CN106971934B - 一种质谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种质谱仪，涉及质谱检测技术领域。其中，该质谱仪包括：离子源、四级杆质量分析器、反射器组件和检测器，离子源设置于四极杆质量分析器的首端，用于将样品电离成离子，并使得离子进入四极杆质量分析器的腔室，四极杆质量分析器用于对进入腔室的离子进行第一次过滤，得到第一目标离子，反射器组件安装于四极杆质量分析器的尾端，用于通过在四极杆质量分析器的尾端产生静电场，反射第一目标离子，四极杆质量分析器还用于对反射的第一目标离子进行第二次过滤，得到第二目标离子，检测器设置于四级杆分析器的首端，用于检测第二目标离子。上述质谱仪可对离子进行二次过滤，得到质荷比更为一致的离子，进而提高了质谱仪的质量分辨率。

Description

一种质谱仪

技术领域

本发明属于质谱检测技术领域，尤其涉及一种质谱仪。

背景技术

质谱仪是一种通过检测离子的质荷比来鉴定物质种类的仪器，被广泛应用于各个领域中。它被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性测试方法。质谱仪一般由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成。质量分析器作为质谱仪的关键部件，对质谱仪的发展起着举足轻重的作用。它按照质荷比大小和顺序对电离后的离子进行分离，使得检测器按照质荷比的大小和顺序对离子进行收集和记录，获得离子按质荷比大小排列而成的质谱图。

由于结构简单，真空要求相对较低，工艺加工难度小，四极杆质量分析器是使用最为广泛的一种质量分析器。但是，现有的四极杆质量分析器在对离子进行分离时，由于离子在四极杆中运行的时间短，经常会出现将不同质荷比的离子混合记录的情况，由于没有足够的时间分离，不同质荷比的离子被检测器混合记录，导致某一质荷比离子的质谱峰变宽，质谱仪的质量分辨率降低。

发明内容

本发明提供一种质谱仪，旨在解决由于离子在四极杆中运行时，没有足够的时间进行分离，而导致质谱仪的质量分辨率降低的问题。

本发明提供的一种质谱仪，包括：离子源、四级杆质量分析器、反射器组件和检测器；

所述离子源，设置于所述四极杆质量分析器的首端，用于将样品电离成离子，并使得所述离子进入所述四极杆质量分析器的腔室；

所述四极杆质量分析器，用于对进入所述腔室的离子进行第一次过滤，得到第一目标离子；

所述反射器组件，安装于所述四极杆质量分析器的尾端，用于通过在所述四极杆质量分析器的尾端产生静电场，反射所述第一目标离子；

所述四极杆质量分析器，还用于对反射的所述第一目标离子进行第二次过滤，得到第二目标离子；

所述检测器，设置于所述四级杆分析器的首端，用于检测所述第二目标离子。

本发明实施例提供的质谱仪，在四极杆质量分析器的首端和尾端分别增设检测器和反射器组件，通过反射器组件在离子到达四极杆质量分析器的尾端时，对其进行反射，使得四极杆质量分析器可对离子进行二次过滤，因此可得到质荷比更为一致的离子，从而使检测到的离子的质谱峰变窄，进而提高了质谱仪的质量分辨率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1是本发明第一实施例提供的一种质谱仪的结构示意图；

图2是本发明第二实施例提供的一种质谱仪的结构示意图；

图3是本发明第三实施例提供的一种质谱仪的结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明第一实施例提供的质谱仪的结构示意图，图1所示的质谱仪主要包括：离子源101、四级杆质量分析器102、反射器组件103和检测器104。

其中，离子源101，设置于四极杆质量分析器102的首端，用于将样品电离成离子，并使得该离子进入四极杆质量分析器102的腔室。

样品为用于利用质谱仪进行质谱分析的物质，例如，矿石中提取的放射性衰变类物质、含有微量杂质的有机化合物、含有微量元素及同位素的无机物等。离子源101可以采用将样品汽化后电离的方式或采用高能粒子轰击样品的方式，将样品进行电离，并对电离后的离子进行电场加速，使离子以某一速度进入到四极杆质量分析器102中。

四极杆质量分析器102，用于对进入该腔室的离子进行第一次过滤，得到第一目标离子。

四极杆质量分析器102由四个电极杆组成，并将四个电极杆分成两组，其中两两相对的两个电极杆为一组。其中一组上加载直流电压，另一组加载射频交流电压，这样，四个电极杆围成的空间就具有了电磁场。四个电极杆围成的空间即为四极杆质量分析器102的腔室。当离子进入腔室后，会在极性相反的电极间产生震荡，只有特定的某一质荷比的离子才可以做有限振幅的稳定的震荡运动，到达检测器，而其它的离子会撞到电极杆而湮灭，四极杆质量分析器102通过上述方法对离子进行过滤。第一目标离子为四极杆质量分析器102在第一次过滤后得到的做稳定震荡运动的离子。

反射器组件103，安装于四极杆质量分析器102的尾端，用于通过在四极杆质量分析器102的尾端产生静电场，反射该第一目标离子。

反射器组件103中产生静电场后，离子在运行过程中离静电场的距离越近，受到电场阻力的作用越强，当运行速度为0后，离子在电场力的作用下反向运行。

四极杆质量分析器102，还用于对反射的该第一目标离子进行第二次过滤，得到第二目标离子。

第二目标离子是对第一目标离子进行进一步分离后得到的做稳定的震荡运动的离子，第二目标离子相较于第一目标离子，质荷比更为一致。

检测器103，设置于四极杆质量分析器102的首端，用于检测该第二目标离子。

检测器103在四极杆质量分析器102首端的位置不作限制，只要能检测到第二目标离子即可。

本发明实施例提供的质谱仪，在四极杆质量分析器102的首端和尾端分别增设检测器103和反射器组件102，通过反射器组件102在离子到达四极杆质量分析器的尾端时，对其进行反射，使得四极杆质量分析器102可对离子进行二次过滤，因此可得到质荷比更为一致的离子，从而使检测到的离子的质谱峰变窄，进而提高了质谱仪的质量分辨率。

请参阅图2，图2为本发明第二实施例提供的质谱仪的结构示意图，图2所示的质谱仪主要包括：离子源201、四极杆质量分析器202、反射器组件203、检测器204和备用检测器205。其中，离子源201，设置于四极杆质量分析器202的首端，用于将样品电离成离子，并使得该离子进入四极杆质量分析器202的腔室。

样品为用于利用质谱仪进行质谱分析的物质，例如，矿石中提取的放射性衰变类物质、含有微量杂质的有机化合物、含有微量元素及同位素的无机物等。离子源201可以采用将样品汽化后电离的方式或采用高能粒子轰击样品的方式，将样品进行电离，并对电离后的离子进行电场加速，使离子以某一速度进入到四极杆质量分析器202的腔室。

四极杆质量分析器202，用于对进入该腔室的离子进行第一次过滤，得到第一目标离子。

四极杆质量分析器202由四个电极杆组成，并将四个电极杆分成两组，其中两两相对的两个电极杆为一组。其中一组上加载直流电压，另一组加载射频交流电压，四个电极杆围成的空间就具有了电磁场。四个电极杆围成的空间即为四极杆质量分析器102的腔室。当离子进入腔室后，当离子进入四个电极杆产生的电磁场后，会在极性相反的电极间产生震荡，只有特定的某一质荷比的离子才可以做有限振幅的稳定的震荡运动，到达检测器，而其它的离子会撞到电极杆而湮灭，四极杆质量分析器202通过上述方法对离子进行过滤。在实际应用中，规律的改变加载在两组电极杆上的电压和频率，对样品电离后的离子进行扫描，从而得到不同质荷比的离子。

第一目标离子为四极杆质量分析器202在第一次过滤后得到的做稳定震荡运动的离子。四极杆质量分析器202中的四个电极杆的形状、材质和尺寸完全相同。四个电极杆的形状可以为圆柱状、三角柱或半圆柱等形状，其材质可以是陶瓷镀金材料或金属钼，其长度一般在100-300mm。四极杆质量分析器202为半封闭的四极杆质量分析器。

反射器组件203，安装于四极杆质量分析器204的尾端，用于通过在该四极杆质量分析器的尾端产生静电场，反射该第一目标离子。

反射器组件203中产生静电场后，离子在运行过程中离静电场的距离越近，受到电场阻力的作用越强，当运行速度为0后，离子在电场力的作用下反向运行。反射器组件203包括能产生静电场的各种不同形状和材质以及种类的反射镜。

四极杆质量分析器202，还用于对反射的该第一目标离子进行第二次过滤，得到第二目标离子。

第一目标离子在电场力作用下反向运动后，四极杆质量分析器202对第一目标离子进行第二次过滤，延长了第一离子在四极杆质量分析器中运行的长度，增加了四极杆质量分析器202对离子进行过滤的时间，得到了第二目标离子。第二目标离子是对第一目标离子进行进一步分离后得到的做稳定的震荡运动的离子，第二目标离子相较于第一目标离子，质荷比更为一致。因此，即便不增加四极杆质量分析器202中电极杆的长度，也可延长对离子的过滤时间，得到质荷比更为一致的第二目标离子，获得较窄的质谱峰，这样可以在确保质量分析器的结构小、安装简单的基础上，达到提高质谱仪的质量分辨率的目的。

检测器204，设置于四级杆分析器202的首端，用于检测该第二目标离子。

进一步地，检测器204的中心与离子源201的中心相对于四极杆质量分析器202的中心轴轴对称。

该中心轴平行于四极杆质量分析器202中的电极杆的杆身，如图2所示的四极杆质量分析器202中的虚线。需要说明的是，检测器204和离子源201的具体位置不作限制，只要二者的中心相对于四极杆质量分析器202的中心轴轴对称，且离子源201和检测器204之间没有相互遮挡，不会影响离子源201发射电离后的离子以及检测器204检测第二目标离子即可。

于本发明的一个实际实施例中，如图2所示，检测器204与离子源201分别设置于中心轴的两侧，离子源201发射离子后，按照如图2所示的离子的运行轨迹，检测器204在另一侧检测过滤后的离子。检测器202可以选用光电倍增管、光-电离子检测器或微通道板检测器等检测器。

备用检测器205，设置于四级杆质量分析器202的尾端，用于当反射器组件203不产生静电场时，检测该第一目标离子。

当反射器组件203不产生静电场时，做稳定震荡运动的第一目标离子继续运行，被备用检测器205检测。备用检测器205可以选用光电倍增管、光-电离子检测器或微通道板检测器。备用检测器205将检测到的第一目标离子转换为电信号，以形成该样品的质谱图。备用检测器205可以选用光电倍增管、光-电离子检测器或微通道板检测器等检测器。这样，即使反射器组件203不能工作也不会影响质谱仪对样品的检测，提高了质谱仪使用的灵活性。

本发明实施例提供的质谱仪，在四极杆质量分析器202的首端和尾端分别增设检测器204和反射器组件203，通过反射器组件203在离子到达四极杆质量分析器202的尾端时，对其进行反射，使得四极杆质量分析器202可对离子进行二次过滤，因此可得到质荷比更为一致的离子，从而使检测到的离子的质谱峰变窄，进而提高了质谱仪的质量分辨率。

请参阅图3，图3为本发明第三实施例提供的质谱仪的结构示意图，图3所示的质谱仪主要包括：离子源301、四极杆质量分析器302、反射器组件303、检测器304和备用检测器305。

其中，离子源301，设置于四极杆质量分析器302的首端，用于将样品电离成离子，并使得该离子进入四极杆质量分析器302的腔室。

四极杆质量分析器302，用于对进入该腔室的离子进行第一次过滤，得到第一目标离子。

反射器组件303，安装于四极杆质量分析器304的尾端，用于通过在该四极杆质量分析器的尾端产生静电场，反射该第一目标离子。

四极杆质量分析器302，还用于对反射的该第一目标离子进行第二次过滤，得到第二目标离子。

检测器304，设置于四级杆分析器302的首端，用于检测该第二目标离子。

具体的，检测器304为环形检测器，离子源301设置于检测器304的内环部分。

进一步地，离子源301的中心与检测器304的中心均设置与四极杆质量分析器302的中心轴上。如图3所示，设置于检测器304内环部位的离子源301发射离子，发射的离子由四极杆质量分析器302的中心轴进入，在电磁场的作用下，离子按照如图3所示的离子运行轨迹运行，检测器304可以检测到过滤后的离子。

备用检测器305，设置于四级杆质量分析器302的尾端，用于当反射器组件203不产生静电场时，检测该第一目标离子。

本发明实施例中的未尽细节，可参照上述第一和第二实施例中的相关内容，在此不再赘述。

本发明实施例提供的质谱仪，在四极杆质量分析器302的首端和尾端分别增设检测器304和反射器组件303，通过反射器组件303在离子到达四极杆质量分析器302的尾端时，对其进行反射，使得四极杆质量分析器302可对离子进行二次过滤，因此可得到质荷比更为一致的离子，从而使检测到的离子的质谱峰变窄，进而提高了质谱仪的质量分辨率。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的质谱仪的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种质谱仪，其特征在于，所述质谱仪包括：离子源、四极 杆质量分析器、反射器组件和检测器；

所述离子源，设置于所述四极杆质量分析器的首端，用于将样品电离成离子，并使得所述离子进入所述四极杆质量分析器的腔室；

所述四极杆质量分析器，用于对进入所述腔室的离子进行第一次过滤，得到第一目标离子；

所述反射器组件，安装于所述四极杆质量分析器的尾端，用于通过在所述四极杆质量分析器的尾端产生静电场，反射所述第一目标离子；

所述四极杆质量分析器，还用于对反射的所述第一目标离子进行第二次过滤，得到第二目标离子；

所述检测器，设置于所述四极 杆分析器的首端，用于检测所述第二目标离子。

2.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，所述质谱仪还包括：备用检测器；

所述备用检测器，设置于所述四极 杆质量分析器的尾端，用于当所述反射器组件不产生静电场时，检测所述第一目标离子。

3.根据权利要求1或2所述的质谱仪，其特征在于，

所述离子源的中心与所述检测器的中心相对于所述四极杆质量分析器的中心轴轴对称，所述中心轴平行于所述四极杆质量分析器中的电极杆的杆身。

4.根据权利要求1或2所述的质谱仪，其特征在于，

所述检测器为环形检测器；

所述离子源设置于所述检测器的内环部位。

5.根据权利要求4所述的质谱仪，其特征在于，

所述离子源的中心与所述检测器的中心均设置于所述四极杆质量分析器的中心轴上。

6.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，所述检测器包括：光电倍增管、光-电离子检测器或微通道板检测器。

7.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，所述四极杆质量分析器中的四个电极杆的形状、材质和尺寸完全相同。

8.根据权利要求7所述的质谱仪，其特征在于，所述四个电极杆的形状包括：圆柱状、三角柱或半圆柱。

9.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，所述四极杆质量分析器是半封闭的四极杆质量分析器。