CN104658852B - 一种多离子源飞行时间质谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多离子源飞行时间质谱仪；所述质谱仪是直线型或反射式，包括至少两个离子源，真空系统，在所述真空系统内有与所述离子源数量相等的离子加速区、离子自由飞行区、与所述离子源数量相等的离子探测器，还包括与所述离子加速区连接的第一工作电源；所述离子源中产生的离子经过所述离子加速区，在第一工作电源提供的高压脉冲电压下，被加速运动到离子自由飞行区，通过质量分析后被相应离子探测器检测到；解决了一个质谱仪在某一时刻，只能对一个离子源产生的样品离子进行质谱分析的问题，实现高效地同时获得多个样品质谱分析结果，结构紧凑，快速便捷。

Description

一种多离子源飞行时间质谱仪

技术领域

本发明属于质谱仪器和分析技术领域，具体涉及一种多离子源飞行时间质谱仪。

背景技术

质谱仪是一种用于分析物质样品中各种化学成分，含量和分子结构的科学仪器。飞行时间质谱仪是目前被广泛应用的质谱仪器之一。它具有结构较简单，操作方便，样品分析时间快，质量分辨良好等特点，被广泛地应用于医学卫生、环境科学等各个领域。

飞行时间质谱仪的结构和工作原理：它是由离子源，离子加速区，离子加速区电极，离子自由飞行区和离子探测器等组成。一般情况下，由离子源所产生的被分析样品离子首先被引入到离子加速区中，然后由高压电源在离子加速区的加速电极上施加一个脉冲式电压，使得所有进入离子加速区中的样品离子都同时受到一个相同的电压作用而作加速运动，由于离子在离子加速区的分布区域很小，因此每个离子所获得的能量，即动能基本相同。

根据粒子动能定律：

$E=\frac{1}{2}M{v}^2---\left(1\right)$

得到： $v=\sqrt{\frac{2E}{M}}---\left(2\right)$

上式中，E为粒子动能，M为粒子质量，v为粒子速度。由(2)可以看出，当粒子的动能一定时，它的运动速度与它的质量有关。

在飞行时间质谱仪中，所有的离子被加速后将在所谓的离子自由飞行区中飞行相同的距离，离子在电极之间不再受任何外力的作用下继续飞行相同的距离。由于不同质量的离子具有不同的飞行速度，因此，它们在到达自由飞行区边界电极后面安置的离子探测器时，不同质量的离子所飞行的时间不同，且与其质量大小相关。还有提供给离子探测器的工作电源。也就是说，只要测量出离子的飞行时间，就可以推算出它们的质量大小。这就是飞行时间质谱仪的基本工作原理。

在实际情况下，由于离子在飞行时间质谱仪的离子加速区中有一定的空间分布，因此所受加速电压的大小也不相同；此外，由于离子的初速度也有一定的分布。这些因素都会导致离子速度的不确定性，最终导致飞行时间质谱仪的质量分辨能力的下降。

在过去的几十年里，人们已研究出几种提高飞行时间质谱仪质量分辨能力的方法，如离子双加速场的应用，反射式飞行时间质谱技术，离子延时加速方法等。目前的飞行时间质谱仪的质量分辨可以达到50000以上。

但是目前的飞行时间质谱仪都有一个共同的特点，即每一个质谱仪都只装备一个离子源，也就是说，一个质谱仪在某一时刻，只能对一个离子源产生的样品离子进行质谱分析。如果有多个样品，只能按时间顺序依次对每一个样品进行质谱分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效地同时获得多个样品质谱分析结果的多离子源飞行时间质谱仪。

实现本发明目的的技术方案是一种多离子源飞行时间质谱仪；所述质谱仪包括至少两个离子源，真空系统，在所述真空系统内有与所述离子源数量相等的离子加速区、离子自由飞行区、与所述离子源数量相等的离子探测器，还包括与所述离子加速区连接的第一工作电源；所述离子源中产生的离子经过所述离子加速区，在第一工作电源提供的高压脉冲电压下，被加速运动到离子自由飞行区，通过质量分析后被相应离子探测器检测到。

优选的所述质谱仪是直线型的，还包括与所述离子探测器连接的第二工作电源。

优选的所述质谱仪是反射式，在所述真空系统内有离子反射区；所述离子源中产生的离子经过所述离子加速区，在第一工作电源提供的高压脉冲电压下，被加速运动到离子反射区，通过质量分析后被相应离子探测器检测到。

优选的所述质谱仪是反射式，在所述离子源和真空系统之间依次有四极离子导引杆和线形离子阱；所述离子源中产生的离子经过四极离子导引杆和线形离子阱进入所述离子加速区，在第一工作电源提供的高压脉冲电压下，通过质量分析后被相应离子探测器检测到。

优选的所述离子源有2个或3个或4个或5个或6个，且是相同或是不同的离子源，当不同时分别在电喷雾电离离子源、电子轰击电离离子源、光电离离子源、化学电离离子源等各种离子源中择一。

本发明具有积极的效果：（1）多个离子源产生的多个样品离子被同时引入到飞行时间质谱仪的真空系统，然后在同一个脉冲高压产生的电场作用下，同时被加速，并进一步被飞行时间质谱进行质量分析，通过同时对多个样品进行质量分析，实现所谓的高通量，快速样品分析，可以成倍提高质谱分析的速度和效率。

（2）为了防止不同离子源所产生的不同样品离子之间的相互干扰，飞行时间质谱仪的离子加速区被分割成与离子源数目一样多的小区域，或者在一个飞行时间质谱内安置有与离子源数目一样多的，具有完全相同几何结构的离子加速源区域，而且每一个小的离子加速源小区域对应于一个离子源，也就是说，一个离子源产生的离子将被引入到一个固定的离子源加速小区域内，但又不能运动到另外的小区域内，然后在同一个脉冲高压产生的电场作用下，同时被加速到离子自由飞行区，并进一步被飞行时间质谱进行质量分析。每个离子源加速小区域具有几乎相同的几何结构，这样可以保证所有被引入到飞行时间质谱仪的不同样品离子都受到完全相同的加速电场的作用。

（3）离子自由飞行区只有一个，这样可以保证所有被同一个高压脉冲电场加速后的离子都经过完全相同的离子自由飞行区，具有完全相同的飞行条件，以确保每个离子的飞行时间具有可比性，这样最终获得的飞行时间质谱才是可靠和可信的。

（4）通过多个分别对应于不同的离子源的离子探测器，探测由不同离子源所产生的离子产物，每个离子探测器所得到的离子飞行质谱信号分别由后续的与各个离子探测器相连接的信号放大，信号记录，与数据处理系统分析处理，最终获得对应于每个离子源的离子产物质谱信号。

（5）因为在实验过程中由同一台电脑控制、仪器的电极结构和所用工作电源的一致性，使得由不同离子源所产生的不同样品离子可以被同时、准确地分析。它显然比用一个质谱仪分别、依次对样品进行分析具有更高的效率，该飞行时间质谱仪可以包含比6个更多的离子源。

（6）通过多个离子源共用了一个真空系统，一个高压脉冲电源，一个质谱控制电源系统等，可以节省仪器的制造、加工和使用成本，减少仪器操作人员，提高效率。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为第一种多离子源飞行时间质谱仪的结构示意图；

图2为第二种多离子源飞行时间质谱仪的结构示意图；

图3为第三种多离子源飞行时间质谱仪的结构示意图；

1是离子源，2是真空系统，20是离子加速区，21是离子自由飞行区，22是离子探测器，3是第一工作电源，4是第二工作电源，23是离子反射区，5是四极离子导引杆，6是线形离子阱

具体实施方式

见图1的第一种多离子源飞行时间质谱仪；一种多离子源飞行时间质谱仪；所述质谱仪是直线型，包括至少两个离子源1，真空系统2，在所述真空系统2内有与所述离子源1数量相等的离子加速区20、离子自由飞行区21、与所述离子源1数量相等的离子探测器22，还包括与所述离子加速区20连接的第一工作电源3，与所述离子探测器22连接的第二工作电源4；所述离子源1中产生的离子经过所述离子加速区20，在第一工作电源3提供的高压脉冲电压下，被加速运动到离子自由飞行区21，通过质量分析后被相应离子探测器22检测到。

见图2的第二种多离子源飞行时间质谱仪，所述质谱仪是反射式，包括至少两个离子源1，真空系统2，在所述真空系统2内有与所述离子源1数量相等的离子加速区20、离子反射区23、与所述离子源1数量相等的离子探测器22，还包括与所述离子加速区20连接的第一工作电源3；所述离子源1中产生的离子经过所述离子加速区20，在第一工作电源3提供的高压脉冲电压下，被加速运动到离子反射区23，通过质量分析后被相应离子探测器22检测到。

见图3的第三种多离子源飞行时间质谱仪，所述质谱仪是反射式，包括至少两个离子源1，真空系统2，在所述离子源1和真空系统2之间依次有四极离子导引杆5和线形离子阱6，在所述真空系统2内有与所述离子源1数量相等的离子加速区20、与所述离子源1数量相等的离子探测器22，还包括与所述离子加速区20连接的第一工作电源3；所述离子源1中产生的离子经过四极离子导引杆5和线形离子阱6进入所述离子加速区20，在第一工作电源3提供的高压脉冲电压下，通过质量分析后被相应离子探测器22检测到。

进一步的所述离子源1有2个或3个或4个或5个或6个，且是相同或是不同的离子源，当不同时分别在电喷雾电离离子源、电子轰击电离离子源、光电离离子源、化学电离离子源等各种离子源中择一。

多个离子源1产生的多个样品离子被同时引入到飞行时间质谱仪的真空系统2，然后在同一个脉冲高压产生的电场作用下，同时被加速，并进一步被飞行时间质谱进行质量分析，通过同时对多个样品进行质量分析，实现所谓的高通量，快速样品分析，可以成倍提高质谱分析的速度和效率。

每个离子源加速区20具有几乎相同的几何结构，这样可以保证所有被引入到飞行时间质谱仪的不同样品离子都受到完全相同的加速电场的作用。

离子自由飞行区21只有一个，这样可以保证所有被同一个高压脉冲电场加速后的离子都经过完全相同的离子自由飞行区21，具有完全相同的飞行条件，以确保每个离子的飞行时间具有可比性，这样最终获得的飞行时间质谱才是可靠和可信的。

通过多个分别对应于不同的离子源1的离子探测器22，探测由不同离子源1所产生的离子产物，每个离子探测器所得到的离子飞行质谱信号分别由后续的与各个离子探测器相连接的信号放大，信号记录，与数据处理系统分析处理，最终获得对应于每个离子源1的离子产物质谱信号。

这种质谱仪在实验过程中由同一台电脑控制、仪器的电极结构和所用工作电源的一致性，使得由不同离子源所产生的不同样品离子可以被同时、准确地分析。它显然比用一个质谱仪分别、依次对样品进行分析具有更高的效率，该飞行时间质谱仪可以包含比6个更多的离子源。

通过多个离子源共用了一个真空系统2，一个高压脉冲电源3，一个质谱控制电源系统等，可以节省仪器的制造、加工和使用成本，减少仪器操作人员，提高效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多离子源飞行时间质谱仪；其特征在于：所述质谱仪包括真空系统(2)和至少两个离子源(1)，在所述真空系统(2)内有离子加速区(20)、离子自由飞行区(21)和离子探测器(22)，所述的离子加速区(20)与离子探测器(22)均与离子源(1)的数量相等，所述质谱仪还包括与所述离子加速区(20)连接的第一工作电源(3)；所述离子源(1)中产生的离子经过所述离子加速区(20)，在第一工作电源(3)提供的高压脉冲电压下，被加速运动到离子自由飞行区(21)，通过质量分析后被相应离子探测器(22)检测到。

2.根据权利要求1所述的多离子源飞行时间质谱仪，其特征在于：所述质谱仪是直线型的，还包括与所述离子探测器(22)连接的第二工作电源(4)。

3.根据权利要求1所述的多离子源飞行时间质谱仪，其特征在于：所述质谱仪是反射式，在所述真空系统(2)内有离子反射区(23)；所述离子源(1)中产生的离子经过所述离子加速区(20)，在第一工作电源(3)提供的高压脉冲电压下，被加速运动到离子反射区(23)，通过质量分析后被相应离子探测器(22)检测到。

4.根据权利要求1所述的多离子源飞行时间质谱仪，其特征在于：所述质谱仪是反射式，在所述离子源(1)和真空系统(2)之间依次有四极离子导引杆(5)和线形离子阱(6)；所述离子源(1)中产生的离子经过四极离子导引杆(5)和线形离子阱(6)进入所述离子加速区(20)，在第一工作电源(3)提供的高压脉冲电压下，通过质量分析后被相应离子探测器(22)检测到。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的多离子源飞行时间质谱仪，其特征在于：所述离子源(1)有2个或3个或4个或5个或6个，且是相同或是不同的离子源，当不同时分别在电喷雾电离离子源、电子轰击电离离子源、光电离离子源、化学电离离子源等各种离子源中择一。