CN112582250A - 一种基质辅助激光解吸离子源装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光解吸电离技术领域，具体涉为一种基质辅助激光解吸离子源装置。本发明装置。本发明装置由二维运动机构、密封垫、密封垫安装座、绝缘板、靶板安装座、靶板、离子通道密封座、靶板舱门、离子引入装置、离子源密封盖板、离子源腔体配合连接组成。本装置通过简单巧妙的机械设计和靶板移动策略，可以方便快速地完成基质辅助激光解吸离子源靶板更换，结构简单可靠；在更换靶板时，无需复杂的机械装置实现真空密封。

Description

一种基质辅助激光解吸离子源装置

技术领域

本发明属于激光解吸电离技术领域，具体涉及一种基质辅助激光解吸离子源装置。

背景技术

基质辅助激光解析电离（MALDI）是一种软电离法，使用特定波长的激光（常用的是337nm或355nm）照射到靶板上，靶板上的基质将吸收到的能量传递给样品，使样品产生瞬间膨胀相变而发生本体解吸，使样品离子化。由于该电离过程需要在低真空下进行，所以在需要更换样品的情况下，就要将靶板运动系统所处的低真空腔室和离子引入的高真空腔室进行隔绝，然后对低真空腔室进行放气。当低真空腔室的气压达到大气压时取出靶板，点上基质和样品，将靶板放回低真空腔室后进行抽气。当低真空腔的真空度合格以后，再连通高真空腔室和低真空腔室进行电离。由于低真空和高真空腔室之间是由靶板上方的离子引入部分导通的，所以无法用阀门来实现高真空腔室和低真空腔室之间的导通和隔绝。这就需要一个运功控制机构，在要取出靶板的时候将靶板上方与高真空连通的部分封堵上，再进行低真空腔室的放气。为了自动化完成隔绝高低真空腔室和更换靶板的过程，在现有的国外仪器内部此部分对应的机械设计可以完成这个过程，但是这种机械结构和控制方式都比较复杂；另外，由于这个运动控制机构在真空内运转，对机电控制部分的器件要求更高，导致运动控制机构的成本也比较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的基质辅助激光解吸离子源装置；通过简单的机械结构设计和靶板移动策略简单地实现更换靶板过程中高真空和低真空腔室之间的隔绝。

本发明提供的新的基质辅助激光解吸离子源装置，其三维总体结构图如图1和图2所示。该基质辅助激光解吸离子源装置由二维运动机构、密封垫、密封垫安装座、绝缘板、靶板安装座、靶板、离子通道密封座、靶板舱门、离子引入装置、离子源密封盖板、离子源腔体以及必要的螺钉配合连接组成；其中：

离子引入装置与离子源密封盖板之间用螺钉实现固定，接触面通过O型密封圈实现真空密封；离子源密封盖板与离子源腔体之间用螺钉实现固定，接触面通过O圈实现真空密封；靶板舱门一端通过合页连接固定在离子源密封盖板上，另一端通过磁铁吸附在离子源密封盖板上，可以从一侧打开靶板舱门更换靶板。

二维运动机构主要由两个真空步进电机、移动平台和导轨组成，通过控制两个步进电机的转动，驱使移动平台在X和Y 方向平稳地移动。二维运动机构通过螺钉固定在离子源腔体底部；绝缘板的上下表面有凹槽，可以与绝缘板下方的二维运动机构的移动平台外轮廓切合，以及与绝缘板上方的靶板安装座外轮廓切合。绝缘板和靶板安装座通过螺钉固定在二维运动机构的移动平台上；由于靶板安装座需要施加高压脉冲，通过绝缘板实现靶板安装座和二维移动平台的电气绝缘；不锈钢材质的靶板安装座上表面有靶板凹槽和磁铁凹槽，靶板凹槽可以与靶板的外轮廓切合，磁铁凹槽与磁铁外轮廓切合。靶板为平整的长方形不锈钢板，靶板上表面有凹孔阵列，下表面光滑平整。靶板通过磁铁吸附，固定在靶板安装座上；密封垫安装座通过螺钉固定在二维移动机构平台的侧面，密封垫安装座整体为L型结构，上表面有密封垫凹槽，可以与密封垫的外轮廓切合。密封垫安装座的侧面有凹槽，可以与绝缘板的外轮廓切合。密封垫为方形真空密封垫片，通过胶水固定在密封垫安装座上；离子通道密封座中间有通孔，让被激光激发的离子通过。离子通道密封座中间有一凸台，凸台两侧为斜面，中间为平面。离子通道密封座通过螺钉与离子源密封盖板固定，接触面通过O圈实现真空密封。

本发明中，当基质辅助激光解吸离子源正常工作时，离子源腔体部分为低真空状态，离子引入装置腔体内部为高真空状态，离子引入装置与离子源密封盖板的连接处为真空过渡部分，有低真空过渡到高真空。当进行激光激发电离时，激光聚焦位置保持不动，靶板在离子引入装置的正下方附近小范围进行移动，使激光能够激发电离靶板不同位置上的样品，如图1所示。此时由于密封垫与离子源密封盖板内表面有一定的距离，所以密封垫不会影响靶板正常工作时的移动。

本发明中，当需要更换靶板时，靶板运动到靶板舱门的正下方，此时密封垫正好处在离子引入装置的正下方，并与离子通道密封座紧密贴合，实现离子源腔体部分低真空与离子引入装置部分高真空之间的隔绝密封；然后对低真空腔室进行放气，使离子源腔体内的真空度恢复到大气压，进行靶板的更换。

本发明通过巧妙的机械设计和简单的靶板运动策略，可以简单地实现复杂的靶板更换过程。当需要进行靶板更换时，靶板运动到靶板舱门的正下方，如图2所示。当靶板运动到此位置时，密封垫正好处在离子引入装置的正下方。由于离子通道密封座中间部分有一个凸台，凸台的两侧是斜面，当靶板往舱门位置移动时，通过凸台斜面的导向，离子通道密封垫与离子通道密封座凸台平面紧密贴合，实现了离子源腔体部分低真空与离子引入装置部分高真空之间的密封。当靶板运动到靶板舱门的下方，即完成了高低真空腔室之间的密封。接下来可以对离子源低真空腔体部分进行放气，待腔体内的气压恢复到大气压，打开靶板舱门，进行靶板更换。

靶板更换完成以后，保持靶板位置不动，对低真空腔室进行抽气。当离子源腔体内的真空度达到要求以后，即可以让靶板移动到离子引入装置正下方，继续进行激光激发电离。这样，整个靶板更换过程全部完成。

本发明优点： 通过简单巧妙的机械设计和靶板移动策略，可以方便快速地完成基质辅助激光解吸离子源靶板更换的过程，结构简单可靠。当需要更换靶板时，无需复杂的机械装置实现真空密封，因为更换靶板时密封垫刚好处在离子引入装置下方，并与离子通道密封座下表面紧密接触，实现离子引入装置和离子源腔体之间的真空密封。由于离子通道密封座的形状设计，在离子源正常工作时密封垫与离子源密封盖板没有接触，不影响靶板的运动。

附图说明

图1 为基质辅助激光解吸离子源装置激光激发位置剖视图。

图2 为基质辅助激光解吸离子源装置靶板更换位置剖视图。

图3 为基质辅助激光解吸离子源装置靶板更换位置放大剖视图。

图4 为基质辅助激光解吸离子源装置俯视图（拆除离子源密封盖板）。

图5为基质辅助激光解吸离子源装置轴测图（拆除离子源密封盖板）。

图6为基质辅助激光解吸离子源装置整体轴测图。

图7 为离子引入装置轴测图。

图8 为离子通道密封座轴测图。

图9 为密封垫安装座轴测图。

图10为密封垫轴测图。

图11 为二维运动机构轴测图。

图中标号：1为二维运动机构，2为密封垫，3为密封垫安装座，4为绝缘板，5为靶板安装座，6为靶板，7为离子引入装置，8为离子通道密封座，9为靶板舱门，10为离子源密封盖板，11为离子源腔体。

具体实施方式

离子引入装置7与离子源密封盖板10之间用螺钉实现固定，接触面通过O型密封圈实现真空密封。离子源密封盖板10与离子源腔体11之间用螺钉实现固定，接触面通过O圈实现真空密封。靶板舱门9一端通过合页连接固定在离子源密封盖板10上，另一端通过磁铁吸附在离子源密封盖板10上，可以从一侧打开靶板舱门9更换靶板6。二维运动机构1通过螺钉固定在离子源腔体11底部。绝缘板4和靶板安装座5通过螺钉固定在二维移动平台上。由于靶板安装座5需要施加高压脉冲，通过绝缘板4实现靶板安装座5和二维运动机构1平台的电气绝缘。靶板6通过磁铁吸附，固定在靶板安装座5上。密封垫安装座3通过螺钉固定在二维移动机构1平台的侧面，并与靶板安装座5和绝缘板4的轮廓切合。密封垫2通过胶水固定在密封垫安装座3上。离子通道密封座8通过与螺钉与离子源密封盖板10固定，接触面通过O圈实现真空密封。

当基质辅助激光解吸离子源正常工作时，离子源腔体11部分为低真空状态，离子引入装置7腔体内部为高真空状态，离子引入装置7与离子源密封盖板10的连接处为真空过渡部分，由低真空过渡到高真空。当进行激光激发电离时，激光聚焦位置保持不动，靶板6在离子引入装置7的正下方附近小范围进行移动，使激光能够激发电离靶板6不同位置上的样品，如图1所示。此时由于密封垫2与离子源密封盖板10内表面有一定的距离，所以密封垫2不会影响靶板6正常工作时的移动。

当需要更换靶板6时，首先需要将离子引入装置7的腔体与离子源腔体11进行真空隔绝，然后对低真空腔室进行放气，使离子源腔体11内的真空度恢复到大气压，再进行靶板6的更换。

Claims (3)

1.一种基质辅助激光解吸离子源装置，其特征在于，由二维运动机构、密封垫、密封垫安装座、绝缘板、靶板安装座、靶板、离子通道密封座、靶板舱门、离子引入装置、离子源密封盖板、离子源腔体以及必要的螺钉配合连接组成；其中：

离子引入装置与离子源密封盖板之间用螺钉实现固定，接触面通过O型密封圈实现真空密封；离子源密封盖板与离子源腔体之间用螺钉实现固定，接触面通过O圈实现真空密封；靶板舱门一端通过合页连接固定在离子源密封盖板上，另一端通过磁铁吸附在离子源密封盖板上，可以从一侧打开靶板舱门更换靶板；

二维运动机构主要由两个真空步进电机、移动平台和导轨组成，通过控制两个步进电机的转动，驱使移动平台在X和Y 方向平稳地移动；二维运动机构通过螺钉固定在离子源腔体底部；绝缘板的上下表面设有凹槽，可以与绝缘板下方的二维运动机构的移动平台外轮廓切合，以及与绝缘板上方的靶板安装座外轮廓切合；绝缘板和靶板安装座通过螺钉固定在二维运动机构的移动平台上；由于靶板安装座需要施加高压脉冲，通过绝缘板实现靶板安装座和二维移动平台的电气绝缘；不锈钢材质的靶板安装座上表面设有靶板凹槽和磁铁凹槽，靶板凹槽可以与靶板的外轮廓切合，磁铁凹槽与磁铁外轮廓切合；靶板为平整的长方形不锈钢板，靶板上表面有凹孔阵列，下表面光滑平整；靶板通过磁铁吸附，固定在靶板安装座上；密封垫安装座通过螺钉固定在二维移动机构平台的侧面，密封垫安装座整体为L型结构，上表面有密封垫凹槽，可以与密封垫的外轮廓切合；密封垫安装座的侧面有凹槽，可以与绝缘板的外轮廓切合；密封垫为方形真空密封垫片，通过胶水固定在密封垫安装座上；离子通道密封座中间有通孔，供被激光激发的离子通过；离子通道密封座中间有一凸台，凸台两侧为斜面，中间为平面；离子通道密封座通过螺钉与离子源密封盖板固定，接触面通过O圈实现真空密封。

2.根据权利要求1所述的基质辅助激光解吸离子源装置，其特征在于，其工作流程为：

当基质辅助激光解吸离子源正常工作时，离子源腔体部分为低真空状态，离子引入装置腔体内部为高真空状态；离子引入装置与离子源密封盖板的连接处为真空过渡部分，由低真空过渡到高真空；

当进行激光激发电离时，激光聚焦位置保持不动，靶板在离子引入装置的正下方附近小范围进行移动，使激光激发电离靶板不同位置上的样品；此时由于密封垫与离子源密封盖板内表面有一定的距离，密封垫不会影响靶板正常工作时的移动。

3.根据权利要求1所述的基质辅助激光解吸离子源装置，其特征在于，当需要更换靶板时，靶板运动到靶板舱门的正下方，此时密封垫正好处在离子引入装置的正下方，并与离子通道密封座紧密贴合，实现离子源腔体部分低真空与离子引入装置部分高真空之间的隔绝密封；然后对低真空腔室进行放气，使离子源腔体内的真空度恢复到大气压，进行靶板的更换。

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