CN113740412B - 基于自动进样的质谱分析系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于自动进样的质谱分析系统和方法，所述基于自动进样的质谱分析系统包括支架、离子源和质谱仪，设置在支架上的第一导轨包括连接的第一部分和倾斜向下的第二部分，第二导轨设置在支架上，第一承载件设置在第二导轨上；滑动件设置在第一导轨上，并与转动轴连接，转动轴可转动地设置在第一承载件上，滑动件的中心轴线和转动轴的中心轴线平行设置，且不共线；第一平移装置固定在支架上，用于驱动第一承载件正向和反向移动；第二平移装置设置在支架上，用于驱动稀释单元正向和反向移动；第二承载件与转动轴固定连接，第三平移装置设置第二承载件上，用于驱动离子源正向和反向移动。本发明具有自动化等优点。

Description

基于自动进样的质谱分析系统和方法

技术领域

本发明涉及质谱分析，特别涉及基于自动进样的质谱分析系统和方法。

背景技术

在公安禁毒部门、毒品检测中心、第三方检测中心及各类检测机构中，需要在实验室中对固体粉末状样品进行质谱检测时，按照应用要求对样本进行溶解稀释处理，才能进行质谱检测。这种检测方式具有不足，如：

1. 鉴于现如今实验室中的质谱仪对检测样品的浓度有一定的要求，高浓度的样品检测易造成质谱仪污染，而低浓度的样品不易检出。

2. 实验室中样本前处理多为人工操作，要求先将样品稀释至对应要求浓度，具体为以下二种方式：

方式一，在样本前处理前进行稀释浓度计算后称量配比，但有计算错误风险，且较耗费时间，对操作人员专业素质要求高；

方式二，进行定量液体多段稀释，蘸取样品在多个定量液体中依次稀释，按一定比例降低浓度，后依次用浓度从低到高顺序进行质谱检测直到检测出结果为止，这种方法较快速但进样顺序易出错，对质谱本体应用有风险，对操作人员专业素质有一定要求。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种基于自动进样的质谱分析系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于自动进样的质谱分析系统，所述基于自动进样的质谱分析系统包括支架和质谱仪，所述质谱仪设置在所述支架上；所述基于自动进样的质谱分析系统还包括：

第一导轨，所述第一导轨设置在所述支架上，所述第一导轨包括连接的第一部分和第二部分，所述第二部分倾斜向下；

第二导轨和第一承载件，所述第二导轨设置在所述支架上，所述第一承载件设置在所述第二导轨上；

滑动件和转动轴，所述滑动件设置在所述第一导轨上，并与所述转动轴连接，所述转动轴可转动地设置在所述第一承载件上，所述滑动件的中心轴线和所述转动轴的中心轴线平行设置，且不共线；

第一平移装置，所述第一平移装置固定在所述支架上，用于驱动所述第一承载件正向或反向移动；

第二平移装置和稀释单元，所述第二平移装置设置在所述支架上，用于驱动所述稀释单元正向或反向移动，所述稀释单元的移动方向和所述第一承载件的移动方向间的夹角是锐角或直角；

第二承载件和第三平移装置，所述第二承载件与所述转动轴固定连接，所述第三平移装置设置所述第二承载件上，用于驱动毛细针正向或反向移动；当所述滑动件从所述第一部分移动到第二部分的工作点，所述毛细针跟随所述转动轴旋转，由竖直状态旋转到水平状态。

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

基于自动进样的质谱分析方法，所述基于自动进样的质谱分析方法包括毛细针更换阶段、自动进样阶段和检测阶段；所述自动进样阶段包括以下步骤：

（A1）第一平移装置驱动第一承载件平移，滑动件处于第一导轨的第一部分内，毛细针处于竖直状态；

所述毛细针连接转动轴，所述转动轴可转动地设置在所述第一承载件上，并与所述滑动件固定连接，所述滑动件的中心轴线和所述转动轴的中心轴线平行设置，且不共线；

（A2）第二平移装置驱动稀释单元，使得所述稀释单元处于毛细针的下侧；

（A3）第三平移装置驱动毛细针竖直下移，所述毛细针进入稀释单元，获取检测液；

（A4）所述第三平移装置驱动毛细针竖直上移，所述毛细针脱离稀释单元；

（A5）第一平移装置驱动所述第一承载件平移，所述滑动件进入倾斜设置的第一导轨的第二部分内并下降；

在下降过程中，所述毛细针绕着所述转动轴旋转；

（A6）所述滑动件移动到所述第二部分的工作点，所述毛细针处于水平状态。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

利用第一平移装置、第二平移装置、第三平移装置以及转动装置（滑动件、第一导轨、转动轴、第一承载件和第二导轨组成），实现了毛细针的相对三维移动，如毛细针上下、左右平移和旋转，以及稀释单元的前后平移，使得固体样品的稀释、进样（包括取样）均自动化进行，无需人工介入，提高了工作效率，也降低了对操作人员的专业素质要求。

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基于自动进样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基于自动进样的质谱分析系统的局部结构示意图；

图3是根据本发明实施例的基于自动进样的质谱分析方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的基于自动进样的质谱分析系统的耗材更换状态示意图；

图5是根据本发明实施例的基于自动进样的质谱分析系统的取样状态示意图；

图6是根据本发明实施例的基于自动进样的质谱分析系统的进样状态示意图。

具体实施方式

图1-6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。为了解释本发明技术方案，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示意性地给出了本发明实施例1的基于自动进样的质谱分析系统的结构图，如图1所示，所述基于自动进样的质谱分析系统包括：

支架11和质谱仪61，所述质谱仪61设置在所述支架11上；

第一导轨21，如图4所示，所述第一导轨21设置在所述支架11上，所述第一导轨21包括连接的第一部分211和第二部分212，所述第二部分212倾斜向下；

第二导轨22和第一承载件31，所述第二导轨22设置在所述支架11上，所述第一承载件31设置在所述第二导轨22上；

滑动件81和转动轴82，所述滑动件81设置在所述第一导轨21上，并与所述转动轴82连接，如图2所示，所述转动轴82可转动地设置在所述第一承载件31上，所述滑动件81的中心轴线和所述转动轴82的中心轴线平行设置，且不共线，使得当滑动件81在所述第二部分212内滑动时，驱动转动轴82发生旋转；

第一平移装置41，所述第一平移装置41固定在所述支架11上，用于驱动所述第一承载件31正向或反向移动，如左右平移，通过第一承载件31的平移拖动滑动件81在第一导轨21内移动，进而驱动转动轴82旋转；

第二平移装置42和稀释单元71，所述第二平移装置42设置在所述支架11上，用于驱动所述稀释单元71正向或反向移动，如前后平移，所述稀释单元71的移动方向和所述第一承载件31的移动方向间的夹角是锐角或直角；

第二承载件32和第三平移装置43，所述第二承载件32与所述转动轴82固定连接，所述第三平移装置43设置所述第二承载件32上，用于驱动毛细针正向或反向移动；当所述滑动件81从所述第一部分211移动到第二部分212的工作点，所述毛细针跟随所述转动轴82旋转，由（滑动件81处于第一部分211时）竖直状态旋转到（滑动件81处于工作点时）水平状态。

为了确保毛细针从竖直状态旋转到水平状态，进一步地，所述滑动件81、转动轴82和第一导轨21满足：

H=L(sinθ+cosθ)，H是所述第一部分211和所述工作点间的高度差，L是所述滑动件81的中心轴线和所述转动轴82的中心轴线间的距离，θ是当所述滑动件81处于所述第一部分211时，所述滑动件81的中心轴线和所述转动轴82的中心轴线间的垂线段和竖直方向的夹角。

为了使毛细针的端部与质谱进样口对应，进一步地，所述第一导轨21还包括：

第三部分213，所述第三部分213、第二导轨22和第一部分211分别水平设置，所述第三部分213、第二部分212和第一部分211依次连接。

为了确保稀释单元71直线移动，适应毛细针插入稀释单元71内，进一步地，所述基于自动进样的质谱分析系统还包括：

第三导轨23，所述稀释单元71设置在所述第三导轨23上；

第四导轨24，所述第四导轨24设置在所述第二承载件32上，毛细针设置在所述第四导轨24上，所述第三平移装置43用于驱动离子源51沿着所述第四导轨24正向或反向移动；

第三承载件90，所述第三承载件90包括第四部分91、第五部分92和第六部分93，所述毛细针设置在所述第四部分91上，所述第五部分92设置在第四导轨24上，所述第三平移装置43用于驱动所述第六部分93正向或反向移动。

为了提高分析准确度，进一步地，所述毛细针包括沿着平行于所述第一平移装置41平移方向设置的蘸样针52和取样针53，所述稀释单元71包括第一容器和第二容器。

图3示意性地给出了本发明实施例基于自动进样的质谱分析方法的流程图，所述基于自动进样的质谱分析方法包括自动进样阶段和检测阶段；如图3所示，所述自动进样阶段包括以下步骤：

（A1）第一平移装置41驱动第一承载件31左右平移，滑动件81处于第一导轨21的第一部分211内，毛细针处于竖直状态；

所述毛细针连接转动轴82，所述转动轴82可转动地设置在所述第一承载件31上，并与所述滑动件81固定连接，所述滑动件81的中心轴线和所述转动轴82的中心轴线平行设置，且不共线；

（A2）第二平移装置42驱动稀释单元71向前或向后平移，使得所述稀释单元71处于毛细针的下侧；

（A3）第三平移装置43驱动毛细针竖直下移，所述毛细针进入稀释单元71，获取检测液，如图5所示；

（A4）所述第三平移装置43驱动毛细针竖直上移，所述毛细针脱离稀释单元71；

（A5）第一平移装置41驱动所述第一承载件31平移，所述滑动件81进入倾斜设置的第一导轨21的第二部分212内并下降；

在下降过程中，所述毛细针绕着所述转动轴82旋转；

（A6）所述滑动件81移动到所述第二部分212的工作点，所述毛细针处于水平状态，如图6所示。

为了确保毛细针能从竖直状态旋转到水平状态，进一步地，所述滑动件81、转动轴82和第一导轨21满足：

H=L(sinθ+cosθ)，H是所述第一部分211和所述工作点间的高度差，L是所述滑动件81的中心轴线和所述转动轴82的中心轴线间的距离，θ是当所述滑动件81处于所述第一部分211时，所述滑动件81的中心轴线和所述转动轴82的中心轴线间的垂线段和竖直方向的夹角。

为了使处于水平状态的毛细针的端部与质谱进样口对应，进一步地，所述自动进样阶段还包括以下步骤：

（A7）第一平移装置41驱动所述第一承载件31平移，所述滑动件81进入第一导轨21的第三部分213，所述毛细针水平地平移，直到与所述质谱仪61的进样口对应。

为了提高分析准确度，进一步地，所述自动进样阶段还包括处于步骤（A2）和步骤（A3）间的步骤：

第三平移装置43驱动毛细针竖直下移，所述毛细针包括蘸样针52和取样针53，所述蘸样针52进入稀释单元71内的稀释液容器内，蘸样针52上的固体样品溶解在稀释液内；

第三平移装置43驱动毛细针竖直上移，第二平移装置42驱动稀释单元71平移，使得所述稀释液容器处于所述取样针53的下侧；

在步骤（A3）-（A6）中，毛细针是取样针53。

实施例2：

根据本发明实施例1的基于自动进样的质谱分析系统和方法的应用例。

在本应用例中，如图1所示，第一导轨21采用导槽，设置在支架11上，包括连接的依次连接的第一部分211、第二部分212和第三部分213，第一部分211和第三部分213均为直线状，水平设置，且第一部分211的位置高于第三部分213，所述第二部分212倾斜向下；滑动件81采用轴承，适于在导槽内滑动；

第二导轨22呈直线状，水平地设置在支架11上，且处于第三部分213的下侧，第一承载件31设置在第二导轨22上；第一平移装置41采用电动螺杆，固定在所述支架11上，用于驱动所述第一承载件31在第二导轨22上正向或反向移动，即左右平移；

第三导轨23采用直线导轨，固定在支架11上，稀释单元71设置在第三导轨23上；第二平移装置42采用电动螺杆，设置在支架11上，用于驱动稀释单元71在第三导轨23上正向或反向移动，即前后平移，所述稀释单元71的移动方向（第三导轨23延伸方向）和所述第一承载件31的移动方向间的夹角是直角；稀释单元71包括前后设置的第一容器和第二容器；

如图2所示，转动轴82可转动地设置在第一承载件31上，并与滑动件81固定连接，转动轴82垂直于第一导轨21；滑动件81的中心轴线和转动轴82的中心轴线平行设置，且不共线，使得当滑动件81在第二部分212内滑动时，驱动转动轴82发生旋转；当第一平移装置41驱动第一承载件31平移时，转动轴82在水平方向的移动轨迹呈直线状，且在高度上处于第一部分211和第三部分213之间；

第二承载件32与转动轴82固定连接，第四导轨24呈直线状，设置在第二承载件32上，与转动轴82间的夹角是直角；第三承载件90包括第四部分91、第五部分92和第六部分93，离子源51设置在所述第四部分91上，所述第五部分92设置在第四导轨24上，所述第三平移装置43采用电动螺杆，用于驱动所述第六部分93正向或反向移动，也即第五部分92在第四导轨24上平移，进而驱动离子源51平移；离子源51包括蘸样针52和取样针53；

所述滑动件81、转动轴82和第一导轨21满足：H=L(sinθ+cosθ)，H是所述第一部分211和所述工作点间的高度差，L是所述滑动件81的中心轴线和所述转动轴82的中心轴线间的距离，θ是当所述滑动件81处于所述第一部分211时，所述滑动件81的中心轴线和所述转动轴82的中心轴线间的垂线段和竖直方向的夹角，如零、锐角，本实施例的夹角为零；当所述滑动件81从所述第一部分211移动到第二部分212的工作点，所述毛细针跟随所述转动轴82旋转，由（滑动件81处于第一部分211时）竖直状态旋转到（滑动件81处于工作点时）水平状态。

图3示意性地给出了本发明实施例基于自动进样的质谱分析方法（即本质谱分析系统的工作方法）的流程图，所述基于自动进样的质谱分析方法包括自动进样阶段和检测阶段；如图3所示，所述自动进样阶段包括以下步骤：

（A0）第一平移装置41驱动第一承载件31平移，滑动件81处于第一导轨21的第一部分211内的一端，此时第四部分91伸出到支架11外，蘸有固体样品的离子源51（具体是蘸样针52）通过人工固定在第四部分91上，如图4所示；

（A1）第一平移装置41驱动第一承载件31在第二导轨22上向右平移，滑动件81处于第一导轨21的第一部分211内，蘸样针52和取样针53均处于竖直状态，直到离子源51处于稀释单元71的上侧；

（A2）第二平移装置42驱动稀释单元71向前或向后平移，使得第一容器处于蘸样针52的正下侧；

（B1）第三平移装置43驱动离子源51竖直下移，蘸样针52进入第一容器内，蘸样针52上的固体样品溶解在稀释液内；

第三平移装置43驱动离子源51竖直上移，第二平移装置42驱动稀释单元71平移，使得第二容器处于所述蘸样针52的正下侧；

第三平移装置43驱动离子源51竖直下移，蘸样针52进入第二容器内，蘸样针52上尚未全部容器的固体样品溶解在稀释液内，第二容器内样品浓度低于第一容器；

第三平移装置43驱动离子源51竖直上移，第二平移装置42驱动稀释单元71平移，使得第二容器处于取样针53的正下侧；

（A3）第三平移装置43驱动取样针53竖直下移，所述取样针53进入第二容器内，获取检测液，如图5所示；

（A4）所述第三平移装置43驱动取样针53竖直上移，所述取样针53脱离稀释单元71；

（A5）第一平移装置41驱动所述第一承载件31向右平移，所述滑动件81进入倾斜设置的第一导轨21的第二部分212内并下降；

在下降过程中，所述取样针53（离子源51）绕着所述转动轴82旋转；

（A6）所述滑动件81移动到所述第二部分212的工作点，也即第二部分212的最低点，所述取样针53处于水平状态；

（A7）第一平移装置41驱动所述第一承载件31向右平移，所述滑动件81进入第一导轨21的第三部分213，所述取样针53水平地平移，直到与所述质谱仪61的进样口对应，如图6所示；

在检测阶段中，离子源51放电，取样针53上的液体雾化，离子进入质谱仪61进样口；

质谱仪61输出结果，若结果达不到要求，则：

第一平移装置41驱动第一承载件31向左平移，直到离子源51处于稀释单元71的上侧，此时取样针53竖直；

第二平移装置42驱动稀释单元71平移，使得第一容器处于取样针53的正下侧；

执行步骤（A3）-（A7），之后进入检测阶段。

Claims (8)

1.基于自动进样的质谱分析系统，所述基于自动进样的质谱分析系统包括支架、离子源和质谱仪，所述离子源包括毛细针，所述质谱仪设置在所述支架上；其特征在于，所述基于自动进样的质谱分析系统还包括：

第一导轨，所述第一导轨设置在所述支架上，所述第一导轨包括连接的第一部分和第二部分，所述第二部分倾斜向下；

第二导轨和第一承载件，所述第二导轨设置在所述支架上，所述第一承载件设置在所述第二导轨上；

滑动件和转动轴，所述滑动件设置在所述第一导轨上，并与所述转动轴连接，所述转动轴可转动地设置在所述第一承载件上，所述滑动件的中心轴线和所述转动轴的中心轴线平行设置，且不共线；

第一平移装置，所述第一平移装置固定在所述支架上，用于驱动所述第一承载件正向和反向移动；

第二平移装置和稀释单元，所述第二平移装置设置在所述支架上，用于驱动所述稀释单元正向和反向移动，所述稀释单元的移动方向和所述第一承载件的移动方向间的夹角是锐角或直角；

第二承载件和第三平移装置，所述第二承载件与所述转动轴固定连接，所述第三平移装置设置所述第二承载件上，用于驱动所述离子源正向和反向移动；当所述滑动件从所述第一部分移动到第二部分的工作点，所述毛细针跟随所述转动轴旋转，由竖直状态旋转到水平状态；

所述滑动件、转动轴和第一导轨满足：H=L(sinθ+cosθ)，H是所述第一部分和所述工作点间的高度差，L是所述滑动件的中心轴线和所述转动轴的中心轴线间的距离，θ是当所述滑动件处于所述第一部分时，所述滑动件的中心轴线和所述转动轴的中心轴线间的垂线段和竖直方向的夹角。

2.根据权利要求1所述的基于自动进样的质谱分析系统，其特征在于，所述第一导轨还包括：

第三部分，所述第三部分、第二导轨和第一部分分别水平设置，所述第三部分、第二部分和第一部分依次连接。

3.根据权利要求1所述的基于自动进样的质谱分析系统，其特征在于，所述基于自动进样的质谱分析系统还包括：

第三导轨，所述稀释单元设置在所述第三导轨上；

第四导轨，所述第四导轨设置在所述第二承载件上，毛细针设置在所述第四导轨上，所述第三平移装置用于驱动所述毛细针沿着所述第四导轨正向和反向移动；

第三承载件，所述第三承载件包括第四部分、第五部分和第六部分，所述毛细针设置在所述第四部分上，所述第五部分设置在第四导轨上，所述第三平移装置用于驱动所述第六部分正向和反向移动。

4.根据权利要求1所述的基于自动进样的质谱分析系统，其特征在于，所述毛细针包括沿着平行于所述第一平移装置平移方向设置的蘸样针和取样针，所述稀释单元包括第一容器和第二容器。

5.根据权利要求1所述的基于自动进样的质谱分析系统，其特征在于，所述滑动件采用轴承，所述第一导轨采用容纳所述滑动件的导槽。

6.基于自动进样的质谱分析方法，所述基于自动进样的质谱分析方法包括自动进样阶段和检测阶段；其特征在于，所述自动进样阶段包括以下步骤：

（A1）第一平移装置驱动第一承载件左右平移，滑动件处于第一导轨的第一部分内，毛细针处于竖直状态；

所述毛细针连接转动轴，所述转动轴可转动地设置在所述第一承载件上，并与所述滑动件固定连接，所述滑动件的中心轴线和所述转动轴的中心轴线平行设置，且不共线；

（A2）第二平移装置驱动稀释单元向前或向后平移，使得所述稀释单元处于毛细针的下侧；

（A3）第三平移装置驱动毛细针竖直下移，所述毛细针进入稀释单元，获取检测液；

（A4）所述第三平移装置驱动毛细针竖直上移，所述毛细针脱离稀释单元；

（A5）第一平移装置驱动所述第一承载件平移，所述滑动件进入倾斜设置的第一导轨的第二部分内并下降；

在下降过程中，所述毛细针绕着所述转动轴旋转；

（A6）所述滑动件移动到所述第二部分的工作点，所述毛细针处于水平状态；

所述滑动件、转动轴和第一导轨满足：H=L(sinθ+cosθ)，H是所述第一部分和所述工作点间的高度差，L是所述滑动件的中心轴线和所述转动轴的中心轴线间的距离，θ是当所述滑动件处于所述第一部分时，所述滑动件的中心轴线和所述转动轴的中心轴线间的垂线段和竖直方向的夹角。

7.根据权利要求6所述的基于自动进样的质谱分析方法，其特征在于，所述自动进样阶段还包括以下步骤：

（A7）第一平移装置驱动所述第一承载件平移，所述滑动件进入第一导轨的第三部分，所述毛细针水平地平移，直到与质谱仪的进样口对应。

8.根据权利要求6所述的基于自动进样的质谱分析方法，其特征在于，所述自动进样阶段还包括处于步骤（A2）和步骤（A3）间的步骤：

第三平移装置驱动毛细针竖直下移，所述毛细针包括蘸样针和取样针，所述蘸样针进入稀释单元内的稀释液容器内，蘸样针上的固体样品溶解在稀释液内；

第三平移装置驱动毛细针竖直上移，第二平移装置驱动稀释单元平移，使得所述稀释液容器处于所述取样针的下侧；

在步骤（A3）-（A6）中，毛细针是取样针。

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