CN112185800B - 一种电感耦合等离子体飞行时间质谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，包括位于同轴水平线上，且依次连接的电离源模块、离子冷却聚焦接口和质谱检测器模块，所述电离源模块包括进样装置、与进样装置连接的等离子体炬管以及设于等离子体炬管外部的射频发生器，所述离子冷却聚焦接口包括特殊金属材料腔体以及设于该腔体内的高温常压离子聚焦引入装置，所述质谱检测器模块包括依次连接的离子传输聚焦装置、滤质器、离子透镜和飞行时间质量分析器，所述高温常压离子聚焦引入装置通过所述离子传输聚焦装置连接所述滤质器。与现有技术相比，本发明具有简化仪器结构、对操作人员要求低、提高产业利用价值等优点。
Description
技术领域
本发明涉及元素检测分离分析技术领域，尤其是涉及一种电感耦合等离子体飞行时间质谱仪。
背景技术
随着生命科学的不断发展，对细胞分析的要求越来越高，主要包括两个方面：增加细胞特征分析数量以同时分析细胞的不同特点，增加分析的分辨率，从而提高观测精确水平。传统的细胞分析技术基于荧光抗体标记细胞表面蛋白结合流式细胞检测，能比较好的实现细胞分选，但是受荧光颜色种类的限制，单次实验只能同时识别6-10中不同颜色的荧光，还需要避免荧光重叠。
电感耦合等离子体质谱分析法已被公认为金属元素分析的首选技术。当今的常规实验室要求比电感耦合等离子体原子发射光谱更为灵敏，比石墨炉原子吸收更为快速的分析技术。电感耦合等离子体质谱分析法可以满足上述两方面的需求。然而传统电感耦合等离子体飞行时间质谱采用取样锥与一级或多级skimmer来保障检测器内真空状态，并使等离子体发生器产生的离子进入质量分离器，减少等离子体尾焰干扰。针对等离子体高温尾焰需采取特定的降温措施，因取样锥与粒子冷却聚焦、质量检测器固定于同一腔体，使得降温及离子聚焦装置结构复杂。此外，传统电感耦合等离子体质谱分析对操作人员的技术要求以及环境要求较高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，该设备单独使用时可提供高灵敏度、宽动态范围的快速检测，可以进行同位素分析；与流式细胞仪连用时可对单细胞样品进行高速高分辨多参数的同时检测，且对操作人员要求较低。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，包括位于同轴水平线上，且依次连接的电离源模块、离子冷却聚焦接口和质谱检测器模块，所述电离源模块包括进样装置、与进样装置连接的等离子体炬管以及设于等离子体炬管外部的射频发生器，所述离子冷却聚焦接口包括特殊金属材料腔体以及设于该腔体内的高温常压离子聚焦引入装置，所述质谱检测器模块包括依次连接的离子传输聚焦装置、滤质器、离子透镜和飞行时间质量分析器，所述高温常压离子聚焦引入装置通过所述离子传输聚焦装置连接所述滤质器。
所述进样装置将输入的样品利用化学衍生方法生成氢化物后导入所述等离子体炬管。或所述进样装置将输入的样品输送至雾化器后导入所述等离子体炬管。所述进样装置采用气相色谱、液相色谱或者流式细胞仪中的一种或多种。
所述特殊金属材料腔体根据实际温度选用水冷、风冷或混合水冷加风冷的冷却模式对离子进行冷却。所述特殊金属材料腔体采用的金属材料为钛、镍或铂。
所述离子传输聚焦装置采用叠片式离子传输聚焦装置或多极杆离子传输聚焦装置中至少一种。
所述滤质器采用四极杆、六极杆、八极杆或离子阱中的一种。
所述飞行时间质量分析器采用直线型飞行时间质量分析器或反射型飞行时间质量分析器。
所述多极杆离子传输聚焦装置包括四极杆离子传输聚焦装置、六极杆离子传输聚焦装置或八极杆离子传输聚焦装置。
本发明通过进样装置输入样品，经过离子冷却聚焦接口对离子进行冷却、聚焦，之后通过质谱检测器模块的滤质器及离子透镜实现离子提取，然后将提取的离子输入飞行时间质量分析器中，对离子进行质谱检测。
本发明提供的电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，相较于现有技术至少包括如下有益效果：
1)相较于传统电感耦合等离子体飞行时间质谱采用取样锥与一级或多级skimmer来保障检测器内真空状态，并使等离子体发生器产生的离子进入质量分离器的复杂结构，本发明采用单独的离子冷却聚焦装置，该装置设于单独的腔体内，简化了仪器结构，使得尾焰空气的冷却和离子的聚焦更易操作的同时简化了更换取样装置的流程；此外，利用高温常压离子聚焦引入装置在保证传输效率的同时大大简化了电感耦合等离子体飞行时间质谱的结构复杂性。
2)本发明提供一种新的结构，该结构的离子聚焦引入装置能增加离子传输效率从而提供更高灵敏度，飞行时间质量分离器可提供宽动态范围的快速检测。
3)使用金属元素进行抗体标记与本发明电感耦合等离子体质谱分析相配合，能够对单细胞进行高速高分辨多参数的检测，简化仪器结构、对操作人员的操作更加友好，能够有效对单细胞样品进行分离分析，具有产业上的利用价值。
附图说明
图1为实施例中电感耦合等离子体飞行时间质谱仪的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
本发明涉及一种电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，该设备可用于痕量金属元素分析，与流式细胞仪联用更可用于对单细胞进行多参数检测。该质谱仪包括电离源模块、离子冷却聚焦接口和质谱检测器模块。三个模块的中心在同一条中轴线上，且依次连接。
电离源模块包括进样装置、射频发生器和等离子体炬管。进样装置连接进样口，进样口的另一端接入等离子体炬管，等离子体炬管外设有射频发生器。电离源模块还可包括雾化器，对于不同化学特性的样品，可将进样口的出口连接雾化器后接入等离子体炬管进行离子焰分析。对于不需要使用雾化器的样品，可以用化学衍生的方法将进入进样口的样品生成氢化物并导入等离子焰进行分析。
离子冷却聚焦接口包括特殊金属材料腔体、高温常压离子聚焦引入装置，高温常压离子聚焦引入装置设置在特殊金属材料腔体中。等离子体炬管的输出端连接高温常压离子聚焦引入装置。特殊金属材料腔体可根据实际温度选用水冷、风冷或者混合水冷加风冷的冷却模式。
质谱检测器模块包括依次连接的离子传输聚焦装置、滤质器、离子透镜及飞行时间质量分析器。离子传输聚焦装置可采用叠片式或多极杆离子传输聚焦装置。高温常压离子聚焦引入装置通过叠片式或多极杆离子传输聚焦装置连接质谱检测模块的滤质器。
离子传输聚焦装置可采用叠片式离子传输聚焦装置、四极杆离子传输聚焦装置、六极杆离子传输聚焦装置或八极杆离子传输聚焦装置中至少一种。对应地，滤质器为四极杆滤质器、六极杆滤质器、八极杆滤质器或离子阱中的一种。飞行时间质量分析器为直线型或反射型中的一种。
在本实施例中，作为优选方案，特殊金属材料腔体采用的金属材料为钛、镍或铂等金属材料。
在实际应用本发明质谱仪时，根据实际样品所需，与进样口连接的进样装置可以选用气相色谱、液相色谱或者流式细胞仪中的一种或多种。特别的，当使用稀有金属元素进行抗体或其它手段标记后，配合流式细胞仪提供样品进行电感耦合等离子体离子化，电感耦合等离子体的火焰可以有效打碎细胞，并将已经标记过的蛋白或目标分子离子化，从而达到快速有效的对单细胞进行高分辨多参数的检测的目的。
根据实际样品所需，某些元素样品可以用化学衍生的方法生成氢化物并导入等离子焰进行分析，可以选择不使用所述雾化器。
图1为本实施例的质谱仪结构图，其中，采用四极杆滤质器，采用叠片式离子传输聚焦装置，并采用反射型飞行时间质量分析器。
本发明通过使用常温高压离子聚焦引入装置对由真空接口输入的离子进行初步冷却聚焦，再经过离子传输聚焦装置，对离子进行进一步冷却、聚焦，之后通过质谱检测器模块的滤质器及离子透镜实现离子提取，然后将提取的离子输入飞行时间质量分析器中，对离子进行质谱检测。与传统电感耦合等离子体飞行时间质谱相比，本发明改变了离子冷却聚焦接口并使用了单独的高温常压离子聚焦引入装置，从而简化了仪器结构，增加了灵敏度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，其特征在于，包括位于同轴水平线上，且依次连接的电离源模块、离子冷却聚焦接口和质谱检测器模块，所述电离源模块包括进样装置、与进样装置连接的等离子体炬管以及设于等离子体炬管外部的射频发生器，所述离子冷却聚焦接口包括金属材料腔体以及设于该腔体内的高温常压离子聚焦引入装置，所述质谱检测器模块包括依次连接的离子传输聚焦装置、滤质器、离子透镜和飞行时间质量分析器，所述高温常压离子聚焦引入装置通过所述离子传输聚焦装置连接所述滤质器；所述金属材料腔体根据实际温度选用水冷、风冷或混合水冷加风冷的冷却模式对离子进行冷却，所述金属材料腔体采用的金属材料为钛、镍或铂。
2.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，其特征在于，所述进样装置将输入的样品利用化学衍生方法生成氢化物后导入所述等离子体炬管。
3.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，其特征在于，所述进样装置将输入的样品输送至雾化器后导入所述等离子体炬管。
4.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，其特征在于，所述离子传输聚焦装置采用叠片式离子传输聚焦装置或多极杆离子传输聚焦装置中至少一种。
5.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，其特征在于，所述滤质器采用四极杆、六极杆、八极杆或离子阱中的一种。
6.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，其特征在于，所述飞行时间质量分析器采用直线型飞行时间质量分析器或反射型飞行时间质量分析器。
7.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，其特征在于，所述进样装置采用气相色谱、液相色谱或者流式细胞仪中的一种或多种。
8.根据权利要求4所述的电感耦合等离子体飞行时间质谱仪，其特征在于，所述多极杆离子传输聚焦装置包括四极杆离子传输聚焦装置、六极杆离子传输聚焦装置或八极杆离子传输聚焦装置。
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