CN109599321A - 一种激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪及其使用方法 - Google Patents

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施再发
杨静
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Abstract

本发明公开了一种激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪及其使用方法，可用于煤萃取物中传统电喷雾难以电离的无极性大分子与不溶难溶成分结构的解析。本发明包括激光源、离子发生器及引导腔和反射式飞行时间质谱仪。激光源可以产生质量数大结构完整度较高的分子；引导腔可以将电离后的离子进行聚焦以获得更高的灵敏度；反射式飞行时间质谱仪对产生的大分子离子进行快速、实时、原位的检测。本发明与现有技术相比的优点在于脱附和电离方式更温和，产生的碎片少，离子传输部分结构简单容易获得高的灵敏度，可原位、实时反映脱附出的大分子的结构信息。

Description

一种激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪及其使用方法
技术领域
本发明属于质谱分析领域，具体涉及一种激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪及其使用方法。
背景技术
早期对煤结构的研究主要是通过非质谱方法(红外光谱、拉曼光谱、X射线衍射、紫外-可见光谱、核磁共振、电子自旋共振谱)对热解、液化、气化等热处理过程所得终产物进行分析，煤的热处理过程是一种剧烈的强脱附过程，使得脱附出的分子碎片化程度严重。此外，煤的热处理过程会产生大量寿命短且活泼的自由基、中间体，进入检测装置前会与初级产物发生二次反应，影响对产物的分析。
复杂大分子结构解析时中性分子的适当脱附引起人们的关注，如何在尽可能小地破坏主体结构的前提下脱附出分子成为了研究的难点。基质辅助激光解吸(MALDI)是近年来针对生物大分子结构分析发展而来高效的脱附手段。但是要求待测样品与基质的匹配度较高，严重制约了其在煤分析领域的应用。
近年来，激光诱导声解吸(Laser-Induced Acoustic Desorption)飞行时间质谱被用于非挥发性、热不稳定、中性分子的分析，通过精细调节激光功率实现部分组分的脱附，结合线性四极离子阱飞行时间质谱仪，对血管紧张素和N-甲基吡啶自由基进行了有效检测，线性四极离子阱用于离子的选择与传输，但其结构复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪及其使用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
一种激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪，包括激光源、离子发生器及引导腔、以及反射式飞行时间质谱仪；所述离子发生器包括样品靶、电离源，所述引导腔包括推斥极、电离室、聚焦极和透镜组；样品设在样品靶正面，样品靶正面朝向所述电离室，样品靶背面朝向所述激光源；离子发生器及引导腔内为真空环境。
一实施例中：所述激光源发射的激光方向与引导腔内离子运动方向相垂直。
一实施例中：所述激光源包括激光器、激光口、光阑和透镜。
一实施例中：所述激光器为Nd：YAG型激光器，波长为1000～1100nm，频率为8～12Hz或18～22Hz。
一实施例中：所述激光口直径不大于0.1mm。
一实施例中：所述电离源为电子轰击电离源或紫外光电离源；所述离子发生器还包括靶固定板，所述样品靶通过靶固定板固定。
一实施例中：所述反射式飞行时间质谱仪包括加速器、无场区、反射器和检测器，
一实施例中：所述反射式飞行时间质谱仪的分辨率以H2O分子离子峰计，分辨率不低于1500。
一实施例中：所述加速器为双场加速器，所述反射器为两级反射器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
一种激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪的使用方法，所述激光源发射的激光攻击所述样品靶背面，激光能量转化为超声波通过样品靶传递给样品，样品中的弱键断裂，中性分子被弹射出并进入所述电离室，再经所述电离源电离，同时给所述推斥极、电离室和聚焦极施加不同的电压，电离产生的离子在电压差作用下运动穿过所述透镜组并进入所述反射式飞行时间质谱仪，得到质谱图。
需要说明的是，本发明所涉及的各个装置单一的处理过程为公知常识，本领域的技术人员根据上述的描述都可以利用上述装置完成这些处理过程。本发明的发明点在将各个装置组合使用，故而这些装置的具体操作步骤不做详细描述。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1、脱附方式温和，产生的碎片少。调节激光功率实现样品中部分组分的脱附，主体结构破坏很小，脱附分子的结构完整度较高，与MALDI相比，无需匹配度较高的基质。
2、采用真空紫外灯作为电离源，光子能量约10.6eV，可电离大部分有机物，电离方式温和，无碎片峰。
3、离子发生器及引导腔内为真空环境，可有效避免过程产生的大量活泼自由基、中间体进入检测器与初级产物发生二次反应，实现对产物的原位分析。
4、本发明通过合理设计离子发生器及引导腔的结构，在保证较好分辨率的前提下尽量提高离子灵敏度：激光源可以产生质量数大结构完整度较高的分子；引导腔结构简单，离子传输距离短且具有两次聚焦能力，离子损失较小，灵敏度高；反射式飞行时间质谱仪对产生的大分子离子进行快速、实时、原位的检测。本发明的脱附和电离方式更温和，产生的碎片少，结构简单，灵敏度高，可原位、实时反映脱附出的大分子的结构信息，可用于煤萃取物中传统电喷雾难以电离的无极性大分子与不溶难溶成分结构的解析。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例的激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪的结构示意图。
图2为本发明实施例中的离子发生器及引导腔的结构示意图。
图3为本发明实施例中的反射式飞行时间质谱仪的结构示意图。
附图标记：激光源1，离子发生器及引导腔2，反射式飞行时间质谱仪3，推斥极4，靶固定板5，样品靶6，真空紫外灯7，电离室8，聚焦极9，透镜组10，双场加速器11，无场区12，两级反射器13，检测器14。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明的内容：
如图1所示，为本发明实施例的一种激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪，包括激光源1、离子发生器及引导腔2、以及反射式飞行时间质谱仪3。
激光源1包括激光器Spectra-Physics Quanta-Ray Pro-250-10H、激光口、光阑Zolix APID12-1和北光世纪OCL1,f＝300mm透镜；激光器为Nd：YAG型激光器，波长1064nm，频率为10Hz或20Hz；激光口直径不大于0.1mm，例如为0.1mm、0.08mm、0.05mm等。
如图2所示，离子发生器及引导腔2中，离子发生器包括样品靶6、靶固定板5、以及电离源，样品靶6通过靶固定板5固定，电离源为紫外光电离源，例如真空紫外灯7；引导腔包括推斥极4、电离室8、聚焦极9和透镜组10；样品设在样品靶6正面，且样品靶6正面朝向所述电离室8，样品靶6背面朝向激光源1；且激光源1与样品靶6的连线，大致垂直于推斥极4、聚焦极9、透镜组10的连线，使得激光源1发射的激光方向与引导腔内离子运动方向相垂直。
如图3所示，所述反射式飞行时间质谱仪3包括双场加速器11、无场区12、两级反射器13和检测器14，所述反射式飞行时间质谱仪3的分辨率以H2O分子离子峰计，分辨率可达1500。
本实施例的激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪现场使用方式如下：
首先，Nd：YAG型激光器发射的激光攻击样品靶6背面，激光能量转化为超声波通过样品靶6传递给样品，样品中的弱键断裂，中性大分子被弹射出并进入电离室7，经真空紫外灯7电离，同时给推斥极4、电离室8和聚焦极9施加不同的电压，电离产生的离子在电压差作用下向前运动，并进行一次聚焦，同时给透镜组10提供电压，离子穿过透镜组10进行二次聚焦后，进入反射式飞行时间质谱仪3的双场加速器11，加速后进入无场区12，然后到达两级反射器13，经两级反射器13的反射到达检测器14，通过调节各电压参数获得高灵敏度和分辨率的质谱图。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪，其特征在于：包括激光源、离子发生器及引导腔、以及反射式飞行时间质谱仪；所述离子发生器包括样品靶、电离源，所述引导腔包括推斥极、电离室、聚焦极和透镜组；样品设在样品靶正面，样品靶正面朝向所述电离室，样品靶背面朝向所述激光源；离子发生器及引导腔内为真空环境。
2.根据权利要求1所述的激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪，其特征在于：所述激光源发射的激光方向与引导腔内离子运动方向相垂直。
3.根据权利要求1所述的激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪，其特征在于：所述激光源包括激光器、激光口、光阑和透镜。
4.根据权利要求3所述的激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪，其特征在于：所述激光器为Nd：YAG型激光器，波长为1000～1100nm，频率为8～12Hz或18～22Hz。
5.根据权利要求3所述的激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪，其特征在于：所述激光口直径不大于0.1mm。
6.根据权利要求1所述的激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪，其特征在于：所述电离源为电子轰击电离源或紫外光电离源；所述离子发生器还包括靶固定板，所述样品靶通过靶固定板固定。
7.根据权利要求1所述的激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪，其特征在于：所述反射式飞行时间质谱仪包括加速器、无场区、反射器和检测器。
8.根据权利要求1所述的激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪，其特征在于：所述反射式飞行时间质谱仪的分辨率以H2O分子离子峰计，分辨率不低于1500。
9.根据权利要求7所述的激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪，其特征在于：所述加速器为双场加速器，所述反射器为两级反射器。
10.一种权利要求1至9中任一项所述的激光超声弹射脱附反射式飞行时间质谱仪的使用方法，其特征在于：所述激光源发射的激光攻击所述样品靶背面，激光能量转化为超声波通过样品靶传递给样品，样品中的弱键断裂，中性分子被弹射出并进入所述电离室，再经所述电离源电离，同时给所述推斥极、电离室和聚焦极施加不同的电压，电离产生的离子在电压差作用下运动穿过所述透镜组并进入所述反射式飞行时间质谱仪，得到质谱图。
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