CN113161219B - 无需色谱分离的质谱分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了无需色谱分离的质谱分析系统及方法，所述无需色谱分离的质谱分析系统包括离子源以及依次设置的采样锥、第一室和第二室，抽气泵连通所述第二室；离子淌度模块设置在所述第一室内；所述第一室具有气体进口和气体出口，与所述气体出口相比，所述气体进口更加远离所述采样锥；离子存储和推出模块设置在所述第一室内，且处于所述采样锥和离子淌度模块之间。本发明具有分析效率高、灵敏度高等优点。

Description

无需色谱分离的质谱分析系统及方法

技术领域

本发明涉及质谱，特别涉及无需色谱分离的质谱分析系统及方法。

背景技术

色质联用技术，以液相/气相色谱作为分离系统，质谱为检测系统，样品在 色谱部分和流动相分离，被离子化后，经质谱的质量分析器将离子碎片按质量 数分开，经检测器得到质谱图。色质联用体现了色谱和质谱优势的互补，将色 谱对复杂样品的高分离能力，与MS具有高选择性、高灵敏度及能够提供相对 分子质量与结构信息的优点结合起来，在药物分析、食品分析和环境分析等许 多领域得到了广泛的应用。

现有产品都采用色谱进行化合预分离，按照不同化合物物质在由固定相和 流动相构成的体系中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质随 流动相一起运动，并在两相间进行反复多次的分配，从而使各物质达到分离。 按照分离系统的不同，主要有气相色谱、液相色谱、离子色谱等技术，普遍完 成一次分析要十余分钟到数十分钟的时间，对于分析效率有极大影响。

离子淌度技术以离子迁移时间的差别来进行离子的分离定性，利用分子在 电场中运动时与缓冲气体之间的碰撞截面不同，从而使得不同分子在漂移管内 的漂移速度不同，因此产生分离，可以在常压/低压情况下实现物质的分离。传 统离子淌度技术分离能力有限，对于物质的检验能力较弱。常用于一些现场快速的低分离场合，用于现场快检。

离子淌度技术工作在常压或者弱真空情况下，需要一定的漂移用气体才能 让带电粒子按照淌度差异进行分离；而质谱需要工作在高真空环境下，在常规 领域这两种技术无法结合。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种无需色谱分离的质 谱分析系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

无需色谱分离的质谱分析系统，所述无需色谱分离的质谱分析系统包括离 子源以及依次设置的采样锥、第一室和第二室，抽气泵连通所述第二室；其特 征在于，所述无需色谱分离的质谱分析系统还包括：

离子淌度模块，所述离子淌度模块设置在所述第一室内；所述第一室具有 气体进口和气体出口，与所述气体出口相比，所述气体进口更加远离所述采样 锥；

离子存储和推出模块，所述离子存储和推出模块设置在所述第一室内，且 处于所述采样锥和离子淌度模块之间。

本发明的另一目的在于提供了无需色谱分离的质谱分析方法，该发明目的 是通过以下技术方案得以实现的：

无需色谱分离的质谱分析方法，所述无需色谱分离的质谱分析方法包括以 下步骤：

(A1)离子源工作，待测样品被离子化；

(A2)离子穿过采样锥进入第一室，在离子存储和推出模块内存储和集聚， 之后被推出；所述第一室内的压力高于所述第一室下游的压力，且不高于所述 离子源所处的离子化室内的压力；

(A3)离子进入第一室内的离子淌度模块内，离子分离；

(A4)分离后的离子进入下游的质谱仪，获得待测样品的信息。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

本方案通过在第一室内设计密闭的漂移管和带真空接口锥设计的真空过渡 方案，实现了漂移管内和第一室内的真空梯度稳定形成，实现了从常压漂移管 到真空质谱分析之间的过渡；

1.分析效率高；

使用了离子淌度模块，实现了离子的分离，与色谱分离相比，显著地缩短 了分离的时间，提高了分析效率；

2.分析灵敏度高；

在离子淌度模块内，加热后的缓冲气体有效地去除了进入第一室内的液态 溶剂，提高了离子产率和灵敏度，也降低了离子淌度模块内的化合物附着；

进入离子淌度模块前的离子先存储和聚集，之后再进入离子淌度模块内分 离，提高了分析灵敏度；

离子在离子淌度模块上游和/或下游聚焦，提高了进入质谱仪内的离子数量， 相应地提高了分析灵敏度；

离子存储和推出模块中网状电极的使用，提高了离子通过率，相应地提高 了后续分析灵敏度；

3.工作稳定；

锥孔的设置，实现了第一室和第二室间的压力差，锥孔和阀的配合，实现 了第一室和其下游间的隔离，保护了第二室内的高真空。

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无需色谱分离的质谱分析系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的阀的结构示意图。

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无需色谱分离的质谱分析系统的结构示意图， 如图1所示，所述无需色谱分离的质谱分析系统包括：

离子源以及依次设置的采样锥、第一室和第二室，所述离子源设置在离子 化室内，抽气泵连通所述第二室，使得第二室内的压力低于第一室和离子化室；

离子淌度模块，所述离子淌度模块设置在所述第一室内；所述第一室具有 气体进口和气体出口，与所述气体出口相比，所述气体进口更加远离所述采样 锥，使得进入所述离子淌度模块内的缓冲气体的流动方向和离子运动方向相反；

离子存储和推出模块，所述离子存储和推出模块设置在所述第一室内，且 处于所述采样锥和离子淌度模块之间。

为了提高离子传输效率，进一步地，所述质谱分析系统还包括：

离子聚焦模块，所述离子聚焦模块设置在所述第一室内，且处于所述第一 所述离子淌度模块的上游和/或下游。

为了保护第二室内的高真空，进一步地，所述第一室和第二室间设置隔离 件，所述隔离件具有适于离子通过的第一通孔；所述质谱分析系统还包括阀， 所述阀用于控制所述第一通孔打开与否。

为了实现无动力源的控制，进一步地，所述阀包括：

容器，所述容器内部被第一滑动件隔离为第一部分和第二部分，所述第一 部分连通所述第二室，所述第二部分连通切换模块，所述第一滑动件在所述容 器内滑动，并与容器内壁保持密封；

切换模块，所述切换模块用于使所述第二部分选择性连通所述第一室和所 述离子源所处的离子化室，抽气泵连通所述第一室；

连接件，所述连接件的一端连接所述第一滑动件，另一端穿过第二部分， 并连接第二滑动件；

第二滑动件，所述第二滑动件具有第二通孔；当所述第二滑动件在所述隔 离件表面滑动时，所述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，所述弹性件连接所述第二滑动件，用于阻碍所述第二滑动件向着 第一部分的方向移动。

为了确保更多离子穿过，进一步地，所述离子存储和推出模块的后电极采 用网状电极。

为了实现了不同压力区域间的隔离，进一步地，所述无需色谱分离的质谱 分析系统还包括：

锥孔，所述锥孔设置在所述第一室内，且处于所述离子淌度模块的下游。

为了提高去溶效果，进一步地，所述无需色谱分离的质谱分析系统还包括：

加热单元，所述加热单元用于加热进入所述气体进口前的缓冲气体或第一 室。

本发明实施例的无需色谱分离的质谱分析方法，所述无需色谱分离的质谱 分析方法包括以下步骤：

(A1)离子源工作，待测样品被离子化；

(A2)离子穿过采样锥进入第一室，在离子存储和推出模块内存储和集聚， 之后被推出；所述第一室内的压力低于所述离子源所处离子化室的压力，且高 于所述第一室下游的压力；

(A3)离子进入第一室内的离子淌度模块内，离子分离；

(A4)分离后的离子进入下游的质谱仪，获得待测样品的信息。

为了保护第一室下游的高真空，进一步地，在步骤(A2)中，所述第一室 和下游间隔离；

在步骤(A3)中，所述第一室和下游间连通。

为了实现第一室和其下游间的隔离和连通，进一步地；

利用所述离子源所处的离子化室和所述下游间的压力差，推动滑动件克服 弹性件的拉力正向移动；

利用所述第一室和所述下游间的压力差，滑动件在弹性件的拉力下反向移 动；

所述正向移动和反向移动中的任一作为所述隔离的方式，另一作为所述连 通的方式。

实施例2：

根据本发明实施例1的无需色谱分离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，离子源采用ESI，设置在离子化室；采样锥、 第一室、第三室和第二室依次设置，分别有抽气泵连通第一室、第二室和第三 室，使得第一室内的压力低于离子化室，高于第二室和第三室，第二室内压力 最低；第一室和第三室之间具有隔离件，所述隔离件设置有适于离子穿过的第 一通孔；传输杆设置在第三室内，质谱仪设置在第二室内；

第一离子透镜、离子存储和推出模块、离子淌度模块、锥孔和第二离子透 镜依次设置在所述第一室内；离子存储和推出模块的后电极采用网状电极；第 一室具有气体进口和气体出口，所述气体进口临着所述锥孔，所述气体出口临 着第一离子透镜，加热单元加热缓冲气体(氮气或氦气)，之后缓冲气体从所述 气体进口进入离子淌度模块内，最后从所述气体出口排出；

阀包括容器、第一滑动件、连接件、第二滑动件和弹性件；容器91呈筒状 结构，第一滑动件94沿着所述容器91的中心轴线方向滑动，在滑动中与容器 91内部保持密封，并把容器91内部隔离为上部的第一部分92和第二部分93， 第一部分92连通第二室，第二部分93连通第一室12；刚性的连接件98上端连 接第一滑动件94，下端穿过第二部分93，并与第二滑动件95连接；第二滑动 件95具有第二通孔96；连接件98与容器91间保持密封；第二部分93连接切 换模块(二位三通阀)，进口分别连通第一室和离子化室；弹性件97采用弹簧， 一端固定在第一室12底部，另一端连接第二滑动件95的底部，也即，弹簧设 置在第二滑动件95的下侧，且自下而上地，弹簧与隔离件61的距离逐渐变大， 利用弹簧的拉力使第二滑动件95贴紧隔离件61，提供了第二滑动件95对第一 通孔62的封堵效果。

本发明实施例的无需色谱分离的质谱分析方法，所述无需色谱分离的质谱 分析方法包括以下步骤：

(A1)离子源工作，待测样品被离子化；

(A2)离子偏转90度后，穿过采样锥进入第一室，被第一离子透镜聚焦后 进入离子存储和推出模块内存储和集聚，之后被推出；所述第一室内的压力低 于所述离子源所处离子化室的压力，且高于所述第一室下游的第二室和第三室 内的压力；

在本步骤中，切换模块切换，使得第二部分连通离子化室，第一部分内的 压力小于第二部分内压力(也即利用了离子化室和第二室内的压力差)，从而推 动第一滑动件上移，第二滑动件上的第二通孔与隔离件上的第一通孔错开，最 后在弹性件的拉力作用下，第二滑动件静止并封堵了第一通孔，实现了第一室 和第三室(第二室)间的隔离；

(A3)待离子存储和推出模块内的离子达到一定数量或者集聚一定时间后， 集聚的离子被推出，离子进入第一室内的离子淌度模块内，离子分离；

分离后的离子依次通过锥孔、第二离子透镜、第二通孔和第一通孔进入第 三室内，第二离子透镜聚焦了分离后的离子；

在本步骤中，切换模块切换，使得第二部分连通第一室，第一部分内的压 力小于第二部分内压力(也即利用了第一室和第二室内的压力差，但与步骤(A2) 相比，压力差变小，不足以平衡弹性件向下的拉力)，第二滑动件被弹性件拉动 而向下移动，第二滑动件上的第二通孔与隔离件上的第一通孔对应，实现了第 一室和第三室(第二室)间的连通，；

(A4)离子在第三室内的四级杆内传输，之后进入第二室内的质谱仪，获 得待测样品的信息。

实施例3：

根据本发明实施例1的无需色谱分离的质谱分析系统及方法的应用例，与实施例2不同的是：

1.第一室内不再抽真空，压力和离子化室相同，均为大气压；第一部分连通 第二室，第二部分通过切换模块选择性地连通第一室和第三室：当第二部分连 通第三室时，第一通孔和第二通孔连通，当第二部分和第一室连通时，第二通 孔和第一通孔错开，第二滑动件封堵了隔离件，实现了第一室和第三室间的隔离，也即实现了第一室和第二室间的隔离；

2.在隔离件上设置导向件或导轨，所述第二滑动件在所述导向件或导轨上移 动，使得第二滑动件在上下移动时，左右无位移，很好地保证了第二通孔和第 一通孔的对应和连通。

弹簧设置在第二滑动件的上侧，在第二滑动件向上移动时，弹簧被压缩， 产生向下的弹力，也即弹簧阻碍了第二滑动件上移。

Claims (6)

1.无需色谱分离的质谱分析系统，所述无需色谱分离的质谱分析系统包括离子源以及依次设置的采样锥、第一室和第二室，抽气泵连通所述第二室；质谱仪设置在所述第二室内；其特征在于，所述无需色谱分离的质谱分析系统还包括：

离子淌度模块，所述离子淌度模块设置在所述第一室内；所述第一室具有气体进口和气体出口，与所述气体出口相比，所述气体进口更加远离所述采样锥；

离子存储和推出模块，所述离子存储和推出模块设置在所述第一室内，且处于所述采样锥和离子淌度模块之间；

隔离件，所述隔离件设置在所述第一室和下游之间，并具有适于离子通过的第一通孔；

阀，所述阀用于无动力源地控制所述第一通孔打开与否，所述阀包括：

容器，所述容器内部被第一滑动件隔离为第一部分和第二部分，所述第一部分连通所述第二室，所述第二部分连通切换模块，所述第一滑动件在所述容器内滑动，并与容器内壁保持密封；

切换模块，所述切换模块用于使所述第二部分选择性连通所述第一室或所述离子源所处的离子化室，抽气泵连通所述第一室；

连接件，所述连接件的一端连接所述第一滑动件，另一端穿过第二部分，并连接第二滑动件；

第二滑动件，所述第二滑动件具有第二通孔；当所述第二滑动件在所述隔离件表面滑动时，所述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，所述弹性件连接所述第二滑动件，用于阻碍所述第二滑动件向着第一部分的方向移动。

2.根据权利要求1所述的无需色谱分离的质谱分析系统，其特征在于，所述质谱分析系统还包括：

离子聚焦模块，所述离子聚焦模块设置在所述第一室内，且处于所述离子淌度模块的上游和/或下游。

3.根据权利要求1所述的无需色谱分离的质谱分析系统，其特征在于，所述离子存储和推出模块的后电极采用网状电极。

4.根据权利要求1所述的无需色谱分离的质谱分析系统，其特征在于，所述无需色谱分离的质谱分析系统还包括：

锥孔，所述锥孔设置在所述第一室内，且处于所述离子淌度模块的下游。

5.根据权利要求1所述的无需色谱分离的质谱分析系统，其特征在于，所述无需色谱分离的质谱分析系统还包括：

加热单元，所述加热单元用于加热进入所述气体进口前的缓冲气体或第一室。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的无需色谱分离的质谱分析系统的无需色谱分离的质谱分析方法，所述无需色谱分离的质谱分析方法包括以下步骤：

（A1）离子源工作，待测样品被离子化；

（A2）离子穿过采样锥进入第一室，在离子存储和推出模块内存储和集聚，之后被推出；所述第一室内的压力高于所述第一室下游的压力，且不高于所述离子源所处的离子化室内的压力；

切换模块切换，使得第二部分连通离子化室，第一部分内的压力小于第二部分内压力，从而推动第一滑动件上移，第二滑动件上的第二通孔与隔离件上的第一通孔错开，最后在弹性件的拉力作用下，第二滑动件静止并封堵了第一通孔，实现了第一室和下游间的隔离；

（A3）离子进入第一室内的离子淌度模块内，离子分离；

切换模块切换，使得第二部分连通第一室，第一部分内的压力小于第二部分内压力，第二滑动件被弹性件拉动而向下移动，第二滑动件上的第二通孔与隔离件上的第一通孔对应，实现了第一室和下游间的连通；

（A4）分离后的离子进入下游的质谱仪，获得待测样品的信息。