CN114361004A - 检测多组分样品质谱装置、环境检测装置及食品检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测多组分样品质谱装置、环境检测装置及食品检测装置，包括：电离规、质量分析器、静电传输聚焦电极、单光子电离源、电离室以及进样装置；所述质量分析器一端安装所述电离规，所述质量分析器另一端安装所述电离室；所述电离室和所述质量分析器之间安装所述静电传输聚焦电极；所述电离室背向所述质量分析器一端安装所述进样装置；所述电离室上安装所述单光子电离源。本装置同时采用电离规和单光子电离源作为双电离源，提高检测灵敏度、拓宽分析样品的范围，以四极质量分析器为核心，将不同的电离特性与四极质谱的高灵敏度两种优势相结合。

Description

检测多组分样品质谱装置、环境检测装置及食品检测装置

技术领域

本发明涉及质谱分析领域，具体地，涉及检测多组分样品质谱装置、环境检测装置及食品检测装置。

背景技术

在线检测技术是近年来发展迅速的技术之一，可以实时检测环境质量，及早地发现污染前兆，对突发性环境污染事故有很好的预警作用，因此逐渐受到人们的重视。此外，在线检测技术在环境安全，食品安全，化工产品过程检测等方面也有着广泛的应用。因此，研究具有便携性的快速在线检测和分析仪器逐渐成为分析化学中的重要发展趋势之一。

光谱、色谱、传感器及质谱方法都能够用于在线检测技术。光谱和传感器特异性不高，只能对特定目标物质进行检测，检测限不足，无法定量分析。色谱的检测方法能够对待测物质进行定量分析，但是检测周期过长。因此，上述光谱、传感器和色谱的方法都不能满足现场实时在线检测的需要。

质谱法作为检测领域的重要方法之一，能够定性定量分析复杂化合物，并且可实现原位的秒级响应检测，成为在线检测技术的新型方法。但受制于电离源电离能力的影响，对于复杂样品分析，传统的电子电离(EI)源需与前分离装置(如GC，HPLC)结合才能取得较好的定性定量效果，而前分离装置的药品消耗和较长的分离时间制约了在线质谱的应用。近几年来，随着软电离技术的发展，特别是光电离源中光源的突破，利用软电离技术直接实现样品在线检测逐渐成为可能。单光子电离(SPI)应用于在线检测质谱，可实现了对样品的实时在线检测。

虽然SPI在大部分有机物的实时在线监控中能得到很好的应用，但是由于电离能高于光子能量的物质无法得到电离，受限于目前可获得的光子能量，SPI所能电离的物种往往有限。对于电离能高于光子能量的物质，SPI无能为力。譬如采用真空紫外灯(氪灯)作为SPI电离源，电离能大于10.6eV的样品，如水、氮气和氧气都无法被电离。解决方法是将一种硬电离源EI与SPI电离源结合，即“硬电离”方式和“软电离”方式相结合，以拓展SPI电离物种范围。

电离规是读取真空度的工具，根据基于在一定条件下，待测气体的压力与样品电离产生的离子流呈正比关系的原理制作的。相比于SPI源这种“软电离”电离方式，电离规本身具有类似于EI源的“硬电离”方式，因此可以作为补充电离源，电离SPI源电离不了的物质，比如水和氧气。中国专利CN 201910759283.0发明了一种采用电离规作为EI源和SPI源结合的质谱装置和方法，不但能够读取质谱仪器中的真空度，而且能够同时检测冻干过程中的水和硅油样品。

但是这种方法有以下缺陷：

1、测量部分样品的灵敏度过低。在中国专利CN 201910759283.0中，电离规放置在进样口一侧，离质量分析器过远，被电离规电离的样品经过电离室和传输聚焦电极的传输碰撞，离子数目损失较多，灵敏度大大下降。

2、存在光子竞争效应。样品进入电离室后，电离能高于SPI源的样品被电离规电离后，依然可以吸收光子，获得能量，这就增加了SPI源光子的损耗，降低了SPI源电离低电离能样品的效率，影响质谱的检测范围和灵敏度。

3、电离规本身设置有珊网，防止电离后的正离子逸出，这将减少进入质量分析器的电离样品，降低了仪器灵敏度。

故，本申请希望解决检测装置中光子竞争效应以及灵敏度过低的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种检测多组分样品质谱装置、环境检测装置及食品检测装置。

根据本发明提供的一种检测多组分样品质谱装置，包括：电离规、正离子传输装置、质量分析器、第一静电传输聚焦电极、单光子电离源、电离室以及进样装置；

所述质量分析器一端安装所述电离规，所述质量分析器另一端安装所述电离室；

所述电离室和所述质量分析器之间安装所述第一静电传输聚焦电极；

所述电离室背向所述质量分析器一端安装所述进样装置；

所述电离室上安装所述单光子电离源；

所述电离规和所述质量分析器之间安装所述正离子传输装置。

优选地，所述正离子传输装置采用珊网或第二静电传输聚焦电极。

优选地，所述电离规、所述质量分析器、所述电离室以及所述进样装置同轴向放置；

所述单光子电离源垂直于所述电离室。

优选地，所述正离子传输装置、所述质量分析器、所述第一静电传输聚焦电极以及所述电离室均可加载电压。

优选地，所述质量分析器允许采用四极质量分析器。

优选地，所述正离子传输装置具有可拆卸性。

优选地，所述电离规通过所述正离子传输装置向所述质量分析器传输正离子，所述单光子电离源通过所述第一静电传输聚焦电极向所述质量分析器传输正离子。

优选地，一种环境检测装置采用所述检测多组分样品质谱装置。

优选地，一种食品检测装置采用所述检测多组分样品质谱装置。

优选地，当所述正离子传输装置采用所述珊网时，所述珊网从所述电离规中拆出并单独对所述珊网施加电压。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本装置有效提升仪器的灵敏度，消除光子竞争效应，实现多种组分样品的衡量检测；

2、本发明中的电离规不但可以读取真空度，还可以避免传统EI源空气等氧化性样品会导致电离规的发热丝氧化，使电离源的寿命迅速减少的缺陷；

3、本装置无需较低的工作气压，而较低的工作气压需要更复杂昂贵的真空系统，限制了仪器的实时在线检测应用；

4、本装置同时采用电离规和单光子电离源作为双电离源，提高检测灵敏度、拓宽分析样品的范围，以四极质量分析器为核心，将不同的电离特性与四极质谱的高灵敏度两种优势相结合。

5、本装置及方法不但可以应用于原位检测质谱，实现了对多组分复杂样品的实时在线检测，还可以作为实验室质谱仪器的首选，对于多组分化合物进行分析和研究，拓展了产品的应用范围、开辟了多种应用方向，对于产品开发具有开拓性意义。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为检测多组分样品质谱装置结构示意图(一)；

图2为检测多组分样品质谱装置结构示意图(二)

图3为实施例2中的有机物质谱图；

图4为实施例2中的水和氧气质谱图；

图中所示：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1和图2所示，一种检测多组分样品质谱装置，可用于环境检测装置和食品检测装置等检测设备，包括：电离规1、正离子传输装置、质量分析器3、第一静电传输聚焦电极4、单光子电离源5、电离室6以及进样装置7；质量分析器3一端安装电离规1，质量分析器3另一端安装电离室6，电离室6和质量分析器3之间安装第一静电传输聚焦电极4，电离室6背向质量分析器3一端安装进样装置7，电离室6上安装单光子电离源5，电离规1和质量分析器3之间允许安装正离子传输装置，正离子传输装置具有可拆卸性。正离子传输装置采用珊网2或第二静电传输聚焦电极8。

一种采用珊网2的情况：珊网2、质量分析器3、第一静电传输聚焦电极4以及电离室6均可加载电压。电离规1、质量分析器3、电离室6以及进样装置7同轴向放置，单光子电离源5垂直于电离室6，质量分析器3允许采用四极质量分析器。相对应的珊网2可以替换为第二静电传输聚焦电极8。

本实施例还提供该检测多组分样品质谱装置的使用方法，包括以下步骤：步骤S1，通过进样装置7引入样品；步骤S2，通过单光子电离源5电离样品中的低电离能样品分子，从而得到相应的正离子；步骤S3，将得到的正离子通过第一静电传输聚焦电极4引入质量分析器3；步骤S4，通过电离规1电离样品中的高电离能样品分子，同时电离规读到系统真空度；步骤S5，将得到的正离子通过珊网2引入质量分析器3；步骤S6，质量分析器3将得到的正离子按照质荷比大小引出到检测器进行质谱分析得到质谱图，根据得到的质谱图定性定量分析样品中的各组分及对应的含量。

实施例2

实施例2作为实施例1的优选例。

如图2所示，当正离子传输装置采用第二静电传输聚焦电极8时，本实施例包括：电离规1、第二静电传输聚焦电极8、质量分析器3、第一静电传输聚焦电极4、单光子电离源5、电离室6以及进样装置7；进样装置7一端朝向电离室6，将样品引入电离室6；单光子电离源5朝向电离室6，电离样品得到相应的正离子；质量分析器3与电离室6之间设置有第一静电传输聚焦电极4；第二静电传输聚焦电极8与电离室6之间设置有第一静电传输聚焦电极4和质量分析器3；电离规1与电离室6之间设置有第一静电传输聚焦电极4、质量分析器3和第二静电传输聚焦电极8，电离规1读出仪器真空度，电离样品得到相应正离子。

其中，样品离子受电离室6所产生的电场力牵引，并通过第一静电传输聚焦电极4将正离子引入质量分析器3。电离规1电离出的样品离子通过第二静电传输聚焦电极8将正离子引入质量分析器3。单光子电离源5与电离室6垂直，单光子电离源5和电离规1方向垂直。第二静电传输聚焦电极8可从电离规1中拆出使用，质量分析器3包括四极质量分析器。电离室6、第一静电传输聚焦电极4、质量分析器3和第二静电传输聚焦电极8均可加载电压。

在本实施例中，执行包括如下步骤：步骤T1，将样品通过进样装置7导入电离室6；步骤T2，通过单光子电离源5电离样品中的低电离能样品分子，从而得到相应的正离子；步骤T3，将得到的正离子通过第一静电传输聚焦电极4引入质量分析器3；步骤T4，通过电离规1电离样品中的高电离能样品分子；步骤T5，将得到的正离子通过第二静电传输聚焦电极8引入质量分析器3；步骤T6，质量分析器3将得到的正离子按照质荷比大小引出到检测器进行质谱分析得到质谱图，根据得到的质谱图定性/定量分析样品中的各组分及对应的含量。

实施例3

如图3和图4所示，首先，样品通过进样装置7引入至本实施例的质谱装置中。其次，电离规1将被测样品中的水和氧气分子电离成水和氧气正离子，单光子电离源5将被测样品中的有机物电离成正离子。再次，水和氧气正离子通过珊网2或第二静电传输聚焦电极8引入至四极质量分析器，有机物正离子通过第一静电传输聚焦电极4引入至四极质量分析器。接着，四极质量分析器通过质量分析得到水、氧气和有机物的质谱峰。最后，根据水、氧气和有机物的质谱图，定量分析出各物质对应的含量。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种检测多组分样品质谱装置，其特征在于，包括：电离规(1)、正离子传输装置、质量分析器(3)、第一静电传输聚焦电极(4)、单光子电离源(5)、电离室(6)以及进样装置(7)；

所述质量分析器(3)一端安装所述电离规(1)，所述质量分析器(3)另一端安装所述电离室(6)；

所述电离室(6)和所述质量分析器(3)之间安装所述第一静电传输聚焦电极(4)；

所述电离室(6)背向所述质量分析器(3)一端安装所述进样装置(7)；

所述电离室(6)上安装所述单光子电离源(5)；

所述电离规(1)和所述质量分析器(3)之间安装所述正离子传输装置。

2.根据权利要求1所述检测多组分样品质谱装置，其特征在于：所述正离子传输装置采用珊网(2)或第二静电传输聚焦电极(8)。

3.根据权利要求2所述检测多组分样品质谱装置，其特征在于：所述电离规(1)、所述质量分析器(3)、所述电离室(6)以及所述进样装置(7)同轴向放置；

所述单光子电离源(5)垂直于所述电离室(6)。

4.根据权利要求3所述检测多组分样品质谱装置，其特征在于：所述正离子传输装置、所述质量分析器(3)、所述第一静电传输聚焦电极(4)以及所述电离室(6)均可加载电压。

5.根据权利要求1所述检测多组分样品质谱装置，其特征在于：所述质量分析器(3)允许采用四极质量分析器。

6.根据权利要求2所述检测多组分样品质谱装置，其特征在于：所述正离子传输装置具有可拆卸性。

7.根据权利要求1所述检测多组分样品质谱装置，其特征在于：所述电离规(1)通过所述正离子传输装置向所述质量分析器(3)传输正离子；

所述单光子电离源(5)通过所述第一静电传输聚焦电极(4)向所述质量分析器(3)传输正离子。

8.一种环境检测装置，其特征在于：所述环境检测装置采用权利要求1-7任一项所述检测多组分样品质谱装置。

9.一种食品检测装置，其特征在于：所述食品检测装置采用权利要求1-7任一项所述检测多组分样品质谱装置。

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