CN109887833B - 一种复合式离子源双极性线性离子阱质量分析器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合式离子源双极性线性离子阱质量分析器，由紫外灯离子源，离子推斥电极，聚焦电极，导引电极，前端盖电极，阱固定座，电子倍增器，离子阱分析器，后端盖电极,EI灯丝离子源,电子倍增器屏蔽座组成。本发明具有双模式可切换电离方式，具有双极性工作模式，采用新型圆柱形离子阱电极结构，降低离子阱加工难度，采用屏蔽式双电子倍增器设计，分别接收并放大离子阱分析器弹出的离子，降低检测噪音，提高仪器检测灵敏度。本发明设计合理，采用双离子门设计，有效兼容软电离和硬电离模式，与色谱或液相联用，对检测样品中各组分进行分离，更有利于仪器对样品的定性、定量分析，可在对物质进行软电离、硬电离以及双极性检测中应用。

Description

一种复合式离子源双极性线性离子阱质量分析器

技术领域

本发明属于化学测量技术领域，涉及一种复合式离子源双极性线性离子阱质量分析器，是一种新型涉及使用软电离和硬电离结合的新型双极性物质分析检测的装置。

背景技术

质谱仪作为现代分析仪器的代表，在医学、化学、环境生物分析等众多领域有着广泛的应用，能够对痕量物质进行有效检测，是公认的物质定性、定量的有效手段之一。

线性离子阱是质谱质量分析器的一种，具有较高的离子捕获和储存效率。离子阱质量分析器具有尺寸小巧、结构简单以及对真空度要求不高等优点，十分适合现场应急检测便携式仪器开发。但传统线性离子阱质谱仪阱电极加工难度大，成本高昂。且不具备同时对物质进行软电离、硬电离以及双极性检测的功能，不能实时反应检测物质的详细信息。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种复合式离子源双极性线性离子阱质量分析器，是一种结合硬电离和软电离的多模式工作新型离子阱质谱。在与传统线性离子阱类似的前提下，简化离子阱结构，降低机械加工难度。

本发明所采用的技术方案是：所述复合式离子源双极性线性离子阱质量分析器，由一个紫外灯离子源，一个离子推斥电极，一个聚焦电极，一个导引电极，一个前端盖电极，两个阱固定座，两个电子倍增器，一个离子阱分析器，一个后端盖电极,一个EI灯丝离子源,两个电子倍增器屏蔽座组成，紫外灯离子源位于离子推斥电极上端，离子推斥电极、聚焦电极、导引电极构成离子传输部件，第一个阱固定座位于前端盖电极和离子阱分析器之间，用于前端盖电极和离子阱分析器的固定，第二个阱固定座位于离子阱分析器和后端盖电极之间，用于后端盖电极和离子阱分析器的固定，左右两个电子倍增器分别位于离子阱分析器中带狭缝的两个X电极两侧，两个电子倍增器分别内置在两个电子倍增器屏蔽座内部，且电子倍增器与电子倍增器屏蔽座同轴心放置，EI灯丝离子源位于后端盖电极下侧，与后端盖电极同轴心，前端盖电极和后端盖电极中心上各设有一个离子出入孔，分别为离子入射孔和硬电离入射孔。

当多组分的混合样品进入色谱或者液相后，利用色谱或液相中吸附剂对每个组分吸附力不同的原理，对检测样品经中各个组分进行初步分离，经软电离样品通道进入紫外灯离子源或经硬电离样品通道进入EI灯丝离子源电离后，经过前端盖电极和后端盖电极上离子出入孔和硬电离入射孔分别进入离子阱分析器内分析检测，所述电子倍增器位于离子阱分析器侧端，离子进入离子阱分析器后，通过在离子阱分析器施加特定的扫描射频电压，依次弹出，并由电子倍增器放大后检测，两个电子倍增器分别内置在两个电子倍增器屏蔽座内部，且电子倍增器与电子倍增器屏蔽座同轴心放置，用于屏蔽空间内射频等电场对电子倍增器的干扰，所述紫外灯离子源和EI灯丝离子源分别位于离子阱分析器前后端，所述紫外灯离子源用于样品软电离，通过低能量的光子将样品电离得到分子离子峰，所述EI灯丝离子源用于样品硬电离，通过高能量电子将样品打碎电离，得到分子离子峰和碎片峰，以获得更全面的离子信息。

上述技术方案中，所述紫外灯离子源1为真空紫外灯光源，采用V-UV波段的100-200nm波，可选用氙灯(9.6eV),氪灯(10.6eV)，氩灯(11.7eV)，用于检测样品的软电离。

上述技术方案中，所述离子推斥电极位于紫外灯离子源下端0.5-1mm处，与紫外灯离子源1同轴心放置，材料可为不锈钢304或其他导电材料，用于将紫外灯离子源电离的离子束推出电离室。

上述技术方案中，所述聚焦电极位于离子推斥电极下端，为一圆环电极，中间有一内径2-5mm中心孔，用于离子束初步聚焦。

上述技术方案中，所述导引电极位于聚焦电极下端，为一圆环电极，中间有一内径2-5mm中心孔，用于离子束再次聚焦。

上述技术方案中，所述前端盖电极位于离子阱分析器前端，与离子阱分析器垂直距离为1-2mm之间且同轴心，前端盖电极电极中心设有内径1-3mm小孔，用于软电离离子引入。

上述技术方案中，所述阱固定座采用PEEK等绝缘材料制作，一个固定在前端盖电极上面，一个固定在后端盖电极上，主要用来固定离子阱分析器，阱固定圆弧半径与四极场半径比值约为1.12，阱固定圆弧半径与离子阱分析器电极半径相同。

上述技术方案中，所述电子倍增器主要用于将阱内弹出的离子信号放大输出，采用两个电子倍增器，分别布置在离子阱分析器左右两端。

上述技术方案中，所述离子阱分析器由上下左右各一根直径8.8mm同心金属圆柱组成，金属圆柱直径r与四根金属圆柱所在位置的定位直径r0比值为1.15左右。其中左右两根金属圆柱开有狭缝，用于离子由阱内排出。在上下金属圆柱上施加射频电压RF+，在左右金属圆柱上施加射频RF-，同时左右金属圆柱上耦合共振激发电压AC，用于将阱内离子逐步排出。离子阱分析器工作包括4个阶段：离子引入，离子冷却，质量分析和离子清空。在离子引入阶段，施加在离子阱分析器上的射频电压信号保持不变，进入离子阱的离子会被射频电场捕获，随后在冷却阶段，阱内的离子束会在不断的碰撞下动能逐渐减小，在离子阱分析器内储存，在质量分析阶段，对离子阱分析器内X电极和Y电极上射频电压信号进行周期性扫描，从低电压到高电压，并在此阶段在两个X电极上加入辅助共振激发信号，用于将阱内离子排出，最后进入离子清空阶段，清空残留在阱内的离子，以便于进行下一次质量分析。

上述技术方案中，所述后端盖电极位于离子阱分析器后端，与离子阱分析器垂直距离为1-2mm之间且同轴心，后端盖电极电极中心设有内径1-3mm小孔，用于硬电离离子引入。

上述技术方案中，所述EI灯丝离子源位于后端盖电极的后端，主要用于检测样品硬电离。EI灯丝离子源为电子轰击离子源，采用高速高能量的电子束冲击样品，从而产生电子和分子离子，分子离子继续受到电子轰击而引起化学键重拍，继而产生多种碎片离子，得到检测样品的多重信息。

上述技术方案中，所述两个电子倍增器分别内置在两个电子倍增器屏蔽座内部，且电子倍增器与电子倍增器屏蔽座同轴心放置，用于屏蔽空间内射频等电场对电子倍增器的干扰。电子倍增器屏蔽座前端采用栅网或其他镂空结构网31。电子倍增器屏蔽座接地，可屏蔽空间内射频等电场对电子倍增器的干扰，降低检测噪音，提高检测灵敏度。镂空结构网采用金属栅网或者化学刻蚀等方法，在电子倍增器屏蔽座前端生成一定空隙，作为检测离子通道。

上述方案中，所述复合式离子源双极性线性离子阱质谱装置可进行正负离子双极性检测模式，在紫外灯离子源或EI灯丝离子源工作后，实现样品的软电离或硬电离。在软电离模式下，通过在离子推斥电极、聚焦电极、导引电极同时施加正电压实现正极性检测模式，通过在离子推斥电极、聚焦电极、导引电极同时施加负电压实现负极性检测模式。在硬电离模式下，通过在后端盖电极施加正电压实现正极性检测模式，通过在后端盖电极施加负电压实现负极性检测模式。

上述方案中，所述复合式离子源双极性线性离子阱质谱装置采用双离子门设计，将前端盖电极和后端盖电极作为离子门使用。当前端盖电极上电压小于导引电极上电压时，软电离离子束进入离子阱分析器，随后提高前端盖电极电压，使其高于导引电极上电压，阻止后续离子进入离子阱分析器，已进入离子阱分析器的离子束通过在阱内施加一定电压，逐一排出离子阱分析器。当后端盖电极电压小于EI灯丝离子源电压时，硬电离离子束进入离子阱分析器，随后提高后端盖电极电压，使其高于EI灯丝离子源电压上电压，阻止后续离子进入离子阱分析器，已进入离子阱分析器的离子束通过在阱内施加一定电压，逐一排出离子阱分析器。

本发明的另一个目的是所述的一种复合式离子源双极性线性离子阱质量分析器在对物质进行软电离、硬电离以及双极性检测中应用。通过改变离子推斥电极(2)、聚焦电极(3)、导引电极(4)和后端盖电极(9)上电压极性实现线性离子阱分析器双极性离子检测，即通过改变离子源出口处传输电极电压极性，实现线性离子阱分析器内正离子检测，同时实现线性离子阱分析器内负离子检测。

上述技术方案中，所述复合式离子源双极性线性离子阱分析器可与色谱、液相等其他仪器联合使用，将色谱、液相等仪器作为离子阱分析器前端样品分离处理装置，作为色质联用便携式仪器使用。色谱或液相可采用快速色谱或者便携式液相，利用色谱或液相中吸附剂对每个组分吸附力不同的原理，对检测样品经中各个组分进行初步分离，更有利于仪器对样品的定性、定量分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：具有双模式可切换电离方式，包括紫外灯软电离、电子轰击EI硬电离以及软硬结合电离等方式。具有双极性工作模式，通过切换推斥电极等上正负电压，分别将正离子、负离子引入到离子阱内分析检测。采用新型圆柱形离子阱电极结构，降低了离子阱加工难度。采用屏蔽式双电子倍增器设计，分别接收并放大离子阱分析器弹出的离子，降低检测噪音，提高仪器检测灵敏度。采用双离子门设计，有效兼容了软电离和硬电离模式。采用与色谱或液相联用结构，对检测样品经中各个组分进行初步分离，更有利于仪器对样品的定性、定量分析。

本发明提供的新型圆柱形离子阱电极结构，相比于抛物线型离子阱，具有更低的加工要求，显著降低了仪器成本；相比于平板型离子阱，新型圆柱形离子阱电极结构更接近于理想型结构，具有更高的分辨率、灵敏度等检测性能。设计新型离子阱分析器固定方式，采用一对阱固定座即可实现离子阱电极高精度固定，降低了仪器成本。电离模式多样化：通过对EI灯丝离子源和紫外灯离子源切换，可实现样品的软电离和硬电离，兼顾软硬电离的能力，获取更丰富的样品信息。在离子阱分析器两侧分别设计并放置电子倍增器，最大限度接收并放大阱内弹出离子，提高仪器检测灵敏度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图：1-紫外灯离子源；2-离子推斥电极；3-聚焦电极；4-导引电极；5-前端盖电极；6-阱固定座；7-电子倍增器；8-离子阱分析器；9-后端盖电极；10-EI灯丝离子源；11-电子倍增器屏蔽座。

图2为紫外灯离子源1，上图为主视图，下图为俯视图：11-光子出射孔,紫外灯离子源工作后亮起，光子从光子出射孔溢出，并将紫外灯离子源下端样品软电离。

图3为离子推斥电极2，上图为主视图，下图为剖视图：光子由紫外灯离子源产生后，从光子入射孔12进入电离区域13将此区域内样品软电离，样品由样品引入口14引入。同时离子推斥电极上施加电压，将此区域内离子加速至离子阱分析器内。离子推斥电极有正压和负压两种工作模式，当进行正离子检测时，施加正电压；负离子检测时施加负电压。

图4为聚焦电极3，左图为主视图，右图为侧视图：15-聚焦孔，离子束通过和聚焦，聚焦电极有正压和负压两种工作模式，当进行正离子检测时，与离子推斥电极一起施加正电压，将电离区域内正离子聚焦并传输；负离子检测时，与离子推斥电极一起施加负电压，将电离区域内负离子聚焦并传输。

图5为导引电极4，左图为主视图，右图为侧视图：16-离子聚焦孔，离子束通过和聚焦，聚焦电极有正压和负压两种工作模式，当进行正离子检测时，与离子推斥电极和聚焦电极一起施加正电压，将电离区域内正离子聚焦并传输；负离子检测时，与离子推斥电极和聚焦电极一起施加负电压，将电离区域内负离子聚焦并传输。

图6为前端盖电极5，左图为主视图，右图为侧视图：17-离子入射孔；18-端盖固定孔。紫外灯离子源软电离的离子束由离子入射孔17进入离子阱分析器。前端盖电极作为离子门使用，当前端盖电极上电压小于导引电极上电压时，离子束进入离子阱分析器，随后提高前端盖电极电压，使其高于导引电极上电压，阻止后续离子进入离子阱分析器，已进入离子阱分析器的离子束通过在阱内施加一定电压，逐一排出离子阱分析器。

图7为阱固定座6：左图为主视图，右图为剖视图；19-阱固定圆弧；20-四极场；21-阱固定孔。为保持阱分析器内特定电场，阱固定圆弧半径与四极场半径比值约为1.12左右。阱固定圆弧半径与离子阱分析器电极半径相同，离子阱分析器通过阱固定孔固定在阱固定座上，阱固定孔4个，圆周均布，用于固定离子阱分析器内4个阱电极。阱固定座有两个，分别位于离子阱分析器前后端，用于将离子阱分析器固定。

图8为离子阱分析器8，A图为主视图，B图为侧视图，C图为俯视图，D图为离子阱分析器中的X电极，E图为离子阱分析器中的Y电极：22-离子阱四极场；23-X电极；23-X电极；24-Y电极；25-狭缝；26-X电极固定孔；27-Y电极固定孔。离子阱分析器由两个X电极和两个Y电极组成，其中两个X电极位于同一直线上，两个Y电极也位于同一直线上。为保持离子阱分析器内特定电场，离子阱四极场半径与X电极半径、Y电极半径比值约为1.12左右。离子阱分析器内离子束在特定电场作用下，逐一通过狭缝排出，并分别由对应的电子倍增器放大检测。X电极和Y电极分别通过X电极固定孔和Y电极固定孔固定在阱固定座上。

图9为电子倍增器7：上图为主视图，下图为俯视图；28-离子打击面。两个电子倍增器分别放置在两个X电极狭缝外侧，用于接收离子阱分析器内弹出的离子。电子倍增器将离子信号放大并逐一检测，输出检测结果。

图10为后端盖电极9，左图为主视图，右图为侧视图：29-硬电离入射孔。当后端盖电极(9)电压小于EI灯丝离子源电压(10)时，硬电离离子束通过硬电离入射孔(29)进入离子阱分析器(8)，随后提高后端盖电极电压(9)，使其高于EI灯丝离子源电压(10)上电压，阻止后续离子进入离子阱分析器(8)，已进入离子阱分析器(8)的离子束通过在阱内施加一定电压，逐一排出离子阱分析器(8)。

图11为EI灯丝离子源10，剖视图：30-硬电离离子出口。EI灯丝离子源采用高速高能量的电子束，将硬电离离子出口处样品电离，电子和分子离子，分子离子继续受到电子轰击而引起化学键重拍，继而产生多种碎片离子，得到检测样品的多重信息。

图12为电子倍增器屏蔽座11，剖视图：31-镂空结构网。电子倍增器屏蔽座11接地，可屏蔽空间内射频等电场对电子倍增器的干扰，降低检测噪音，提高检测灵敏度。镂空结构网31采用金属栅网或者化学刻蚀等方法，在电子倍增器屏蔽座11前端生成一定空隙，作为检测离子通道。

图13为复合式离子源双极性线性离子阱分析器与色谱或者液相联用的剖视图：32-色谱或液相，33-软电离样品通道，34-硬电离样品通道。当多组分的混合样品进入色谱或者液相后，利用色谱或液相中吸附剂对每个组分吸附力不同的原理，对检测样品经中各个组分进行初步分离，随后依次进入紫外灯离子源1或EI灯丝离子源10，由紫外灯离子源1或EI灯丝离子源10电离后，进入双极性线性离子阱分析器进行分析检测。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参见图1，一种复合式离子源双极性线性离子阱分析器，由一个紫外灯离子源1，一个离子推斥电极2，一个聚焦电极3，一个导引电极4，一个前端盖电极5，两个阱固定座6、6’，两个电子倍增器7，一个离子阱分析器8，一个后端盖电极9，一个EI灯丝离子源10和两个电子倍增器屏蔽座11组成。前端盖电极5和后端盖电极9中心上各设有一个离子出入孔，分别为离子入射孔17和硬电离入射孔29，紫外灯离子源1位于离子推斥电极2上端，离子推斥电极2、聚焦电极3、导引电极4构成离子传输部件，第一个阱固定座6位于前端盖电极5和离子阱分析器8之间，用于前端盖电极5和离子阱分析器8的固定，第二个阱固定座6’位于离子阱分析器8和后端盖电极9之间，用于后端盖电极9和离子阱分析器8的固定，左右两个电子倍增器7分别位于离子阱分析器8中带狭缝的两个X电极两侧，两个电子倍增器7分别内置在两个电子倍增器屏蔽座11内部，且电子倍增器7与电子倍增器屏蔽座11同轴心放置，EI灯丝离子源10位于后端盖电极9下侧，与后端盖电极9同轴心。

当多组分的混合样品进入色谱或者液相后，利用色谱或液相中吸附剂对每个组分吸附力不同的原理，对检测样品经中各个组分进行初步分离，随后依次进入紫外灯离子源1或EI灯丝离子源10。检测样品由色谱或液相32初步分离后，经软电离样品通道33进入紫外灯离子源1或或经硬电离样品通道34进入EI灯丝离子源10电离后，经过前端盖电极5和后端盖电极9上离子出入孔17和硬电离入射孔29分别进入离子阱分析器内分析检测，所述电子倍增器7位于离子阱分析器8侧端，离子进入离子阱分析器8后，通过在离子阱分析器8施加特定的扫描射频电压，依次弹出，并由电子倍增器7放大后检测，两个电子倍增器7分别内置在两个电子倍增器屏蔽座11内部，且电子倍增器7与电子倍增器屏蔽座11同轴心放置，用于屏蔽空间内射频等电场对电子倍增器的干扰，所述紫外灯离子源1和EI灯丝离子源10分别位于离子阱分析器8前后端，所述紫外灯离子源1用于样品软电离，通过低能量的光子将样品电离得到分子离子峰，所述EI灯丝离子源10用于样品硬电离，通过高能量电子将样品打碎电离，得到分子离子峰和碎片峰，以获得更全面的离子信息。

参见图1-12，所述复合式离子源双极性线性离子阱分析器具有正负离子双极性检测和软电离硬电离工作模式。软电离可获取样品的主分子成分信息质谱峰，硬电离通过高能电子打碎样品主分子，可获取样品的主分子碎片信息质谱峰。正极性检测模式可获得软电离或硬电离中正离子的质谱峰，负极性检测模式可获得软电离或硬电离中负离子的质谱峰，通过四种模式结合，实现样品的全方位分析。通过样品在紫外灯离子源1下电离实现软电离，通过样品在EI灯丝离子源10下电离实现硬电离，通过在离子推斥电极2、聚焦电极3、导引电极4同时施加正电压实现正极性检测模式，通过在离子推斥电极2、聚焦电极3、导引电极4同时施加负电压实现负极性检测模式。所述复合式离子源双极性线性离子阱分析器采用双离子门设计，将前端盖电极5和后端盖电极9作为离子门使用。软电离模式下，当前端盖电极5上电压小于导引电极4上电压时，软电离离子束进入离子阱分析器8，随后提高前端盖电极5电压，使其高于导引电极4上电压，阻止后续离子进入离子阱分析器8，已进入离子阱分析器8的离子束通过在阱内施加一定电压，逐一排出离子阱分析器。硬电离模式下，当后端盖电极9电压小于EI灯丝离子源电压10时，硬电离离子束进入离子阱分析器8，随后提高后端盖电极电压9，使其高于EI灯丝离子源电压10上电压，阻止后续离子进入离子阱分析器8，已进入离子阱分析器8的离子束通过在阱内施加一定电压，逐一排出离子阱分析器8。

参见图2、图3，紫外灯离子源1为真空紫外灯光源，采用V-UV波段的100-200nm波，可选用氙灯(9.6eV),氪灯(10.6eV)，氩灯(11.7eV)，用于检测样品的软电离。离子推斥电极2位于紫外灯离子源1下端0.5-1mm处，与紫外灯离子源1同轴心放置，材料可为不锈钢304或其他导电材料，用于将紫外灯离子源电离的离子束推出电离室。光子由紫外灯离子源产生后，从光子入射孔12进入电离区域13将此区域内样品软电离，检测样品由样品引入口14引入。

参见图4、5，聚焦电极3和导引电极4都采用不锈钢等金属材料制成，离子束由离子推斥电极推斥后，再分别由聚焦电极3和导引电极4聚焦孔上的聚焦孔15和离子聚焦孔16进行传输，聚焦电极3和导引电极4上施加一定的电压，会形成聚焦电场，将分散的离子束聚焦汇集并传输。聚焦电极3和导引电极4有正压和负压两种工作模式，当进行正离子检测时，与离子推斥电2极一起施加正电压，将电离区域内正离子聚焦并传输；负离子检测时，与离子推斥电极2一起施加负电压，将电离区域内负离子聚焦并传输。

参见图6，前端盖电极5采用金属材料制成，紫外灯离子源1软电离的离子束由离子推斥电极2、聚焦电极3、导引电极4聚焦和传输后，通过离子入射孔17进入离子阱分析器。前端盖电极作为离子门使用，通过变换前端盖电极5上电压来实现离子束的通断。当前端盖电极5上电压小于导引电极4上电压时，离子束进入离子阱分析器，随后提高前端盖电极5电压，使其高于导引电极4上电压，阻止后续离子进入离子阱分析器，已进入离子阱分析器的离子束通过在阱内施加一定电压，逐一排出离子阱分析器。阱固定座主要用来固定离子阱分析器中的四个X电极和Y电极，采用绝缘材料制成。为保持阱分析器内特定电场，阱固定圆弧半径19与四极场20半径比值约为1.12左右。阱固定圆弧半径与离子阱分析器电极半径相同，离子阱分析器通过阱固定孔21固定在阱固定座上，阱固定孔21有4个，圆周均布，用于固定离子阱分析器内4个阱电极。阱固定座有两个，分别位于离子阱分析器前后端，用于将离子阱分析器固定。

参见图8，离子阱分析器8由4个圆柱形金属电极组成，4个圆柱电极圆周均布。其中一对X电极对称分布，一对Y电极对称分布。为保持离子阱分析器内特定电场，离子阱四极场半径与X电极半径、Y电极半径比值约为1.12左右。离子阱分析器内离子束在特定电场作用下，逐一通过狭缝排出，并分别由对应的电子倍增器放大检测。X电极和Y电极分别通过X电极固定孔和Y电极固定孔固定在阱固定座上。离子束进入离子阱分析器后，通过在X电极和Y电极上施加一定频率的射频电，同时在带狭缝的X电极上施加一定的激发信号激发阱内的离子束。

离子阱分析器工作包括4个阶段：离子引入，离子冷却，质量分析和离子清空。在离子引入阶段，紫外灯离子源或者EI灯丝离子源开启工作将样品软电离或硬电离，产生的离子束经传输后进入离子阱分析器，此时加载在离子阱分析器上的射频电压信号保持不变，进入离子阱的离子会被射频电场捕获。随后在冷却阶段，阱内的离子束会在不断的碰撞下动能逐渐减小，在离子阱分析器内储存。在质量分析阶段，对离子阱分析器内X电极和Y电极上射频电压信号进行周期性扫描，从低电压到高电压，并在此阶段在两个X电极上加入辅助共振激发信号，用于将阱内离子排出。最后进入离子清空阶段，清空残留在阱内的离子，以便于进行下一次质量分析。

参见图9，两个电子倍增7分别放置在两个X电极狭缝外侧，用于接收离子阱分析器内弹出的离子。电子倍增器将离子信号放大并逐一检测，输出检测结果。EI灯丝离子源采用高速高能量的电子束，将硬电离离子出口处样品电离，电子和分子离子，分子离子继续受到电子轰击而引起化学键重拍，继而产生多种碎片离子，得到检测样品的多重信息。

参见图12，两个电子倍增器屏蔽11接地，两个电子倍增器7分别内置在两个电子倍增器屏蔽座11内部，且电子倍增器7与电子倍增器屏蔽座11同轴心放置，用于屏蔽空间内射频等电场对电子倍增器的干扰，离子阱内弹出的离子经镂空结构网进入电子倍增器。电子倍增器屏蔽座可屏蔽空间内射频等电场对电子倍增器的干扰，降低检测噪音，提高检测灵敏度。镂空结构网采用金属栅网或者化学刻蚀等方法，在电子倍增器屏蔽座前端生成一定空隙，作为检测离子通道。

实施例2本发明的工作过程

软电离模式：检测样品由色谱或液相32初步分离后，经软电离样品通道33进入样品引入口14，光子由紫外灯离子源1产生后，从光子入射孔12进入电离区域13将此区域内样品软电离。仪器工作分为4个阶段：离子引入，离子冷却，质量分析和离子清空。在离子引入阶段紫外灯离子源1软电离的离子束由离子推斥电极2、聚焦电极3、导引电极4聚焦和传输后，通过离子入射孔17进入离子阱分析器。此时加载在离子阱分析器上的射频电压信号保持不变，进入离子阱的离子会被射频电场捕获。随后在冷却阶段，阱内的离子束会在不断的碰撞下动能逐渐减小，在离子阱分析器内储存。在质量分析阶段，对离子阱分析器内X电极和Y电极上射频电压信号进行周期性扫描，从低电压到高电压，并在此阶段在两个X电极上加入辅助共振激发信号，用于将阱内离子按质量分数由高到低逐一分别排出。两个电子倍增器屏蔽座接地分别位于两个电子倍增器前端，离子通过镂空结构网进入两个电子倍增器。两个电子倍增器分别放置在两个X电极狭缝外侧，用于接收离子阱分析器内弹出的离子，离子打击在电子倍增器上会产生次级电子。电子倍增器将离子信号放大并逐一检测，输出检测结果。最后进入离子清空阶段，清空残留在阱内的离子，以便于进行下一次质量分析。

参见图10、11，硬电离模式：高能电子产生后，检测样品由色谱或液相32初步分离后，经硬电离样品通道34进入EI灯丝离子源10下硬电离离子出口30，随后被高能电子电离打碎，随后通过后端盖电极9上硬电离入射孔29进入质量分析工作阶段。仪器工作分为4个阶段：离子引入，离子冷却，质量分析和离子清空。在离子引入阶段离子束经后端盖电极9聚焦和传输后，通过硬电离入射孔29进入离子阱分析器。此时加载在离子阱分析器上的射频电压信号保持不变，进入离子阱的离子会被射频电场捕获。随后在冷却阶段，阱内的离子束会在不断的碰撞下动能逐渐减小，在离子阱分析器内储存。在质量分析阶段，对离子阱分析器内X电极和Y电极上射频电压信号进行周期性扫描，从低电压到高电压，并在此阶段在两个X电极上加入辅助共振激发信号，用于将阱内离子按质量分数由高到低逐一分别排出。两个电子倍增器分别放置在两个X电极狭缝外侧，用于接收离子阱分析器内弹出的离子，离子打击在电子倍增器上会产生次级电子。电子倍增器将离子信号放大并逐一检测，输出检测结果。最后进入离子清空阶段，清空残留在阱内的离子，以便于进行下一次质量分析。

双极性工作模式：打开紫外灯离子源1或EI灯丝离子源10后，实现样品的软电离或硬电离。在软电离模式下，通过在离子推斥电极2、聚焦电极3、导引电极4同时施加正电压实现正极性检测模式，通过在离子推斥电极2、聚焦电极3、导引电极4同时施加负电压实现负极性检测模式。在硬电离模式下，通过在后端盖电极9施加正电压实现正极性检测模式，通过在后端盖电极9施加负电压实现负极性检测模式。

实施例3

参照图13，复合式离子源双极性线性离子阱分析器与色谱或者液相联用工作：32-色谱或液相，33-软电离样品通道，34-硬电离样品通道。色谱或液相具有极强的分离能力，而双极性线性离子阱具有对未知物独特的鉴定能力，且灵敏度极高，因此复合式离子源双极性线性离子阱分析器与色谱或者液相联用是分离和检测复杂化合物的强有力工具之一。当多组分的混合样品进入色谱或者液相32后，利用色谱或液相32中吸附剂对每个组分吸附力不同的原理，对检测样品经中各个组分进行初步分离，随后依次由软电离样品通道33进入紫外灯离子源1或由硬电离样品通道34进入EI灯丝离子源10，经紫外灯离子源1软电离或EI灯丝离子源10硬电离后，进入双极性线性离子阱分析器进行分析检测。

Claims (7)

1.一种复合式离子源双极性线性离子阱分析器，其特征在于，由一个紫外灯离子源（1），一个离子推斥电极（2），一个聚焦电极（3），一个导引电极（4），一个前端盖电极（5），两个阱固定座（6，6’），两个电子倍增器（7），一个离子阱分析器（8），一个后端盖电极（9）和一个EI灯丝离子源（10）和两个电子倍增器屏蔽座（11）组成，紫外灯离子源（1）位于离子推斥电极（2）上端，离子推斥电极（2）、聚焦电极（3）、导引电极（4）构成离子传输部件，第一个阱固定座（6）位于前端盖电极（5）和离子阱分析器（8）之间，用于前端盖电极（5）和离子阱分析器（8）的固定，第二个阱固定座（6’）位于离子阱分析器（8）和后端盖电极（9）之间，用于后端盖电极（9）和离子阱分析器（8）的固定，两个电子倍增器（7）分别位于离子阱分析器（8）中带狭缝的两个X电极两侧，两个电子倍增器（7）分别内置在两个电子倍增器屏蔽座（11）内部，且电子倍增器（7）与电子倍增器屏蔽座（11）同轴心放置，EI灯丝离子源（10）位于后端盖电极（9）下侧，与后端盖电极（9）同轴心，前端盖电极（5）和后端盖电极（9）的中心上各设有一个离子出入孔，分别为离子入射孔（17）和硬电离入射孔（29）；其中离子阱分析器（8）通过两个阱固定座（6）固定，阱固定圆弧半径与四极场半径比值为1.12，阱固定圆弧半径与离子阱分析器电极半径相同；采用双离子门设计，将前端盖电极（5）和后端盖电极（9）作为离子门使用，前端盖电极（5）和后端盖电极（9）中心上各设有一个离子出入孔，分别为离子入射孔（17）和硬电离入射孔（29），检测样品由紫外灯离子源（1）或EI灯丝离子源（10）电离后，经过前端盖电极（5）和后端盖电极（9）上离子入射孔（17）和硬电离入射孔（29）分别进入离子阱分析器内分析检测，所述电子倍增器（7）位于离子阱分析器（8）侧端，离子进入离子阱分析器（8）后，通过在离子阱分析器（8）施加特定的扫描射频电压，依次弹出，并由电子倍增器（7）放大后检测，所述电子倍增器屏蔽座（11）位于电子倍增器（7）前端，用于屏蔽空间内射频等电场对电子倍增器的干扰，所述紫外灯离子源（1）和EI灯丝离子源（10）分别位于离子阱分析器（8）前后端，所述紫外灯离子源（1）用于样品软电离，通过低能量的光子将样品电离得到分子离子峰，所述EI灯丝离子源（10）用于样品硬电离，通过高能量电子将样品打碎电离，得到分子离子峰和碎片峰，以获得更全面的离子信息，当前端盖电极（5）上电压小于导引电极（4）上电压时，软电离离子束进入离子阱分析器（8），随后提高前端盖电极（5）电压，使其高于导引电极（4）上电压，阻止后续离子进入离子阱分析器（8），已进入离子阱分析器（8）的离子束通过在阱内施加一定电压，逐一排出离子阱分析器，当后端盖电极（9）电压小于EI灯丝离子源（10）电压时，硬电离离子束进入离子阱分析器（8），随后提高后端盖电极（9）电压，使其高于EI灯丝离子源（10）上电压，阻止后续离子进入离子阱分析器（8），已进入离子阱分析器（8）的离子束通过在阱内施加一定电压，逐一排出离子阱分析器（8）。

2.根据权利要求1所述的一种复合式离子源双极性线性离子阱分析器，其特征在于，离子阱分析器（8）由上下左右各一根同心金属圆柱组成，金属圆柱直径r与四根金属圆柱所在位置的定位直径r0比值为1.12，其中左右两根金属圆柱X电极中心开有狭缝，用于离子由阱内排出，在上下金属圆柱Y电极上施加射频电压RF+，在左右金属圆柱X电极上施加射频RF-，同时左右带狭缝的金属圆柱X电极上耦合共振激发电压AC，用于将阱内离子逐步排出。

3.根据权利要求1所述的一种复合式离子源双极性线性离子阱分析器，其特征在于，采用两个电子倍增器（7）作为线性离子阱分析器的检测器，两个电子倍增器（7）分别位于离子阱分析器（8）内的两个X电极的对应一侧，分别与相应的X电极上的狭缝在同一水平面上。

4.根据权利要求1所述的一种复合式离子源双极性线性离子阱分析器，其特征在于，采用两个电子倍增器屏蔽座（11）分别对两个电子倍增器（7）的进行屏蔽，电子倍增器屏蔽座上镂空结构网采用金属栅网或者化学刻蚀方法形成带一定空隙的金属面，在屏蔽外来电场干扰的同时，作为检测离子通道，使离子束进入电子倍增器上进行分析检测。

5.一种根据权利要求1所述的复合式离子源双极性线性离子阱分析器在对物质进行软电离、硬电离以及双极性检测中的应用，其特征在于，通过改变离子推斥电极（2）、聚焦电极（3）、导引电极（4）和后端盖电极（9）上电压极性实现线性离子阱分析器双极性离子检测，即通过改变离子源出口处传输电极电压极性，实现线性离子阱分析器内正离子检测，同时实现线性离子阱分析器内负离子检测，通过紫外灯离子源（1）实现样品的软电离，通过 EI灯丝离子源（10）工作，实现样品的硬电离。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述离子阱分析器工作包括4个阶段：离子引入，离子冷却，质量分析和离子清空，在离子引入阶段，施加在离子阱分析器上的射频电压信号保持不变，进入离子阱的离子会被射频电场捕获，随后在冷却阶段，阱内的离子束会在不断的碰撞下动能逐渐减小，在离子阱分析器内储存，在质量分析阶段，对离子阱分析器内X电极和Y电极上射频电压信号进行周期性扫描，从低电压到高电压，并在此阶段在两个X电极上加入辅助共振激发信号，用于将阱内离子排出，最后进入离子清空阶段，清空残留在阱内的离子，以便于进行下一次质量分析。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述离子阱分析器与色谱或者液相联用在对物质进行软电离、硬电离以及双极性检测中应用。

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