CN107026068A - 电感耦合等离子体质谱仪及碰撞反应池 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电感耦合等离子体质谱仪及其碰撞反应池，碰撞反应池包括一腔体以及位于腔体内的离子导引装置，腔体具有离子入口、离子出口以及进气口，离子出口偏离于离子由该离子入口进入腔体时的行进路径，离子导引装置形成一个用于导引离子由离子入口运动至离子出口的弯曲离子通道，弯曲离子通道上具有两个能够导引离子向相反方向弯曲的弯折导引部。本发明碰撞反应池，在腔体内设置离子导引装置，且离子导引装置具有两个导引弯折导引部，这样使得离子从离子出口离开腔体时行进方向大致平行于离子从离子入口进入腔体时的行进路径，并且能够消除多原子离子、中性分子和光子的干扰。

Description

电感耦合等离子体质谱仪及碰撞反应池

技术领域

本发明涉及一种用于质谱仪的碰撞反应池，本发明还涉及一种具有该碰撞反应池的电感耦合等离子质谱仪。

背景技术

近年来电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)技术发展相当迅速，广泛应用于地质、高纯材料、核工业、生物、医药、冶金、石油、农业、食品、化学计量学等领域，是目前公认的最强有力的元素分析技术。

采用电感耦合等离子质谱仪测定痕量元素或同位素比值时，进入质谱仪的多原子离子、中性分子和光子会影响分析结果的准确性。目前比较常用的方法是目前常用的技术手段是引入碰撞反应池。碰撞反应池是设置在离子透镜和质量分析器之间的一种桶形装置，包括腔体，腔体内部充入一种碰撞或反应性气体，维持在比周围真空腔内压力稍高的增压状态。当离子束穿过碰撞室时，多原子离子与气体发生碰撞或反应，动能降低或质量数发生变化，通过动能区分(KED)或质量区分(MD)与分析离子分开。

为束缚离子在碰撞室内的运动轨迹，碰撞室内需有一连接离子出入口的离子导引装置。对离子导引内的电场分布做多极展开，其中起质量分辨作用的是四极场，其余统称为高阶场。相应地，传统的离子导引装置通常为产生四极场的四极杆装置、产生高阶场的六极杆或八极杆装置。四极杆装置使用四根电极杆，质量区分效果最好，但离子传输效率弱于六极杆或八极杆装置。传统的离子导引装置包括四根、六根或八根截面呈圆形的直杆状的电极杆传统的直杆式离子导引装置因为离子入口正对着离子出口，在传输离子的同时，中性分子和光子也有可能穿过导引装置，不能有效地消除由中性分子和光子造成的干扰。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能够有效消除多原子离子、中性分子以及光子的干扰的碰撞反应池。

本发明的另一目的在于提供一种具有该碰撞反应池的电感耦合等离子质谱仪。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一个方面，一种碰撞反应池，用于电感耦合等离子体质谱仪，包括一腔体以及位于所述腔体内的离子导引装置，所述腔体具有供离子进入该腔体内的离子入口、供离子离开腔体的离子出口以及能够向腔体内通气的进气口，所述离子出口偏离于离子由该离子入口进入腔体时的行进路径，所述离子导引装置形成一个用于导引离子由所述离子入口运动至离子出口的弯曲离子通道，其中，所述弯曲离子通道上具有两个能够依次导引离子沿弯曲方向相反的行进路径运动的弯折导引部。

根据本发明的一实施方式，所述离子导引装置包括设置于所述腔体内的至少四根弯曲的电极杆，所述电极杆围合成的空间为所述弯曲离子通道。

根据本发明的一实施方式，所述电极杆的横截面为圆形、双曲面形、椭圆形、梯形或阶梯形中的一种或多种。

根据本发明的一实施方式，所述离子导引装置的弯折导引部为两个间隔设置的能够改变离子行进方向的静电偏转透镜。

根据本发明的一实施方式，所述离子导引装置的弯折导引部包括两个间隔设置的能够改变离子行进方向的磁铁。

根据本发明的一实施方式，所述离子入口的外侧设有入口透镜，离子出口的外侧设有出口透镜。

根据本发明的一实施方式，所述离子导引装置能够导引所述离子从离子出口离开所述腔体时的行进路径与所述离子进入腔体时的行进路径相平行。

根据本发明的另一个方面，一种电感耦合等离子体质谱仪，包括上述的碰撞反应池。

根据本发明的一实施方式，所述碰撞反应池前设有一个引入透镜、4片半圆形的静电偏转透镜以及3片静电透镜，所述引入透镜的中心孔偏离所述静电透镜的中心孔。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本发明碰撞反应池，在腔体内设置离子导引装置，且离子导引装置具有两个导引弯折导引部，这样使得离子从离子出口离开腔体时行进方向大致平行于离子从离子入口进入腔体时的行进路径，并且能够消除多原子离子、中性分子和光子的干扰。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明一实施方式的碰撞反应池的示意图；

图2是本发明另一实施方式的碰撞反应池的示意图；

图3是本发明一实施方式的电感耦合等离子质谱仪的示意图。

图中：1、腔体；11、离子入口；12、离子出口；13、进气口；14、入口透镜；15、出口透镜；16、电极杆；17、弯折导引部；18、弯折导引部；21、静电偏转透镜；22、静电透镜。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参见图1至图3，本发明公开了一种碰撞反应池，该碰撞反应池可用于电感耦合等离子体质谱仪，用于消除多原子离子、中性分子以及光子的影响。如图1所示，本发明实施方式的碰撞反应池包括一腔体1以及位于该腔体内的离子导引装置。

腔体1具有供离子进入该腔体1内的离子入口11、供离子离开腔体1的离子出口12以及能够向腔体1内通气的进气口13。该离子出口12偏离于离子由该离子入口11进入腔体1时的行进路径，即如图1中所示，该离子出口12与离子入口11不在同一水平线上，该离子出口12的高度低于离子入口11的高度，但离子入口11和离子出口12的位置关系并不以此为限。该离子导引装置在腔体1内形成一个用于导引离子由该离子入口11运动至离子出口12的弯曲离子通道，其中，弯曲离子通道上具有两个能够依次导引离子沿弯曲方向相反的行进路径运动的弯折导引部。

具体地，参见图1，在本实施方式中的离子导引装置包括设置于腔体1内的四根弯曲的电极杆16，这四根电极杆16围合成的空间为弯曲离子通道。这四根电极杆16组成的离子导引装置形成弯曲方向相反的弯折导引部17和18。由图1可知，该弯折导引部17的弯曲方向是向下的，也就是说弯折导引部17的圆心在电极杆16的下方，而弯折导引部18的弯曲方向向上，即该弯折导引部18的圆心在电极杆16的上方。离子从腔体1内经过时，会依次经过弯折导引部17和弯折导引部18，这样离子就会在该弯折导引部17和弯折导引部18的导引作用下，沿着两个弯曲方向相反的行进路径运动。

上述的电极杆16的形状是与离子入口11和离子出口12的位置相关的，例如，当离子出口12的高度高于离子入口11时，电极杆16的弯曲方向也会发生变化，弯折导引部17的弯曲方向和弯折导引部18的弯曲方向可以同时改变。

由于离子是并非出于中性状态，而是带有正电荷，因而会受到电场或磁场的影响。4根电极杆16通入控制电场后，所形成的弯曲离子通道可以导引离子的运动方向发生变化，从而离开原来的行进路径。本实施方式中的四根电极杆16也可被统称作四极杆，当电极杆16的数量为6根时可被统称作六极杆，当电极杆16的数量为8根时可被统称作八极杆，例如，在图2中，电极杆16的数量为8根。电极杆16的数量最少为四根。

当离子由离子入口11进入到腔体1时，在离子中包含有一定量的多原子离子、中性分子以及光子。从进气口13向腔体1内充入惰性气体或反应性气体，并维持碰撞反应池处于增压状态，可以使多原子离子与腔体1内的其他发生碰撞或反应，使多原子离子的动能降低或质量分数发生变化，通过动能区分(KED)或质量区分(MD)与待分析的离子分开。对于中性分子以及光子，其随着离子进入到腔体1内时，不会受到电极杆16的影响而继续直线运动，因而，离子在电极杆16的电场作用下，会与中性分子和光子分开，从离子出口12离开腔体1。

本实施方式的弯曲离子通道上设置两个弯折导引部17和18之后，使得离子从该弯曲离子通道出来时，其能够较远地偏离原来的行进路径，增加了离子在腔体1内的运动距离，并且离子此时的运动方向能够与进入腔体1时的行进路径大致平行或者完全平行。由此能够方便后续的四极杆与本实施方式的碰撞反应池的定位。电极杆16的横截面形状并不限制，例如，电极杆16的横截面可为圆形、双曲面形、椭圆形、梯形或阶梯形中的一种或多种。

在本实施方式中，腔体1的离子入口11的外侧可以设置入口透镜14，在离子出口12的外侧可以设置出口透镜15。

应当指出的是，虽然在本实施方式中的弯曲离子通道是由多根电极杆组成的，但是，在本发明中的弯曲离子通道的结构形式并不限制，其也可以采用其他的电场结构或者磁场结构实现，只要能够满足对离子的运动方向进行改变的要求即可。例如，在本发明的其他实施方式中，离子导引装置的弯折导引部为两个间隔设置的能够改变离子行进方向的静电偏转透镜，而离子导引装置可以由这两个静电偏转透镜直接组成，也可以由若干段的呈直线状态的电极杆组成折弯的直线通路，再由两个静电偏转透镜连接这几段电极杆，以使离子在电极杆和静电偏转透镜组成的离子导引装置内运动。

在本发明的其他实施方式中，该弯折导向部也可包括两个间隔设置的能够改变离子行进方向的磁铁，即，也可以利用磁场来改变离子的方向，达到使离子与中性分子和光子相区分的目的，并增加离子在腔体1内的运动路径的长度。弯曲离子通道可以直接由这两块磁铁组成，也可由若干呈直线状态的电极杆组成折弯的直线通路，再由这两个磁铁连接电极杆，以使离子在电极杆和磁铁组成的离子导引装置内运动。

本实施方式还公开了一种电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)，其包括本发明实施方式公开的碰撞反应池。该电感耦合等离子体质谱仪在进行试验时，能够消除大部分的多原子离子、中性分子以及光子对检验结果的干扰，具有较高的精度。具体地，由图3可知，本实施方式的电感耦合等离子体质谱仪中，碰撞反应池前设有一个引入透镜(未示出)、4片半圆形的静电偏转透镜21以及3片静电透镜22，引入透镜的中心孔偏离于静电透镜22的中心孔，也就是说，引入透镜的中心孔的轴线与静电透镜22的中心孔的轴线是不重合的。离子由引入透镜进入到静电透镜22时，其路径会在静电偏转透镜21的作用下发生弯曲，由此消除一部分的中性分子和光子，从而进一步减少了从静电透镜22进入到碰撞反应池的腔体1内的中性分子和光子的数量，进一步地消除了中性分子和光子对试验结果造成的干扰。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (9)

1.一种碰撞反应池，用于电感耦合等离子体质谱仪，其特征在于，包括一腔体以及位于所述腔体内的离子导引装置，所述腔体具有供离子进入该腔体内的离子入口、供离子离开腔体的离子出口以及能够向腔体内通气的进气口，所述离子出口偏离于离子由该离子入口进入腔体时的行进路径，所述离子导引装置形成一个用于导引离子由所述离子入口运动至离子出口的弯曲离子通道，其中，所述弯曲离子通道上具有两个能够依次导引离子沿弯曲方向相反的行进路径运动的弯折导引部。

2.根据权利要求1所述的碰撞反应池，其特征在于，所述离子导引装置包括设置于所述腔体内的至少四根弯曲的电极杆，所述电极杆围合成的空间为所述弯曲离子通道。

3.根据权利要求2所述的碰撞反应池，其特征在于，所述电极杆的横截面为圆形、双曲面形、椭圆形、梯形或阶梯形中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的碰撞反应池，其特征在于，所述离子导引装置的弯折导引部为两个间隔设置的能够改变离子行进方向的静电偏转透镜。

5.根据权利要求1所述的碰撞反应池，其特征在于，所述离子导引装置的弯折导引部包括两个间隔设置的能够改变离子行进方向的磁铁。

6.根据权利要求1所述的碰撞反应池，其特征在于，所述离子入口的外侧设有入口透镜，离子出口的外侧设有出口透镜。

7.根据权利要求1所述的碰撞反应池，其特征在于，所述离子导引装置能够导引所述离子从离子出口离开所述腔体时的行进路径与所述离子进入腔体时的行进路径相平行。

8.一种电感耦合等离子体质谱仪，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一所述的碰撞反应池。

9.根据权利要求8所述的电感耦合等离子体质谱仪，其特征在于，所述碰撞反应池前设有一个引入透镜、4片半圆形的静电偏转透镜以及3片静电透镜，所述引入透镜的中心孔偏离所述静电透镜的中心孔。