CN112750679A - 质谱分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了质谱分析系统及方法，所述质谱分析系统包括第一离子源、第二离子源和多级传输杆，第一离子源为大气压下离子源；第一真空室和第二真空室间的隔离件具有适于离子穿过的第一通孔；容器内部被第一滑动件隔离为第一部分和第二部分，第一部分连通第二真空室，第二部分连通第一真空室，在容器内滑动的第一滑动件与容器内壁保持密封；连接件的一端连接第一滑动件，另一端穿过第二部分，并连接第二滑动件；第二滑动件具有第二通孔；当第二滑动件在隔离件表面滑动时，第二滑动件封闭所述第一通孔，或者，第二通孔和第一通孔连通；弹性件连接第二滑动件，用于阻碍第二滑动件向着第一部分的方向移动。本发明具有成本低等优点。

Description

质谱分析系统及方法

技术领域

本发明涉及质谱，特别涉及质谱分析系统及方法。

背景技术

液相色谱质谱联用仪是常用的分析仪器。MS可用于识别未知化合物、确定分子中的元素的同位素组成、通过观察特定化合物的片段而确定特定化合物的结构及量化样本中的特定化合物的量。多年来，已开发各种取样技术来将液体样本内的化学实体转化为适于用MS检测的带电离子。

一种较常见电离方法是电喷雾电离(ESI)(例如，气动辅助的电喷雾、纳升电喷雾)，此归因于电喷雾电离将包含大分子的分子作为完整的多电荷分子离子从溶液转移到气相中的能力及电喷雾电离可耦合到各种样本源(举例来说，包含液相色谱法及毛细管电泳)的便宜性。通常在ESI中，经由导电针或喷嘴将液体样本排放到电离室中，同时取样针与对电极之间的电位差在电离室内产生对液体样本进行充电的强电场。如果强加于液体表面上的电荷强到足以克服液体的表面张力，那么此电场致使从针或喷嘴排放的液体分散为朝向对电极吸引的多个带电微液滴，也即，粒子试图分散电荷并返回较低能量状态。当微液滴内的溶剂在电离室中于去溶剂化期间蒸发时，带电分析物离子接着可进入对电极的取样孔以用于后续质谱分析。

早期发展的电喷雾离子源构造十分简单，主体是一支由金属制成的毛细管喷针，其内径约为数微米至数百微米，并与喷嘴出口1～2cm处放置电极。分析时将含有被分析物的水溶液样品注入金属毛细管，并利用高压电源在金属毛细管与电极间制造3～6kV的电势差，样品便会因电场的牵引喷雾成带有电荷的微液滴，其直径约在亚微米级。而这些微液滴会再经过去溶剂化过程转变为气态离子，并顺着真空压力差以及电势差进入采样锥孔以及后续的质量分析器中。这种离子源的不足在于：采样效率低、电离效率低，导致仪器灵敏度较差。

现今的电喷雾离子源在硬件上做了许多改进，如在离子源中通入雾化气体、气帘、热气流，或是调整电喷雾喷嘴的角度，以提升被分析物的离子化效率。通常有如下做法提高电喷雾离子化效率：

1.将样品溶于具有极性的有机溶剂(如使用甲醇或乙腈)与水的混合溶液中，以增加溶剂挥发的速度和降低表面张力。

2.调整电喷雾喷嘴与质量分析器入口的角度。

安捷伦、AB sciex、PE等商业化质谱公司在提高灵敏度的技术方式有所不同，但是大体上是增大采样锥孔的采样面积、增加去溶剂效率。在离子化效率和采样效率的方向，还需要进一步优化。

上述方案存在以下几个缺点：

1.增加采样面积的技术会增加真空泵的负载，同时引入更多的噪声。

2.去溶剂气温度过高会导致源内热裂解，影响仪器稳定性。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种灵敏度高的质谱分析系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

质谱分析系统，所述质谱分析系统包括离子源和第一取样锥；所述质谱分析系统还包括：

输送管，所述输送管的入口设置在所述离子源的下侧，出口对应所述第一取样锥的入口；所述输送管为弧形；

离子聚焦模块，所述离子源出射的离子从所述入口进入输送管内，输送管内的离子被所述离子聚焦模块聚焦，并沿着所述输送管的中心轴线传输，从所述出口射出的离子进入所述第一取样锥内；

输送模块，所述输送模块用于将所述离子源出射的离子送入所述入口，并在所述输送管内传输。

本发明的另一目的在于提供了应用上述质谱分析系统的质谱分析方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

质谱分析方法，所述质谱分析方法包括以下步骤：

(A1)离子源出射离子；

(A2)在输送模块作用下，所述离子进入输送管内并沿着弧形路线传输；

离子在输送管内的传输中，被聚焦；

(A3)从所述输送管出射的离子进入取样锥内。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1.灵敏度高；

从离子源出射的待测物的离子在输送模块作用下进入弧形的输送管内，离子在输送管内传输时被聚焦，从而保证了更多的离子进入取样锥内，显著地提高了灵敏度，无需增大取样锥的取样面积；

输送管被加热，以及从二个取样锥间进入电离室内的气体，都促进了溶剂的蒸发，进一步提高了检测灵敏度；

在毛细针外侧设置第一管道，夹层环绕毛细针，使得排出夹层的载气环绕离子束，并携带离子进入传输管内，相应地提高了离子取样效率，提高了灵敏度；

2.结构简单；

传输管、离子聚焦模块及输送模块结构简单，可靠性好。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本发明实施例的质谱分析系统的结构示意图。

具体实施方式

图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1给出了本发明实施例的质谱分析系统的结构示意图，如图1所示，所述质谱分析系统包括：

离子源21和第一取样锥61；

输送管41，所述输送管41的入口设置在所述离子源21的下侧，出口对应所述第一取样锥61的入口；所述输送管41为弧形；

离子聚焦模块51，所述离子源出射的离子从所述入口进入输送管41内，输送管41内的离子被所述离子聚焦模块51聚焦，并沿着所述输送管41的中心轴线传输，从所述出口射出的离子进入所述第一取样锥61内；

输送模块，所述输送模块用于将所述离子源出射的离子送入所述入口，并在所述输送管内传输。

为了降低结构复杂度，进一步地，所述离子源21包括毛细针22；所述输送模块包括：

第一管道31，所述第一管道31设置在所述毛细针22的外侧，在所述毛细针21和第一管道31之间形成环绕所述毛细针21的夹层；

气源，所述气源提供的载气进入所述夹层内传输。

为了提高离子输送效果，进一步地，所述第一管道的临着所述毛细针的出口的一端具有内径收缩段。

为了聚焦传输管内传输的离子，进一步地，所述离子聚焦模块包括：

多个电极片，所述电极片套在所述输送管外，所述电极片的中心轴线和输送管的中心轴线共线；相邻电极片上施加的射频电压相等，相位相反。

为了蒸发随着离子传输的溶剂以提高检测灵敏度，进一步地，所述质谱分析系统还包括：

第二取样锥61，所述第二取样锥61设置在所述第一取样锥61的上游；外界提供的气体进入所述第一取样锥61和第二取样锥62之间，并从所述第二取样锥62的进口进入电离室11内，所述离子源21、传输管41和离子聚焦模块51处于所述电离室11内；所述第一取样锥61的锥度小于第二取样锥62的锥度。

为了蒸发随着离子传输的溶剂以提高检测灵敏度，进一步地，所述质谱分析系统还包括：

加热模块，所述加热模块用于加热所述输送管。

本发明实施例的质谱分析方法，也即本实施例的质谱分析系统的工作方法，所述质谱分析方法包括以下步骤：

(A1)离子源出射离子；

(A2)在输送模块作用下，所述离子进入输送管内并沿着弧形路线传输；

离子在输送管内的传输中，被聚焦；

(A3)从所述输送管出射的离子进入取样锥内。

为了蒸发随着离子传输的溶剂以提高检测灵敏度，进一步地，在步骤(A2)中，所述输送管被加热，随着离子传输的溶剂蒸发。

为了提高离子的传输效率，进一步地，所述离子源包括毛细针，所述输送模块的工作方式为：

载气环绕所述毛细针传输，载气携带毛细针出射的离子进入所述输送管内。

实施例2：

根据本发明实施例1的质谱分析系统及方法的应用例。

在该应用例中，如图1所示，离子源21采用ESI源，包括毛细针22；输送模块包括气源和第一管道31，第一管道31设置在毛细针22外侧，第一管道31的临着毛细针22出口的一端具有内径收缩段，气源提供的载气进入毛细针22和第一管道31间的夹层内；

输送管41采用呈弧形弯曲的陶瓷管，入口设置在毛细针22的下侧，出口对应第二取样锥62的取样孔；电加热器加热所述输送管；离子聚焦模块51包括多个电极片，电极片套在所述输送管41上，且电极片的中心轴线与弧形弯曲的输送管41的中心轴线共线；相邻电极片上施加射频电压相同，但相位相反；

所述离子源21、输送管41和离子聚焦模块51设置在电离室11内；

第一取样锥61和第二取样锥62，第二取样锥62设置在第一取样锥61的上游，且第二取样锥62锥度以及取样孔的孔径均大于第一取样锥61；加热后的气体进入第一取样锥61和第二取样锥62之间，之后从第二取样锥62的取样孔进入电离室11内。

本发明实施例的质谱分析方法，也即本实施例的质谱分析系统的工作方法，所述质谱分析方法包括以下步骤：

(A1)溶剂和离子从毛细针22射出；

(A2)环绕取样针22的载气出射，环绕出射离子和溶剂，携带离子和溶剂进入输送管41的入口，所述离子进入输送管41内并沿着弧形路线传输；

离子在输送管41内的传输中，多个电极片施加射频电压，聚焦离子，使离子沿着传输管41的中心轴线传输；

输送被加热，传输管41内的溶剂蒸发；

(A3)从所述输送管41出射的离子和气态溶剂依次穿过第二取样锥62和第一取样锥61的取样孔。

实施例3：

根据本发明实施例1的质谱分析系统及方法的应用例，与实施例2不同的是：

输送模块采用文丘里管，设置在传输管上，代替了第一管道。

Claims (10)

1.质谱分析系统，所述质谱分析系统包括离子源和第一取样锥；其特征在于，所述质谱分析系统还包括：

输送管，所述输送管的入口设置在所述离子源的下侧，出口对应所述第一取样锥的入口；所述输送管为弧形；

离子聚焦模块，所述离子源出射的离子从所述入口进入输送管内，输送管内的离子被所述离子聚焦模块聚焦，并沿着所述输送管的中心轴线传输，从所述出口射出的离子进入所述第一取样锥内；

输送模块，所述输送模块用于将所述离子源出射的离子送入所述入口，并在所述输送管内传输。

2.根据权利要求1所述的质谱分析系统，其特征在于，所述离子源包括毛细针；所述输送模块包括：

第一管道，所述第一管道设置在所述毛细针的外侧，在所述毛细针和第一管道之间形成环绕所述毛细针的夹层；

气源，所述气源提供的载气进入所述夹层内传输。

3.根据权利要求2所述的质谱分析系统，其特征在于，所述第一管道的临着所述毛细针的出口的一端具有内径收缩段。

4.根据权利要求1所述的质谱分析系统，其特征在于，所述离子聚焦模块包括：

多个电极片，所述电极片套在所述输送管外，所述电极片的中心轴线和输送管的中心轴线共线；相邻电极片上施加的电压相等，相位相反。

5.根据权利要求1所述的质谱分析系统，其特征在于，所述质谱分析系统还包括：

第二取样锥，所述第二取样锥设置在所述第一取样锥的上游；外界提供的气体进入所述第一取样锥和第二取样锥之间，并从所述第二取样锥的进口进入电离室内，所述离子源、传输管和离子聚焦模块处于所述电离室内；所述第一取样锥的锥度小于第二取样锥的锥度。

6.根据权利要求1所述的质谱分析系统，其特征在于，所述离子源是ESI源。

7.根据权利要求1所述的质谱分析系统，其特征在于，所述质谱分析系统还包括：

加热模块，所述加热模块用于加热所述输送管。

8.质谱分析方法，所述质谱分析方法包括以下步骤：

(A1)离子源出射离子；

(A2)在输送模块作用下，所述离子进入输送管内并沿着弧形路线传输；

离子在输送管内的传输中，被聚焦；

(A3)从所述输送管出射的离子进入取样锥内。

9.根据权利要求8所述的质谱分析方法，其特征在于，在步骤(A2)中，所述输送管被加热，随着离子传输的溶剂蒸发。

10.根据权利要求8所述的质谱分析方法，其特征在于，所述离子源包括毛细针，所述输送模块的工作方式为：

载气环绕所述毛细针传输，载气携带毛细针出射的离子进入所述输送管内。

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