CN113078041A - 双90度偏转四级杆等离子体质谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了等离子体质谱仪技术领域的双90度偏转四级杆等离子体质谱仪，本发明引入双90度离子偏转聚焦组件，使得正离子从截取锥后经过第一个90度偏转聚焦组件与大量ICP中的电子和中性粒子分离，将分离的离子通过碰撞池后再通过第二个90度偏转聚焦组件中，将待测正离子与碰撞池中新引入的干扰组分予以分离，最后到达四级杆质量分析器和检测系统进行待测离子的检测，本发明不仅大幅度降低仪器的背景噪声，而且使得不相干的组分不能进入精密的四级杆分离系统，从而使得四级杆分离系统以及检测系统不受污染，本发明不需要经常清洗和维护，确保仪器的长期可靠，给用户带来了极大的便捷。

Description

双90度偏转四级杆等离子体质谱仪

技术领域

本发明属于等离子体质谱仪技术领域；具体是双90度偏转四级杆等离子体质谱仪。

背景技术

ICP-MS主要由进样系统、ICP离子源、接口部分、离子传输系统、质量分析器和离子检测系统组成，样品经过进样系统进入ICP离子源中除了产生待测正离子外，同时产生大量的电子、光子、中性粒子等。由于光子，中性粒子以直线传播,可将待测分析离子以离轴方式偏转或采用光子挡板或90度转弯，就可以将其与非带电粒子(光子和中性粒子)分离，然后经过聚焦并引导待分析离子从接口区域到达质谱分离系统。

早期市场上商品化的质谱仪器的离子传输检测系统的设计主要为光子挡板或者离轴传输的形式，离子传输前后方向不变，但是传输路径会有所偏移，由此容易因为基体和其他离子沉积引起透镜电压变化和仪器漂移，导致离子传输效率降低。同时离轴式离子光学系统结构的设计较为复杂，部件的清洗和维护极为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供双90度偏转四级杆等离子体质谱仪。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：双90度偏转四级杆等离子体质谱仪，包括检测器，述检测器前端贯通固定设有四级杆质量分析器，所述四级杆质量分析器前端与第一聚焦四级杆机构末端端面贯通固定连接，所述第一聚焦四级杆机构首端端面与碰撞反应池末端贯通固定连接，所述碰撞反应池首端与第二聚焦四级杆机构末端端面贯通固定连接，所述第二聚焦四级杆机构首端端面与提取透镜结构末端贯通固定连接，所述提取透镜结构首端与截取锥末端贯通固定连接，所述截取锥首端与采样锥贯通固定连接。

进一步地，所述第二聚焦四级杆机构包括90度离子偏转第二四极杆主体，所述90度离子偏转第二四极杆主体由四个圆柱金属呈正方形排布组合而成，所述90度离子偏转第二四极杆主体一侧固定设有进口第二双聚焦透镜，所述90度离子偏转第二四极杆主体另一侧面上固定设有出口第二双聚焦透镜，所述出口第二双聚焦透镜与进口第二双聚焦透镜呈90°布置，所述进口第二双聚焦透镜与提取透镜结构紧密接触，所述出口第二双聚焦透镜与碰撞反应池紧密接触。

进一步地，所述第一聚焦四级杆机构包括90度离子偏转第一四极杆主体，所述90度离子偏转第一四极杆主体由四个圆柱金属呈正方形排布组合而成，所述90度离子偏转第一四极杆主体一侧固定设有进口第一双聚焦透镜，所述90度离子偏转第一四极杆主体另一侧面上固定设有出口第一双聚焦透镜，所述出口第一双聚焦透镜与进口第一双聚焦透镜呈90°布置，所述出口第一双聚焦透镜与四级杆质量分析器紧密接触，所述进口第一双聚焦透镜与碰撞反应池紧密接触。

进一步地，本发明的工作原理是离子通过一个偏转电场区域，受到电场力作用而偏离原来运动方向，并最终在出射时偏转90度,电子由于负电场的作用被排斥掉，而光子和中性粒子等不受电场力作用仍沿直线飞行，最终随真空被抽走，引入双90度离子偏转聚焦组件，使得正离子离子从截取锥后经过第一个90度偏转聚焦组件与大量ICP中的电子和中性粒子分离，再经过碰撞反应池时，由于又加入了碰撞反应气体，使得通过碰撞反应池出来的产物中引入了新的气体和离子，通过第二个90度偏转聚焦组件将待测正离子与新引入的干扰组分予以分离，到达四级杆质量分析器和检测系统进行待测离子的检测。

进一步地，所述第二聚焦四级杆机构(8)以及第一聚焦四级杆机构(3)的结构不唯一，即可以采用上述结构的四级杆机构的结构，也可以采用其他任何90度偏转的方式进行两次离子偏转。

进一步地，所述双90度偏转四级杆等离子体质谱仪工作步骤具体如下：

1)等离子体产生的离子经过采样锥和截取锥后，经提取透镜到达第二聚焦四级杆机构；

2)经过进口第二双聚焦透镜聚焦后，由90度离子偏转第二四极杆主体进行偏转，不受电场偏转的电子和光子等直线运动，被真空泵抽离，分析离子进行了90度离子偏转第二四极杆主体偏转后，到达出口第二双聚焦透镜，由出口第二双聚焦透镜聚焦后进入碰撞反应池，经过池内的干扰去除后到达第一聚焦四级杆机构；

3)经过进口第一双聚焦透镜聚焦后，由90度离子偏转第一四极杆主体进行偏转，使得待分析的离子再次发生90度偏转，到达出口第一双聚焦透镜，而不受电场作用的离子继续作直线运动后被真空泵抽离；

4)离子经过出口第一双聚焦透镜后进入四级杆质量分析器和检测系统，通过四级杆质量分析器和检测系统对离子进行分离和检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用双90度偏转透镜的设计使得分析离子在传输聚焦过程中，可以将其与非带电粒子进行非孔传输分离，避免了因孔而对电场分布产生影响，离子传输效率的增加，质谱系统组件减少污染，可大幅增加仪器的灵敏度和稳定性；

(1)加入双聚焦透镜减少离子角度分散，提高离子传输效率：本发明加入聚焦透镜后能够有效改变电场分布，改善离子束发散角度，降低电荷空间效应，使离子入射后进入离子透镜系统的位置更靠近轴心，离子沿着轴向路线传输，提高离子的传输效率，从而提高灵敏度；

(2)离子二次90度偏转聚焦，减少背景噪声和仪器漂移：由于本发明是直接去除了光子和中性粒子，减少背景噪声，也大大降低对后面的质谱系统组件污染，这样不仅能够大幅度降低仪器的背景噪声，也能减少质谱仪器核心部件因基体和其他离子沉积引起电压参数变化和仪器漂移，而且该装置也不需要经常清洗和维护，给用户的使用和后期维护带来了极大的便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明双90度偏转四级杆等离子体质谱仪的总体结构示意图；

图2是本发明双90度偏转四级杆等离子体质谱仪的第二聚焦四级杆机构的结构示意图；

图3是本发明双90度偏转四级杆等离子体质谱仪的第一聚焦四级杆机构的结构示意图；

图4是本发明双90度偏转四级杆等离子体质谱仪的单圆杆机构的等离子体质谱仪的总体结构示意图；

图5是本发明双90度偏转四级杆等离子体质谱仪的第一单圆杆偏转机构的结构示意图；

图6是本发明双90度偏转四级杆等离子体质谱仪的T型偏转机构的等离子体质谱仪的总体结构示意图；

图7是本发明双90度偏转四级杆等离子体质谱仪的第一T型偏转机构的结构示意图。

图中：检测器1，四级杆质量分析器2，第一聚焦四级杆机构3，碰撞反应池4，采样锥5，截取锥6，提取透镜结构7，第二聚焦四级杆机构8，第一T型偏转机构9，第二T型偏转机构10，第一单圆杆偏转机构11，第二单圆杆偏转机构12，出口第二双聚焦透镜81，90度离子偏转第二四极杆主体82，进口第二双聚焦透镜83，90度离子偏转第一四极杆主体31，进口第一双聚焦透镜32，出口第一双聚焦透镜33，90度离子偏转单圆杆主体111，单圆杆进口双聚焦透镜112，单圆杆出口双聚焦透镜113，斜45度离子偏转磁场91，T型偏转进口双聚焦透镜92，T型偏转出口双聚焦透镜93。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：双90度偏转四级杆等离子体质谱仪，包括检测器1，检测器1前端贯通固定设有四级杆质量分析器2，四级杆质量分析器2前端与第一聚焦四级杆机构3末端端面贯通固定连接，第一聚焦四级杆机构3首端端面与碰撞反应池4末端贯通固定连接，碰撞反应池4首端与第二聚焦四级杆机构8末端端面贯通固定连接，第二聚焦四级杆机构8首端端面与提取透镜结构7末端贯通固定连接，提取透镜结构7首端与截取锥6末端贯通固定连接，截取锥6首端与采样锥5贯通固定连接。

如图2所示，第二聚焦四级杆机构8包括90度离子偏转第二四极杆主体82，90度离子偏转第二四极杆主体82由四个圆柱金属呈正方形排布组合而成，90度离子偏转第二四极杆主体82一侧固定设有进口第二双聚焦透镜83，90度离子偏转第二四极杆主体82另一侧面上固定设有出口第二双聚焦透镜81，出口第二双聚焦透镜81与进口第二双聚焦透镜83呈90°布置，进口第二双聚焦透镜83与提取透镜结构7紧密接触，出口第二双聚焦透镜81与碰撞反应池4紧密接触。

如图3所示，第一聚焦四级杆机构3包括90度离子偏转第一四极杆主体31，90度离子偏转第一四极杆主体31由四个圆柱金属呈正方形排布组合而成，90度离子偏转第一四极杆主体31一侧固定设有进口第一双聚焦透镜32，90度离子偏转第一四极杆主体31另一侧面上固定设有出口第一双聚焦透镜33，出口第一双聚焦透镜33与进口第一双聚焦透镜32呈90°布置，出口第一双聚焦透镜33与四级杆质量分析器2紧密接触，进口第一双聚焦透镜32与碰撞反应池4紧密接触。

双90度偏转四级杆等离子体质谱仪工作步骤及原理具体如下：

1)等离子体产生的离子经过采样锥5和截取锥7后，经提取透镜7到达第二聚焦四级杆机构8；

2)经过进口第二双聚焦透镜83聚焦后，由90度离子偏转第二四极杆主体82进行偏转，不受电场偏转的电子和光子等直线运动，被真空泵抽离，分析离子进行了90度离子偏转第二四极杆主体82偏转后，到达出口第二双聚焦透镜81，由出口第二双聚焦透镜81聚焦后进入碰撞反应池4，经过池内的干扰去除后到达第一聚焦四级杆机构3；

3)经过进口第一双聚焦透镜32聚焦后，由90度离子偏转第一四极杆主体31进行偏转，使得待分析的离子再次发生90度偏转，到达出口第一双聚焦透镜33，而不受电场作用的离子继续作直线运动后被真空泵抽离；

4)离子经过出口第一双聚焦透镜33后进入四级杆质量分析器2和检测系统1，通过四级杆质量分析器2和检测系统1对离子进行分离和检测。

实施例2

如图4-5所示，双90度偏转四级杆等离子体质谱仪，包括检测器1，检测器1前端贯通固定设有四级杆质量分析器2，四级杆质量分析器2前端与第一单圆杆偏转机构11末端端面贯通固定连接，第一单圆杆偏转机构11首端端面与碰撞反应池4末端贯通固定连接，碰撞反应池4首端与第二单圆杆偏转机构12末端端面贯通固定连接，第二单圆杆偏转机构12首端端面与提取透镜结构7末端贯通固定连接，提取透镜结构7首端与截取锥6末端贯通固定连接，截取锥6首端与采样锥5贯通固定连接。

如图5所示，第二单圆杆偏转机构12与第一单圆杆偏转机构11结构相同，所述第一单圆杆偏转机构11包括90度离子偏转单圆杆主体111，所述90度离子偏转单圆杆主体111由单个圆柱金属构成，所述90度离子偏转单圆杆主体111两侧分别设有单圆杆进口双聚焦透镜112以及单圆杆出口双聚焦透镜113，所述单圆杆进口双聚焦透镜112以及单圆杆出口双聚焦透镜113呈90°布置，且单圆杆进口双聚焦透镜112与碰撞反应池4紧密接触，单圆杆出口双聚焦透镜113与四级杆质量分析器2紧密接触，所述90度离子偏转单圆杆主体111具体位于单圆杆进口双聚焦透镜112以及单圆杆出口双聚焦透镜113夹角位置。

实施例3

如图6-7所示，双90度偏转四级杆等离子体质谱仪，包括检测器1，检测器1前端贯通固定设有四级杆质量分析器2，四级杆质量分析器2前端与第一T型偏转机构9末端端面贯通固定连接，第一T型偏转机构9首端端面与碰撞反应池4末端贯通固定连接，碰撞反应池4首端与第二T型偏转机构10末端端面贯通固定连接，第二T型偏转机构10首端端面与提取透镜结构7末端贯通固定连接，提取透镜结构7首端与截取锥6末端贯通固定连接，截取锥6首端与采样锥5贯通固定连接。

如图7所示，第一T型偏转机构9与第二T型偏转机构10结构相同，所述第一T型偏转机构9包括斜45度离子偏转磁场91，所述斜45度离子偏转磁场91由两个电磁体组成，所述斜45度离子偏转磁场91一侧设有T型偏转进口双聚焦透镜92以及T型偏转出口双聚焦透镜93，所述T型偏转进口双聚焦透镜92以及T型偏转出口双聚焦透镜93呈90°布置，且T型偏转进口双聚焦透镜92与碰撞反应池4紧密接触，T型偏转出口双聚焦透镜93与四级杆质量分析器2紧密接触，所述斜45度离子偏转磁场91具体位于T型偏转进口双聚焦透镜92以及T型偏转出口双聚焦透镜93夹角相对的位置，且斜45度离子偏转磁场91与T型偏转进口双聚焦透镜92以及T型偏转出口双聚焦透镜93呈等边直角三角形结构。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.双90度偏转四级杆等离子体质谱仪，包括检测器(1)，其特征在于，所述检测器(1)前端贯通固定设有四级杆质量分析器(2)，所述四级杆质量分析器(2)前端与第一聚焦四级杆机构(3)末端端面贯通固定连接，所述第一聚焦四级杆机构(3)首端端面与碰撞反应池(4)末端贯通固定连接，所述碰撞反应池(4)首端与第二聚焦四级杆机构(8)末端端面贯通固定连接，所述第二聚焦四级杆机构(8)首端端面与提取透镜结构(7)末端贯通固定连接，所述提取透镜结构(7)首端与截取锥(6)末端贯通固定连接，所述截取锥(6)首端与采样锥(5)贯通固定连接。

2.根据权利要求1所述的双90度偏转四级杆等离子体质谱仪，其特征在于，所述第二聚焦四级杆机构(8)包括90度离子偏转第二四极杆主体(82)，所述90度离子偏转第二四极杆主体(82)由四个圆柱金属呈正方形排布组合而成，所述90度离子偏转第二四极杆主体(82)一侧固定设有进口第二双聚焦透镜(83)，所述90度离子偏转第二四极杆主体(82)另一侧面上固定设有出口第二双聚焦透镜(81)，所述出口第二双聚焦透镜(81)与进口第二双聚焦透镜(83)呈90°布置，所述进口第二双聚焦透镜(83)与提取透镜结构(7)紧密接触，所述出口第二双聚焦透镜(81)与碰撞反应池(4)紧密接触。

3.根据权利要求1所述的双90度偏转四级杆等离子体质谱仪，其特征在于，所述第一聚焦四级杆机构(3)包括90度离子偏转第一四极杆主体(31)，所述90度离子偏转第一四极杆主体(31)由四个圆柱金属呈正方形排布组合而成，所述90度离子偏转第一四极杆主体(31)一侧固定设有进口第一双聚焦透镜(32)，所述90度离子偏转第一四极杆主体(31)另一侧面上固定设有出口第一双聚焦透镜(33)，所述出口第一双聚焦透镜(33)与进口第一双聚焦透镜(32)呈90°布置，所述出口第一双聚焦透镜(33)与四级杆质量分析器(2)紧密接触，所述进口第一双聚焦透镜(32)与碰撞反应池(4)紧密接触。

4.根据权利要求1所述的双90度偏转四级杆等离子体质谱仪，其特征在于，所述第二聚焦四级杆机构(8)以及第一聚焦四级杆机构(3)的结构不唯一。

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