镜4为一种对波长330～360nm高反的光学反射镜。

质谱仪实际工作时，可以根据需要选择所用的工作模式，并在分区扫描模式下，按照分辨率设定要求调整激光光斑大小。此时，校正反射镜4在光斑校正状态下处于待测样品所处位置，通过移动中继透镜3的前后位置，可以调整激光在校正反射镜上的大小。

图1表示校正反射镜4的反射面处于焦点位置时的工作状态。校正反射镜4将入射激光反射，所反射激光经过中继透镜3重新回到带中心透射孔的反射镜2，此时激光束焦点将位于中心透射孔之中，很少有激光功率被转折反射到光电探测器5之中，光电探测器5探测的功率极小。

图2表示校正反射镜4的反射面离开激光焦点位置时的工作状态。校正反射镜4将入射激光反射，所反射激光经过中继透镜3重新回到带中心透射孔的反射镜2，此时激光束焦点将远离中心透射孔，将有很大部分激光功率被转折反射到光电探测器5之中，光电探测器5探测的功率较大。

根据光电探测器5获得的功率大小，可以判定入射激光在校正反射镜4反射面上的光斑大小。由于实际测试时，待测样品位于校正反射镜的位置，因此样品上的光斑大小与校正状态下的光斑大小相同。

本发明主要用以解决高性能激光离子解析质谱仪在不同应用条件下的激光光斑尺寸的自动控制问题。利用高光学品质的全固态紫外激光器，并采用本发明所述的光斑自动控制光学系统，将使得质谱仪具备全区域平均采样分析或按照特定空间分辨率、通过样品的二维扫描实现分区域逐点采样分析的功能，能极大地增强质谱仪的实际使用功能。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种用于质谱仪激光解析模斑大小自动控制的光学系统，其特征在于，该光学系统包括：入射透镜1、带中心透射孔的反射镜2、中继透镜3、校正反射镜4和光电探测器5；入射透镜1、带中心透射孔的反射镜2、中继透镜3和校正反射镜4在空间上顺次排列，带中心透射孔的反射镜2与入射激光光轴成45度放置，光电探测器5放置在入射激光光轴的垂直方向；入射透镜1将入射激光聚焦到带中心透射孔的反射镜2的中心孔位置并使之通过带中心孔的反射镜2，中继透镜3将聚焦后并从带中心透射孔的反射镜2出射的激光耦合到校正反射镜4；校正反射镜4反射所入射的发散或汇聚的激光，由带中心透射孔的反射镜2反射到光电探测器5；根据光电探测器5所接收的激光功率，可以判定入射激光经过入射透镜1、带中心透射孔的反射镜2和中继透镜3后入射到校正反射镜4上的激光光斑大小；通过移动中继透镜3改变中继透镜3和校正反射镜4之间的距离，可以动态地调整入射到校正反射镜上的激光光斑大小。

2.根据权利要求1所述的一种用于质谱仪激光解析模斑大小自动控制的光学系统，其特征在于所用的入射透镜1和中继透镜3均为像差得到校正的复合透镜。

3.根据权利要求1所述的一种用于质谱仪激光解析模斑大小自动控制的光学系统，其特征在于带中心透射孔的反射镜2所用材料为金属铜或铝，表面涂覆金反射层，其中心孔的尺寸为直径2～20微米。

4.根据权利要求1所述的一种用于质谱仪激光解析模斑大小自动控制的光学系统，其特征在于光电探测器5为硅光电二极管或硅光电池。

5.根据权利要求1所述的一种用于质谱仪激光解析模斑大小自动控制的光学系统，其特征在于校正反射镜4为一种对波长330～360nm高反的光学反射镜。