CN105632864B - 一种复合检测器及具有该检测器的四极质谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分析测量仪器技术领域，尤其涉及一种复合检测器及具有该检测器的四极质谱仪。本发明的复合检测器包括能收集离子的离子接收极，离子接收极外设有至少两个用于放大离子信号的电子倍增器，进入复合检测器的离子能由离子接收极接收，或者能进入其中一个电子倍增器内，经过电子倍增器放大后由离子接收极接收。该复合检测器及设有具有该检测器的四极质谱仪利用法拉第杯作为离子接收极，并搭配至少两个电子倍增器，既能保证四极质谱仪的使用效果，又能提高四极质谱仪的连续无障碍工作时间，以提高其环境适用性。

Description

一种复合检测器及具有该检测器的四极质谱仪

技术领域

本发明涉及分析测量仪器技术领域，尤其涉及一种复合检测器及具有该检测器的四极质谱仪。

背景技术

质谱是研究物质基本组成、结构特征、物理和化学性质最基本的仪器之一，是生命科学、材料科学、食品安全、环境保护等领域的必备仪器，是现代分析仪器的核心，广泛用于有机化学、生物学、地球化学、核工业、材料科学、环境科学、医学卫生、食品化学、石油化工等领域以及空间技术和公安工作等特种分析领域。

质谱仪根据质量分析器的不同，而分为磁质谱仪、飞行时间质谱仪、四极质谱仪(包括四极杆质谱仪和离子阱质谱仪)、傅立叶回旋共振质谱仪、轨道离子阱质谱仪，以及各种杂交质谱仪等。而四极质谱仪因为体积小、结构简单、技术相对成熟、成本低廉而成为应用最广泛的一种质谱仪之一。

一台四极质谱仪通常由进样模块1、离子源2、四极杆质量分析器3、检测器4、真空系统和数据处理模块6等部分组成，如图1和图2所示。其中，用于四极质谱仪的检测器4，通常为法拉第杯和电子倍增器602。

法拉第杯是一种由金属材质制成，通常设计成杯状，用来测量带电粒子入射强度的一种真空侦测器，测得的电流可以用来判定入射电子或离子的数量，其结构如图3所示。法拉第杯的灵敏度较低，通常将其作为倍增器的补充，在低真空环境下工作。

电子倍增器603又可分为连续打拿极通道电子倍增器(英文名称为continuous-dynode,channel electron multipliers，其简写为CEM或者Channeltrons，见图4)和离散打拿极二次电子倍增器(英文名称为discrete dynode,secondary electronmultipliers，简写为SEM，见图5)。

而目前现有的CEM和SEM均需要在高真空环境下工作，因其具有一定的使用寿命，根据使用的真空环境和工作的频繁情况，通常一年左右就必须进行更换，如果工作在较差真空情况，则寿命将大大缩短。

现有的质谱仪，通常只使用一个CEM或者一个SEM，或者集成了一个法拉第杯与一个CEM或者SEM。

但是，在一些特殊的应用领域，比如需要连续长时间大体积进样、连续无故障工作时间要求超过1年以上、长时间无人看管和无人值守等特殊情况下，现有的检测器4就不能满足系统的工作要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种复合检测器及具有该检测器的四极质谱仪，能有效提高质谱仪的连续无故障工作时间，以增加环境适用性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合检测器，其特征在于：包括能收集离子的离子接收极，所述离子接收极外设有至少两个用于放大所述离子信号的电子倍增器；进入复合检测器的离子能由所述离子接收极接收，或者能进入其中一个所述电子倍增器内，经过所述电子倍增器放大后由所述离子接收极接收。

其中，所述离子接收极包括离子接收杯和至少两个设置于所述离子接收杯外壁上的倍增器接收极，所述离子接收杯的一端用于收集离子，且与各个所述电子倍增器的离子入口均对应设置，另一端连接有引出电极；各个所述倍增器接收极分别与各个所述电子倍增器的离子出口间对应的沿所述电子倍增器的轴向成一定距离设置，且其数量与所述电子倍增器的数量相等。

其中，所述离子接收杯通过引出电极孔与所述引出电极连接，所述引出电极孔外套装有绝缘垫。

其中，所述离子接收杯与引出电极连接的一端还设有止转槽。

其中，所述电子倍增器的数量为两个，两个所述电子倍增器对称的或相互成一定角度设置于所述离子接收极外；或者是所述电子倍增器的数量为三个或三个以上，各个所述电子倍增器均匀的或彼此相互成一定角度的设置于所述离子接收极外。

其中，所述离子接收极外还套装有屏蔽罩，所述屏蔽罩包括离子接收孔和用于将各个所述电子倍增器固定于离子接收极外的定位组件，所述离子接收孔设置于所述屏蔽罩的一端，且与各个所述电子倍增器对应设置，所述定位组件固定于所述屏蔽罩的外侧，且与所述电子倍增器的数量相等。

其中，所述定位组件包括至少两个用于固定所述电子倍增器的固定卡环和至少两个用于为所述离子接收极定位的避位槽，各个所述固定卡环均设置于所述屏蔽罩的外壁上，且分别与各个所述电子倍增器对应设置，各个所述避位槽分别对应设置于各个所述固定卡环下。

其中，所述定位组件还包括用于固定所述屏蔽罩的定位槽和至少两个安装板，所述定位槽设置于屏蔽罩的底部，各个所述安装板分别均匀的设置于所述屏蔽罩的底部外，各个所述安装板上还分别设有安装孔。

其中，所述离子接收极和屏蔽罩之间还套装有绝缘套环，所述绝缘套环的底部分别设有用于为所述离子接收极定位的第一定位台和用于为所述绝缘套环定位的第二定位台。

本发明还提供了一种四极质谱仪，包括顺序连接的进样模块、离子源、四极杆质量分析器、如上所述的复合检测器、以及数据处理模块。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明的复合检测器包括能收集离子的离子接收极，离子接收极外设有至少两个用于放大离子信号的电子倍增器，进入复合检测器的离子能由离子接收极接收，或者能进入其中一个电子倍增器内，经过电子倍增器放大后由离子接收极接收。本发明的四极质谱仪包括顺序连接的进样模块、离子源、四极杆质量分析器、如上所述的复合检测器、以及数据处理模块。该复核检测器及设有具有该检测器的四极质谱仪利用法拉第杯作为离子接收极，并搭配至少两个连续打拿极通道式电子倍增器，通过多个电子倍增器的交替使用，既能有效保证检测器的使用效率和使用效果，从而确保四极质谱仪的使用效果，又能有效提高四极质谱仪的连续无障碍工作时间，特别是能有效保证在连续长时间大体积进样、连续无障碍工作时间超过1年以上、长时间无人看管和无人值守等特殊情况下的正常工作状态，有效提高四极质谱仪的环境适用性。

附图说明

图1为现有技术的四极质谱仪的结构框架示意图；

图2为现有技术的四极质谱仪的部分结构示意图；

图3为现有技术的法拉第杯的原理图；

图4为现有技术的连续打拿极通道电子倍增器的工作原理示意图；

图5为现有技术的连续打拿极通道电子倍增器的结构示意图；

图6为现有技术的离散打拿极通道电子倍增器的工作原理示意图；

图7为本发明实施例的复合检测器的轴侧图；

图8为本发明实施例的复合检测器的剖视图；

图9为本发明实施例的离子接收极的轴侧图；

图10为本发明实施例的离子接收极的剖视图；

图11为本发明实施例的屏蔽罩的主视图；

图12为本发明实施例的屏蔽罩的仰视图；

图13为本发明实施例的绝缘套环的轴侧图；

图14为本发明实施例的绝缘套环的仰视图。

其中，1、进样模块；2、离子源；3、四极杆质量分析器；4、检测器；5、数据处理模块；6、复合检测器；601、离子接收极；602、电子倍增器；603、绝缘垫；604、屏蔽罩；605、绝缘套环；701、离子接收杯；702、倍增器接收极；703、引出电极孔；704、止转槽；801、固定卡环；802、安装孔；803、离子接收孔；804、避位槽；805、定位槽；901、第一定位台；902、第二定位台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图7、图8所示，本实施例提供的复合检测器6包括能收集离子的离子接收极601，离子接收极601外设有至少两个用于放大离子信号的电子倍增器602，进入复合检测器的离子能由离子接收极601接收，或者能进入其中一个电子倍增器602内，经过电子倍增器602放大后由离子接收极601接收。在使用时优选将法拉第杯作为离子接收极601，并搭配连接至少两个连续打拿极通道式电子倍增器，通过多个电子倍增器602的交替使用，既能有效保证检测器的使用效率和使用效果，从而确保四极质谱仪的使用效果，又能有效提高四极质谱仪的连续无障碍工作时间，特别是能有效保证在连续长时间大体积进样、连续无障碍工作时间超过1年以上、长时间无人看管和无人值守等特殊情况下的正常工作状态，有效提高四极质谱仪的环境适用性。

如图9、图10所示，本实施例的离子接收极601包括离子接收杯701和至少两个设置于离子接收杯701外壁上的倍增器接收极702，电子倍增器602的两端分别设有用于离子进出的离子入口和离子出口，离子接收杯701的一端用于收集离子，且与各个离子入口均对应设置。本实施例的电子倍增器602的离子接收杯701优选为桶状，离子入口为喇叭状，其直径大于离子出口的直径，离子由离子入口进入电子倍增器602经逐级放大后，由离子出口离开电子倍增器602；在电子倍增器602的高压端连接有直流高压，飞向离子接收极601的离子受到高压影响会由离子入口进入电子倍增器602内，靠近离子出口的位置为接地端。当电子倍增器602的高压端接地时，该电子倍增器602为非使用状态。

离子接收杯701的另一端连接有引出电极，本实施例中，离子接收杯701通过引出电极孔703与引出电极连接，以便于将引出电极与离子接收杯701之间稳固连接；经过电子倍增器602放大的离子回到离子接收杯701后，由引出电极孔703经引出电极离开；本实施例的各个倍增器接收极702分别与各个离子出口间对应的沿电子倍增器602的轴向成一定距离设置，且其数量与电子倍增器602的数量相等，以便于使离子能高效的从各个电子倍增器602中分别通过各个倍增器接收极702回到离子接收极601内。

为了保证离子在电子倍增器602和离子接收极601之间的移动顺畅高效，优选倍增器接收极702与电子倍增器602的离子出口间对应的沿电子倍增器602的轴向的距离为d，则有0＜d≤1mm，本实施例中d＝1mm；将倍增器接收极702设置为与电子倍增器602的离子出口相同的形状，以便于倍增器接收极702接受由电子倍增器602放大后的离子，本实施例中，倍增器接收极702和电子倍增器602的离子出口均为圆形，也可以为椭圆或多边形或其他形状。

为保证离子放大并回到离子接收极601后，能顺利由引出电极孔703被引出，引出电极孔703优选为设置在离子接收极601底部的通孔，在引出电极孔703内能插入引出电极，以用于引出来自倍增器接收极702的离子；在引出电极孔703内还安装有冠簧，可以保证引出电极接触的牢固度和可靠性；为了保证引出电极外部的绝缘效果，在引出电极孔703外还套装有绝缘垫603。

本实施例的电子倍增器602的数量为两个，两个电子倍增器602对称的设置于离子接收极601外，也可以使两个电子倍增器602相互成一定角度的设置于离子接收极601外，只要保证飞向离子接收极601的离子能分别进入各个电子倍增器602内，并经过各个电子倍增器602放大后回到离子接收极601内即可。

为了保证电子倍增器602的有效替换，更有效的延长复合检测器的使用寿命，电子倍增器602的数量还可以为三个或三个以上，各个电子倍增器602均匀的或彼此相互成一定角度的设置于离子接收极601外。

为了屏蔽来自于该复合检测器6前端的四极质量分析器的射频干扰，以及屏蔽施加在电子倍增器602上的直流高压的影响，如图11、图12所示，本实施例外的离子接收极601外还套装有屏蔽罩604，通过套装屏蔽罩604可以降低离子接收极601所受到的各种电噪声，起到提高信噪比的作用。

本实施例中，屏蔽罩604优选包括离子接收孔803和用于将各个电子倍增器602固定于离子接收极601的外壁上的定位组件，离子接收孔803设置于屏蔽罩604的一端，且与各个电子倍增器602对应设置，从而使离子能从离子接收极601上穿过离子接收孔803进入对应的电子倍增器602中，优选离子接收孔803的形状为方形，也可以为圆形或其他形状。

定位组件固定于屏蔽罩604的外侧，且与电子倍增器602的数量相等，以便于将各个电子倍增器602均匀的固定于屏蔽罩604外，且与离子接收极601的外壁连接。

本实施例的定位组件包括至少两个用于固定电子倍增器602的固定卡环801和至少两个用于为离子接收极601定位的避位槽804，各个固定卡环801均设置于屏蔽罩604的外壁上，且分别与各个电子倍增器602对应设置，各个避位槽804分别对应设置于各个固定卡环801下，使离子接收极601的倍增器接收极能穿过避位槽804与电子倍增器602连接，从而使屏蔽罩604不会影响到离子接收极601与电子倍增器602之间的连接，也不会影响到离子的移动。本实施例的固定卡环801的数量优选为两个，且对称的设置于屏蔽罩604的外壁上，各个固定卡环801优选由具有弹性的钢片制成，且与电子倍增器602的接地端相对设置，通过固定卡环801可以将电子倍增器602紧紧卡固在屏蔽罩604的外侧，实现电子倍增器602的固定和地电位的连接。

本实施例的定位组件还包括用于固定屏蔽罩604的定位槽805和至少两个安装板，定位槽805设置于屏蔽罩604的底部，各个安装板分别均匀的设置于屏蔽罩604的底部外；各个安装板上还分别设有安装孔802，利用螺钉等连接件穿过安装孔802可以将屏蔽罩604固定定位于四极质谱仪上，从而将该复合检测器6固定定位。

为了确保离子接收极601外的绝缘环境，如图13、14所示，本实施例的离子接收极601和屏蔽罩604之间还套装有绝缘套环605。离子接收极601、绝缘套环605和屏蔽罩604同轴设置，通过绝缘套环605可以保证离子接收极601与屏蔽罩604之间的稳定套装以及绝缘效果。

本实施例的引出电极孔703的外壁上还设有止转槽704，绝缘套环605的底部分别设有用于为离子接收极601定位的第一定位台901和用于为绝缘套环605定位的第二定位台902，第一定位台901和第二定位台902分别为优选设置在绝缘套环605底部的向内和向外的凸块，通过第一定位台901与止转槽704的相对卡位设置，可以将离子接收极601和绝缘套环605之间锁定定位；通过第二定位台902与屏蔽罩604底部的定位槽805的相对卡位设置，可以将绝缘套环605与屏蔽罩604之间锁定定位，从而将离子接收极601、绝缘套环605和屏蔽罩604三者之间锁定定位于一体，使该复合检测器6的结构稳定。优选绝缘套环605的材质为聚醚醚酮(英文名称为polyetheretherketone，简称PEEK)，以确保绝缘套环605具有良好的绝缘效果。

本实施例的复合检测器6在工作时，优选在离子接收极601外对称的设置有两个电子倍增器602，一个电子倍增器602接地不工作，另一个电子倍增器602上通有直流高压，飞向离子接收极601的离子受到高压影响从电子倍增器602的离子入口进入，经过电子倍增器602放大后，由离子出口离开电子倍增器602，然后通过离子接收极601上的倍增器接收极702回到离子接收极601内，通过引出电极孔703内的引出电极被引出到后续部件中。如果不需要电子倍增器602放大离子信号，则将两个电子倍增器602均保持在地电位即可。

本实施例提供的四极质谱仪包括顺序连接的进样模块1、离子源2、四极杆质量分析器3、如上所述的复合检测器6、以及数据处理模块5，具有上述复合检测器6的四极质谱仪能够根据使用需要在法拉第模式和倍增器模式间切换，当该四极质谱仪处于法拉第模式时，各个电子倍增器602均保持在地电位，此时各个电子倍增器602均不工作；当该四极质谱仪处于倍增器模式时，将一个电子倍增器602接地不工作，对另一个电子倍增器602施加直流高压，使其工作；当该工作状态的电子倍增器602接近使用寿命时，可将其处于地电位停止工作，对另一个待命状态的电子倍增器602施加高压使其工作；当两个电子倍增器602均接近使用寿命时，可对第三个电子倍增器602施加高压，使其工作，以提高该复合检测器6的连续无障碍工作时间。

综上所述，本实施例的复合检测器6包括能收集离子的离子接收极601，离子接收极601外设有至少两个用于放大离子信号的电子倍增器602，进入复合检测器的离子能由离子接收极601接收，或者能进入其中一个电子倍增器602内，经过电子倍增器602放大后由离子接收极601接收。本发明的四极质谱仪包括顺序连接的进样模块1、离子源2、四极杆质量分析器3、如上所述的复合检测器6、以及数据处理模块5。该复核检测器及设有具有该检测器的四极质谱仪利用法拉第杯作为离子接收极601，并搭配至少两个连续打拿极通道式电子倍增器602，通过多个电子倍增器602的交替使用，既能有效保证检测器的使用效率和使用效果，从而确保四极质谱仪的使用效果，又能有效提高四极质谱仪的连续无障碍工作时间，特别是能有效保证在连续长时间大体积进样、连续无障碍工作时间超过1年以上、长时间无人看管和无人值守等特殊情况下的正常工作状态，有效提高四极质谱仪的环境适用性。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种复合检测器，其特征在于：包括能收集离子的离子接收极(601)，所述离子接收极(601)外设有至少两个用于放大所述离子信号的电子倍增器(602)；

不需要放大离子信号时，将各个所述电子倍增器(602)均保持在地电位，以使进入复合检测器的离子能由所述离子接收极(601)接收；

需要放大离子信号时，进入复合检测器的离子能进入其中一个所述电子倍增器(602)内，通过交替使用多个所述电子倍增器(602)，使得所述离子经过所述电子倍增器(602)放大后由所述离子接收极(601)接收。

2.根据权利要求1所述的复合检测器，其特征在于：所述离子接收极(601)包括离子接收杯(701)和至少两个设置于所述离子接收杯(701)外壁上的倍增器接收极(702)，所述离子接收杯(701)的一端用于收集离子，且与各个所述电子倍增器(602)的离子入口均对应设置，另一端连接有引出电极；各个所述倍增器接收极(702)分别与各个所述电子倍增器(602)的离子出口间对应的沿所述电子倍增器(602)的轴向成一定距离设置，且其数量与所述电子倍增器(602)的数量相等。

3.根据权利要求2所述的复合检测器，其特征在于：所述离子接收杯(701)通过引出电极孔(703)与所述引出电极连接，所述引出电极孔(703)外套装有绝缘垫(603)。

4.根据权利要求2所述的复合检测器，其特征在于：所述离子接收杯(701)与引出电极连接的一端还设有止转槽(704)。

5.根据权利要求1所述的复合检测器，其特征在于：所述电子倍增器(602)的数量为两个，两个所述电子倍增器(602)对称的或相互成一定角度设置于所述离子接收极(601)外；或者是

所述电子倍增器(602)的数量为三个或三个以上，各个所述电子倍增器(602)均匀的或彼此相互成一定角度的设置于所述离子接收极(601)外。

6.根据权利要求1所述的复合检测器，其特征在于：所述离子接收极(601)外还套装有屏蔽罩(604)，所述屏蔽罩(604)包括离子接收孔(803)和用于将所述各个电子倍增器(602)固定于离子接收极(601)外的定位组件，所述离子接收孔(803)设置于所述屏蔽罩(604)的一端，且与各个所述电子倍增器(602)对应设置，所述定位组件固定于所述屏蔽罩(604)的外侧，且与所述电子倍增器(602)的数量相等。

7.根据权利要求6所述的复合检测器，其特征在于：所述定位组件包括至少两个用于固定所述电子倍增器(602)的固定卡环(801)和至少两个用于为所述离子接收极(601)定位的避位槽(804)，各个所述固定卡环(801)均设置于所述屏蔽罩(604)的外壁上，且分别与各个所述电子倍增器(602)对应设置，各个所述避位槽(804)分别对应设置于各个所述固定卡环(801)下。

8.根据权利要求7所述的复合检测器，其特征在于：所述定位组件还包括用于固定所述屏蔽罩(604)的定位槽(805)和至少两个安装板，所述定位槽(805)设置于屏蔽罩(604)的底部，各个所述安装板分别均匀的设置于所述屏蔽罩(604)的底部外，各个所述安装板上还分别设有安装孔(802)。

9.根据权利要求6所述的复合检测器，其特征在于：所述离子接收极(601)和屏蔽罩(604)之间还套装有绝缘套环(605)，所述绝缘套环(605)的底部分别设有用于为所述离子接收极(601)定位的第一定位台(901)和用于为所述绝缘套环(605)定位的第二定位台(902)。

10.一种四极质谱仪，其特征在于：包括顺序连接的进样模块(1)、离子源(2)、四极杆质量分析器(3)、如权利要求1-9任一项所述的复合检测器(6)、以及数据处理模块(5)。